Autokonsumpcja i bilansowanie międzyfazowe w liczbach

Jednymi z częściej powtarzających się tematów dyskusji o opłacalności fotowoltaiki jest zużycie własne i nieodłącznie z nim związane bilansowanie międzyfazowe. Spróbujmy dzisiaj przyjrzeć się, co to takiego a także, co może ważniejsze, ile to nas kosztuje. Mimo, że temat bilansowania międzyfazowego wkrótce może stać się nieaktualny, ze względu na planowane zmiany w przepisach, to w tej chwili budzi czasem sporo emocji. Czy słusznie? Pewnie liczby powiedzą więcej.

Bilansowanie i autokonsumpcja

Wszelkie rozważania trzeba chyba zacząć od rzeczy oczywistej dla większości osób, które choć chwilę interesowały się fotowoltaiką w Polsce, bo wbrew pozorom nie wszędzie na świecie wygląda to tak samo. Chodzi o tak zwane bilansowanie, związane z przepisami dotyczącymi prosumentów (producentow i konsumentów prądu). Produkując prąd, zwykle nie jesteśmy w stanie zużyć go w całości na miejscu. Mamy więc dwa wyjścia – albo nadmiar gromadzić w akumulatorach, albo wysłać do sieci energetycznej. Gdy wybierzemy drugie wyjście, to dostawca energii będzie zobowiązany wysłany prąd przechować i zwrócić nam go, gdy będziemy tego potrzebować. Nie za darmo jednak, bo przepisy określają, że odbierzemy za darmo 70% lub 80% wysłanej energii, zależnie od mocy instalacji fotowoltaicznej.

Wiele osób się oburza na przepisy, nie rozumiejąc dlaczego mamy oddawać 20% lub nawet 30% wyprodukowanego prądu za darmo. Tylko, że na to trzeba spojrzeć trochę inaczej. Ja widzę sieć energetyczną jako akumulator o nieograniczonej pojemności i sprawności 80%. To świetny układ, w którym mam możliwość przechowania dowolnej ilości energii, bez inwestowania w akumulatory, które się zużywają, mają ograniczoną pojemność, zajmują miejsce, a ich sprawność też jest daleka od 100%. Tracę na tym 20%, ale nie wyprodukowanego prądu, tylko tego, który wyślę do sieci.

I tu dochodzimy do współczynnika autokonsumpcji, który określa, jaka część wyprodukowanej energii jest zużywana na miejscu. Jeżeli ten współczynnik będzie na wysokim poziomie, to straty na bilansowaniu będą mniejsze, bo mniejsza część energii będzie wysyłana do sieci. Jeżeli autokonsumpcja wynosi 50%, to bilansowanie pochłania nam nie 20, tylko 10% wyprodukowanej energii. Stąd też wiele osób walczy o jak najdłuższą produkcję prądu w ciągu dnia, na przykład kierując część paneli na wschód, a część na zachód. Jasne jest też, że im bardziej przewymiarowana instalacja, tym mniejsza autokonsumpcja, a co za tym idzie, większe straty na bilansowaniu. Ale znowuż – nie patrzmy na bilansowanie tylko jako na straty, tylko jako zaletę systemu.

Obiecałem jednak, że będziemy odnosić się do liczb. Ja co prawda na razie mam krótką historię, ale pokażę też dwa inne przypadki, które monitoruję.

1. Nasz dom. Instalację już opisywałem, ale mówiąc w skrócie – 6,39kWp, dach płaski, panele pod kątem 15% (czyli mało optymalnie na mroczną połowę roku), odchylone od południa około 20 stopni w kierunku wschodu.
   

Miesiąc	Produkcja (kWh)	Zużycie (kWh)	Zużycie własne (kWh)	Auto- konsumpcja (%)
wrzesień	583	337	152	26
październik	265	378	103	39
listopad	82	382	55	67
grudzień	24	196	21	88

2. Inny dom, ze zdecydowanie przewymiarowaną instalacją – 7kWp

Miesiąc	Produkcja (kWh)	Zużycie (kWh)	Zużycie własne (kWh)	Auto- konsumpcja (%)
czerwiec	942	308	181	19
lipiec	1114	309	192	17
sierpień	945	353	181	19
wrzesień	669	317	143	21
październik	318	404	112	35
listopad	80	369	57	71
grudzień	25	162	20	80

3. Firma z niedoszacowaną instalacją 9kWp, ale ze sporym zużyciem ciągłym niezależnie od aktywności i główną aktywnością w godzinach przedpołudniowych (4-14).

Miesiąc	Produkcja (kWh)	Zużycie (kWh)	Zużycie własne (kWh)	Auto- konsumpcja (%)
czerwiec	1210	1070	536	44
lipiec	1431	1032	519	36
sierpień	1225	860	381	31
wrzesień	902	1059	406	45
październik	435	965	245	56
listopad	120	890	111	93
grudzień	37	400	36	97

Bilansowanie międzyfazowe

Powyższe liczby nie uwzględniają jednego „szczegółu” – braku bilansowania międzyfazowego metodą arytmetyczną przez Energę (i innych operatorów). Operatorzy zwykle bilansują produkcję i zużycie wektorowo. Cóż to takiego to bilansowanie międzyfazowe?

W większości domów mamy instalacje 3-fazowe. Oznacza to, że do naszego domu dochodzą trzy przewody fazowe, z których prąd pobierają nasze urządzenia. Większość urządzeń używa tylko jednej fazy, w związku z tym zużycie prądu na poszczególnych fazach nie jest równomierne. To całkiem naturalne. Co więcej w większości domów na różnych piętrach mamy gniazdka należące do różnych faz, żeby równoważyć to zużycie. Podobnie z oświetleniem. Nigdy nie jest natomiast tak, że konsumpcja jest taka sama. Na pierwszym wykresie w tym wpisie widać zużycie zarejestrowane w jednym z domów na wszystkich trzech fazach. Łatwo można wywnioskować, że do pierwszej fazy podłączone są lodówki, ze względu na stałe, cykliczne zużycie. Z kolei faza trzecia nie była prawie używana. W tym wypadku trudno więc mówić o zrównoważeniu faz.

Falownik 3-fazowy generuje z kolei takie same ilości prądu na wszystkie trzy fazy. Nie trudno się więc domyślić, że bardzo często zdarza się sytuacja, że na jednej fazie mamy niedobór energii i pobieramy ją z sieci, a na innej występuje nadprodukcja i nadmiar wysyłamy. Wtedy możemy powiedzieć, że jesteśmy „prawdziwmym prosumentem” – producentem i konsumentem jednocześnie. 😉

Trzeba jaśniej? Weźmy przykład – falownik produkuje 3000W prądu, po 1000W na jednej fazie. Załóżmy też, że mamy włączony 2000W czajnik, który jako jedyny zużywa prąd, oczywiście na jednej fazie. Wtedy z naszego punktu widzenia zasilamy energetykę 1kW prądu i po godzinie takiej sytuacji i wysłaniu 1kWh, powinniśmy nabyć prawo do odbioru 0,8kWh prądu w innym terminie.

Jeden z punktu widzenia np. Energi, która nie uznaje bilansowania międzyfazowego wektorowego, zużywamy 1kW prądu, na fazie, na której pracuje czajnik, natomiast wysyłany 2kW prądu na 2 pozostałych fazach. W związku z tym po godzinie mamy w „wirtualny mamgazynie” 2kWh, za które możemy dostać 1,6kWh, zgodnie z przelicznikiem 80%. Jednak jednocześnie zużyliśmy 1kWh na fazie, gdzie pracował czajnik, więc po zbilansowaniu zużycie z produkcją zostanie nam do odebrania tylko 0,6kWh.

Różnice w bilansowaniu

W tym przykładzie różnica między obydwoma sposobami bilansowania wychodzi 0,2kWh. Całkiem sporo, bo prawie 7% produkcji. Tylko, że to zupełnie teoretyczny przykład. Spróbujmy obliczyć, jak to wygląda w praktyce. Oczywiście będziemy się opierać na jednak, konkretnej instalacji, więc obliczenia nie będą miarodajne w każdym możliwym przypadku, ale mogą dać jakiś obraz.

Skąd wziąć dane do obliczeń? Pisząc o monitorowaniu zużycia i produkcji prądu wspomniałem o różnych źródłach danych – lokalnych i pochodzących od operatora. Dane z Froniusa (Solar.Web i moje statystyki) uwzględniają bilansowanie międzyfazowe metodą wektorową, a Energa – wręcz przeciwnie – arytmetycznie sumuje każdą fazę.

Zacznijmy od moich danych. Niestety minęły dopiero trzy pełne miesiące. Jako najbardziej miarodajny można chyba uznać wrzesień, który jest dla fotowoltaiki przeciętnym miesiącem. Jednak skoro mamy dwa pozostałe miesiące, to też weźmiemy je pod uwagę. To co będzie nas najbardziej interesować w tej chwili to bilans – różnica między energią wysłaną a pobraną.

Miesiąc	Wysłano (kWh)	Pobrano (kWh)	Bilans (kWh)
wrzesień	431	185	246
październik	162	275	-113
listopad	27	327	-300

Weźmy teraz te same dane z aplikacji Energi:

Miesiąc	Wysłano (kWh)	Pobrano (kWh)	Bilans (kWh)
wrzesień	456	212	244
październik	179	293	-114
listopad	39	339	-300

Jak widać bilans mniej więcej się zgadza, z dokładnością do błędu pomiarowego (bo to dane z różnych liczników) i błędu zaokrągleń. Natomiast od razu rzuca się w oczy, że według Energi mamy zarówno większe zużycie, jak i produkcję (precyzyjniej – prąd pobrany i wysłany do sieci). To dość oczywiste, gdy raz bilansujemy wektorowo, raz arytmetycznie.

Aby policzyć, ile tracimy na tym mniej korzystnym podejściu do bilansowania wektorowego, należy policzyć różnicę w energii wysłanej, liczonej obydwoma wzorami. Naszą stratą będzie 20% tej wartości, bo 80% prądu odzyskujemy.

Miesiąc	Wysłano wg Energii (kWh)	Wysłano wg Froniusa (kWh)	Różnica (kWh)	20% różnicy (kWh)
wrzesień	456	431	25	5
październik	179	162	17	3,4
listopad	39	27	12	2,4

Czy to duża strata? Dla września to niecały 1% produkcji, która wynosiła 583kWh. 5kWh to koszt około 3zł. Paradoksalnie, dla listopada to prawie 3% produkcji, mimo, że wartościowo to mniej niż 2zł.

Myślę, że daje to jakiś obraz sytuacji, chociaż najbardziej wiarygodne dane dałoby porównanie całego roku. Warto zauważyć, że stracić 1% produkcji bardzo łatwo, np. mniej optymalnie ustawiając panele. W mojej ocenie, nie tracimy aż tak dużo, na wektorowym bilansowaniu międzyfazowym, ale to już indywidualna ocena. Pewnie wrócimy do tematu, gdy będę miał dane z pełnego roku, o ile problem nie zostanie wcześniej rozwiązany przez nowe prawo. Chociaż szczerze mówiąc bardziej obawiam się zmian na gorsze, niż strat związanych z bilansowaniem międzyfazowym.