Instalacja fotowoltaiczna on-grid czy off-grid – którą wybrać?

Przeczytaj, czym się różnią fotowoltaiczne systemy on-grid i off-grid, oraz poznaj ich wady i zalety, aby wybrać najlepszy dla siebie model instalacji solarnej.

Wiele firm zajmujących się dystrybucją systemów fotowoltaicznych reklamuje swoje produkty hasłami o niezależności od zewnętrznych dostawców energii. Taką niezależność dają jednak tylko tzw. instalacje wyspowe (znane też pod angielską nazwą „off-grid”). Tymczasem w Polsce o wiele większą popularnością cieszą się instalacje sieciowe („on-grid”). Dlaczego? Odpowiadamy na to pytanie w poniższym artykule. Dzięki niemu poznasz różnice między jednym i drugim typem przydomowych elektrowni słonecznych, a to pozwoli ci bardziej świadomie zdecydować się na któryś z nich.

Z tekstu dowiesz się ponadto m.in.:

• na czym polega działanie instalacji wyspowych i sieciowych,
• jakie są różnice w budowie systemów on-grid i off-grid,
• jakie są wady i zalety obu rodzajów instalacji,
• co jest droższe, a co tańsze – instalacja sieciowa czy wyspowa (i dlaczego),
• kiedy warto zdecydować się na system off-grid,
• jakie są prognozy na przyszłość, jeśli chodzi o wybór typu instalacji fotowoltaicznej,
• czym się charakteryzują systemy hybrydowe.

Instalacje fotowoltaiczne, określane też często jako instalacje PV (od angielskiego słowa „photovoltaics”), podzielić można na co najmniej kilka rodzajów, w zależności chociażby od ich mocy czy przeznaczenia produkowanej w nich energii. Podział na instalacje on-grid i off-grid dotyczy z kolei sposobu magazynowania ewentualnych nadwyżek tej energii – oraz tego, skąd czerpany jest prąd, gdy panele solarne wytwarzają go za mało lub akurat nie pracują, czyli np. w nocy. Istnieją tu zasadniczo dwa rozwiązania: akumulatory i połączenie z siecią elektroenergetyczną.

Nazewnictwo

„Grid” to angielskie słowo oznaczające właśnie sieć lub siatkę i stąd terminy „on-grid” oraz „off-grid”. Łatwo je przyporządkować do poszczególnych typów instalacji przez skojarzenie z zapisem „on/off” na przyciskach służących do włączania i wyłączania różnych urządzeń.

instalacja on-grid	włączona do sieci (elektroenergetycznej)
instalacja off-grid	wyłączona z sieci (elektroenergetycznej)

Systemy off-grid nie mają połączenia z siecią, tak jak wyspy nie mają połączenia z lądem – i przez to skojarzenie nazywa się je czasem też instalacjami wyspowymi. Nazwy „instalacja sieciowa” natomiast chyba wyjaśniać nie trzeba.

Zasady działania instalacji wyspowych i sieciowych

Jeśli taka instalacja generuje więcej prądu, niż wynosi bieżące zużycie w konkretnym zakładzie czy gospodarstwie domowym, jego nadmiar zostaje przekierowany do sieci elektroenergetycznej. Skorzystać z niego mogą wtedy inni jej użytkownicy. Za to w momencie, gdy zapotrzebowanie na energię chwilowo przekracza możliwości prądotwórcze paneli solarnych, prąd można pobrać z tej sieci w tradycyjny sposób.

Zgodnie z obowiązującymi w Polsce przepisami, które to regulują, za każdą oddaną do sieci kilowatogodzinę można bezpłatnie odebrać 0,8 kWh – o ile moc danego systemu nie przekracza 10 kWp (w przypadku systemów o mocy 10-50 kWp wartość ta wyniesie mniej, bo 0,7 kWh). Na odbiór „przechowywanych” w sieci nadwyżek właściciel instalacji on-grid ma 365 dni. Ponieważ jest on w takim układzie częściowo producentem, a częściowo konsumentem energii, określa się go mianem prosumenta.

W instalacji wyspowej wspomniane nadwyżki magazynuje się po prostu w akumulatorach – i z nich też pobierany jest potrzebny prąd, gdy pora lub pogoda nie pozwalają na wytwarzanie go w panelach fotowoltaicznych.

On-grid i off-grid – różnice w budowie

Warto przypomnieć, że panele wytwarzają pod wpływem światła słonecznego prąd stały, tymczasem oświetlenie sztuczne czy urządzenia domowe zasilane są prądem zmiennym. Przekształcaniem jednego w drugi zajmuje się inwerter, zwany inaczej falownikiem. Każdy z omawianych tutaj rodzajów instalacji PV wymaga zastosowania innego typu inwertera. Z niego energia kierowana jest przede wszystkim do skrzynki bezpieczników i dalej do gniazdek elektrycznych w ścianach budynku. Jeżeli jakaś jej część nie zostaje od razu zużyta, trafia albo do sieci energetycznej (instalacje on-grid), albo do akumulatorów (off-grid). Ale nie bezpośrednio.

Przeczytaj także: Budowa instalacji fotowoltaicznej – elementy systemu i ich zadania

Instalacje sieciowe

W pierwszym przypadku po drodze musi się znaleźć jeszcze dwukierunkowy licznik energii, który umożliwi rozliczanie się z lokalnym dystrybutorem prądu na zasadzie tzw. net meteringu. Montaż takiego „prosumenckiego” licznika, podobnie jak przyłączenie całej instalacji do sieci i jej odpowiednie zabezpieczenie, leży po stronie zakładu energetycznego i wykonywany jest na jego koszt – o ile tylko samą nieruchomość podłączono do sieci już wcześniej, a moc instalacji nie przekracza 40 kW ani wartości określonej w warunkach przyłącza.

Uwaga: falownik musi być wyposażony w funkcję stałej synchronizacji z siecią, tak aby przekształcając prąd stały w przemienny, dostosowywać jego parametry do parametrów prądu płynącego w tej sieci.

Instalacje wyspowe

W systemach off-grid między inwerterem a akumulatorami powinien natomiast się pojawić regulator ładowania tych ostatnich (chyba że falownik jest od razu wyposażony w taką funkcję). Urządzenie zabezpieczy je zarówno przed przeładowaniem, odcinając dopływ prądu w odpowiednim momencie, jak i nadmiernym rozładowaniem, odcinając akumulator od instalacji przy zbyt niskim napięciu. Obecność regulatora nie tylko pozwala przedłużyć żywotność akumulatorów, ale też minimalizuje straty energii.

Uwaga: z technicznego punktu widzenia instalację da się też po prostu automatycznie odłączać (częściowo lub w całości), gdy produkuje ona więcej prądu, niż wynosi aktualne zapotrzebowanie. Rozwiązanie to jest jednak bardziej popularne w krajach, gdzie nie tak łatwo o podpięcie do sieci, a posiadacze systemów off-grid ze względów finansowych nie mogą sobie tymczasowo pozwolić na zakup akumulatora.

Dla każdej instalacji wyspowej oddzielnie dobiera się liczbę, pojemność, a najczęściej też technologię produkcji akumulatorów, jak również moc falownika. Pod uwagę brana jest tu m.in. liczba i łączna moc urządzeń wpiętych do danego systemu oraz przewidywany czas ich pracy na zasilaniu akumulatorowym. Podłączenie dodatkowych sprzętów do istniejącej już instalacji off-grid może skutkować nie tylko obniżeniem jej efektywności, ale nawet awarią inwertera czy akumulatorów.

On-grid i off-grid – koszty

Konieczność stworzenia indywidualnego projektu takiej instalacji oczywiście podnosi jej koszt. Ale będzie ona droższa od instalacji sieciowej także dlatego, że cenę mocno windują same akumulatory. Jedno takie urządzenie potrafi kosztować od kilkuset do nawet kilku tysięcy złotych, przy czym jego żywotność (5-7 lat, i to w przypadku produktów lepszej jakości) jest istotnie niższa niż chociażby żywotność paneli solarnych (20-30 lat). Nie będzie to więc wydatek jednorazowy.

Bardziej złożona budowa instalacji wyspowej oznacza ponadto większe ryzyko awarii, a zatem częstsze serwisowanie i naprawy, które też przecież kosztują. W ostatecznym rozrachunku system off-grid może się okazać nawet o 40% droższy od systemu on-grid o podobnych parametrach, co nawet jeśli nie stawia pod znakiem zapytania opłacalności całej inwestycji, to z pewnością wydłuża czas jej zwrotu.

Zalety instalacji wyspowych

Istnieją jednak sytuacje, w których mimo wszystko warto postawić na instalację wyspową. Najlepszym przykładem są domki letniskowe, np. na Mazurach albo w Bieszczadach, gdzie z jednej strony podłączenie się do sieci jest utrudnione czy wręcz niemożliwe, a z drugiej zapotrzebowanie na energię nie jest szczególnie wysokie i w dodatku występuje głównie w miesiącach, w których łatwo pozyskać prąd ze słońca.

Instalacja off-grid wybierana jest również przez osoby, dla których niezależność ma po prostu większe znaczenie niż cena. Decydując się na tego rodzaju rozwiązanie, teoretycznie nie muszą figurować w żadnym rejestrze, a co ważniejsze – niestraszne im skutki awarii sieci elektroenergetycznej. Bo trzeba wiedzieć, że podczas takiej awarii system on-grid zostaje ze względów bezpieczeństwa automatycznie wyłączony. I dopóki funkcjonowanie sieci nie zostanie wznowione, nie będzie produkować energii nawet w słoneczny dzień. Tylko akumulatory chronią więc przed przerwami w dostawie prądu.

Przyczyną tych przerw mogą być np. planowe prace konserwacyjne, ale też zerwanie trakcji z powodu wichury, przeciążenie sieci czy problemy z chłodzeniem elektrowni. Niektórzy przewidują, że w związku ze zmianami klimatycznymi z jednej strony i rosnącym zapotrzebowaniem na energię z drugiej, w nadchodzących latach blackoutów będzie coraz więcej. Z tego punktu widzenia więcej sensu ma montaż instalacji off-grid.

Zalety instalacji sieciowych

Dlaczego zatem większość Polaków decyduje się na fotowoltaiczne instalacje sieciowe? Po pierwsze, jak już wspomniano, są one tańsze i mniej awaryjne. Po drugie, tylko one są w stanie pracować na 100% swoich możliwości. Po trzecie, w instalacjach wyspowych energię da się gromadzić tylko do pewnej pojemności – w systemach on-grid nie ma takiego ograniczenia. A jeśli potraktować sieć jak akumulator o pojemności 80% (skoro za 1 kWh oddawane jest 0,8 kWh), to koszty magazynowania energii okazują się znacznie niższe niż w przypadku akumulatorów dostępnych w tej chwili na polskim rynku.

Nie bez znaczenia jest też fakt, że na naszej szerokości geograficznej trudno jest w zimie pokryć zapotrzebowanie na prąd, generując go w panelach PV (choć na to akurat zagadnienie spojrzeć można także w ten sposób: jeżeli nawet dana instalacja w skali roku wytworzy 100% potrzebnej energii, to z oddanych do sieci nadwyżek skorzysta ktoś inny, a zimą i tak trzeba będzie płacić rachunki za prąd z elektrowni).

Uwaga: cały czas trwają prace nad zwiększeniem wydajności i wytrzymałości akumulatorów, szuka się też sposobów na obniżenie kosztu ich produkcji. Za granicą można już nabyć urządzenia zdolne konkurować z instalacjami sieciowymi pod względem opłacalności, jeśli chodzi o magazynowanie pozyskanej ze słońca energii – wciąż są one jednak bardzo drogie. Być może w niedalekiej przyszłości, podobnie jak wiele innych technologii, upowszechnią się jednak na tyle, by ich ceny przestały być zaporowe.

On-grid i off-grid – co wybrać?

Dla przejrzystości zestawiliśmy jeszcze cechy systemów on-grid i off-grid w formie poniższej tabeli, wskazując na plusy i minusy każdego z rozwiązań.

	Instalacja on-grid	Instalacja off-grid
Obniżenie rachunków za prąd	TAK	TAK
Efektywność	Zasadniczo wyższa	Zasadniczo niższa
Całoroczna	TAK	Raczej nie w Polsce
Musi istnieć możliwość podłączenia do sieci energetycznej	TAK	NIE
Niezależność od przerw w dostawach prądu	NIE	TAK
Wstępny koszt	Niższy	Wyższy
Koszty eksploatacji	Niższe	Wyższe
Czas zwrotu inwestycji	Krótszy	Dłuższy
Poziom skomplikowania	Niższy (potencjalnie mniejsza awaryjność)	Wyższy (potencjalnie większa awaryjność)
Magazynowanie energii tylko do określonego poziomu	NIE	TAK
Możliwość przyłączenia dodatkowych urządzeń po pewnym czasie	TAK	NIE

Pora na podsumowania. Kluczowym argumentem przemawiającym za instalacją sieciową jest fakt, że inwestycja w nią wymaga niższych nakładów finansowych i po prostu szybciej się zwraca. Jeśli więc tylko masz możliwość podłączenia do sieci elektroenergetycznej, będzie to w tej chwili o wiele korzystniejszy wybór. Z czasem instalacje wyspowe prawdopodobnie staną się opcją bardziej konkurencyjną, ale obecnie warto się zdecydować na system off-grid jedynie wówczas, gdy:

• podłączenie do sieci jest niemożliwe,
• twoje zapotrzebowanie na prąd jest niewielkie lub okresowe, a koszt podłączenia do sieci byłby równy bądź wyższy niż koszt montażu instalacji wyspowej,
• sieć w twojej okolicy jest niewydolna lub niestabilna, często zdarzają się awarie i przerwy w dostawie prądu, a ty potrzebujesz zasilania 24 godziny na dobę (bo np. wymaga tego prowadzona przez ciebie działalność),
• bardzo nie chcesz figurować w jakiejkolwiek ewidencji ani płacić rachunków za prąd,
• masz tak dużo pieniędzy, że wszystko ci jedno. 😉

Systemy hybrydowe

Jeśli dysponujesz większą ilością gotówki – albo możesz pozwolić sobie na zaciągnięcie większego kredytu na fotowoltaikę – możesz rozważyć też jeszcze jeden wariant, który łączy w sobie wygodę instalacji sieciowych i niezależność instalacji wyspowych. Chodzi mianowicie o systemy hybrydowe (inaczej: skojarzone albo mieszane), w których energię pobiera się nie tylko z paneli PV, ale także z innego źródła, jakim jest np. generator spalinowy albo minielektrownia wiatrowa. Prąd czerpać można jednak również z sieci elektroenergetycznej.

Część ewentualnych nadwyżek da się też do niej oddać (na prosumenckich zasadach), a część zmagazynować w akumulatorach. Rozwiązuje to problem ograniczonej pojemności tych ostatnich, a także przerw w dostawie prądu, bo akumulator staje się wówczas awaryjnym źródłem zasilania. No i zawsze można po prostu pobierać z niego energię w miarę bieżących potrzeb, co obniża rachunki z elektrowni.

Sama instalacja hybrydowa natomiast jest droższa od instalacji on-grid o cenę
akumulatorów, regulatora ładowania, specjalnego falownika oraz projektu i montażu bardziej rozbudowanej infrastruktury, która z uwagi na swe skomplikowanie może z kolei generować dodatkowe koszty z tytułu częstszego serwisowania i naprawy usterek.

Przeczytaj również: Dom ekologiczny – czym się charakteryzuje (materiały, urządzenia, technologie)