NyrdenCore & Hospodaření s elektřinou

Správné hospodaření s elektřinou ovlivňuje v první řadě provozní náklady. V off-grid variantě je ale zásadní a nezbytnou podmínkou fungování celého objektu. Důležitou roli zde hraje vedle vlastní spotřeby také akumulace energie, zásluhou které se u elektřiny nutně nemusí krýt čas její výroby s časem její spotřeby, což je v modelových středoevropských podmínkách stav běžný po většinu roku.

Akumulátorové úložiště

Pro akumulaci elektřiny v jádru NyrdenCore se využívají LiFePO4 baterie splňující nejvyšší požadavky na účinnost, životnost a bezpečnost systému. Tento typ baterie lze vybít na nižší úroveň kapacity než u olověných trakčních baterií, aniž by při tom docházelo k jejich poškození. Díky tomu je k dispozici více elektřiny. Mezi další klady patří rychlejší nabíjení a vyšší hustota energie než u olověných trakčních baterií, nebo nízké samovybíjení a nízké snižování kapacity během životnosti baterie.

Užité úložiště obsahuje vedle baterií i veškeré další potřebné komponenty pro akumulaci elektřiny a její následné dodávky do domovní sítě, jako je vstupní usměrňovač, stabilizátor, napěťový střídač, výkonová nabíječ a přepínač nebo řídící systém BMS. Kapacitu úložiště lze volíme podle velikosti a náročnosti objektu, životnost baterií je až 10 000 cyklů. Během každého cyklu, v případě středně velké jednotky, je pro domovní síť k dispozici téměř 15 kWh elektřiny, což představuje zhruba třídenní provoz.

Náklady na uložení 1 kWh vycházejí v modelovém příkladě na 3,57 Kč. Pokud dokážeme o tuto částku levněji koupit nebo vyrobit 1 kWh elektřiny, než je běžná cena, potom se systém vyplácí bez jakékoliv dotace. Podle odhadu amerického ministerstva průmyslu by přitom měla cena solární elektřiny do roku 2020 klesnout na 0,06 USD (1,20 Kč) za kWh. Naproti tomu v důsledku požadavku EU zvýšit podíl obnovitelných energií do roku 2030 na 32 % lze očekávat postupné zvyšování ceny elektřiny pro konečné spotřebitele. V Německu se především v důsledku přechodu z jaderné na zelenou energii ceny za posledních 10 let zvýšily o 38%, od začátku tisíciletí pak o 107 %, a elektřina aktuálně stojí kolem 7,80 Kč/kWh! V modelových středoevropských podmínkách se v současnosti pohybuje cena kolem 4,70 za kWh (tarif D02d), kdežto použitá konfigurace ostrovního solárního systému vyrábí elektřinu za 5,55 korun. V některých regionech tak přestalo být připojení na veřejnou síť zajímavé už dnes, v ostatních k tomu dojde v horizontu několika následujících let.

Při pohledu na graf na obrázku č. 1 je zřejmé, že celková modelová roční produkce elektřiny z fotovoltaiky, větrných turbín a palivového článku je vyšší než spotřeba elektřiny v objektu. Vyrobeno bylo 5 761 kWh, spotřebováno pouze 4 383 kWh. Ne vždy se ale potkávají aktuální výroba se spotřebou a nezřídka nastává energetický deficit (černá křivka se dostává pod červenou), v ten okamžik oceníme význam akumulátorů. Přebytečný výkon zdrojů se do nich ukládá, při nedostatečném za ně naopak zaskakují. V modelovém roce 2016 bylo klimaticky dost nepříznivé poslední čtvrtletí, kdy se vedle slunečního svitu často nedostávalo ani větru. Přesto baterie o kapacitě 15 kWh stačíbez problému pokrýt všechny výpadky výroby, aniž by jejich nabití kleslo pod úroveň 20 %. Obdobná situace nastává zhruba čtyři měsíce v každém roce. Naproti tomu velice příznivě vychází letní sezóna, během které jsou akumulátory prakticky stále nabity a přinášejí tak možnost využívat vyrobenou elektřinu i pro jiné než domácí účely. Mohou na ni fungovat různé dopravní prostředky – kola, mopedy, auta nebo lodě či zahradní technika, což má nezpochybnitelné ekonomické i environmentální přínosy.


Obrázek č. 1: Roční průběh produkce a spotřeby elektřiny v domácnosti během roku 2016 v Praze a průběžný stav nabití baterií akumulátorového úložiště

Vnitřní elektroinstalace

Domovní rozvody elektřiny se standardně projektují na střídavý proud z jednoduchého důvodu. Protože ten svým zákazníkům distribuují rozvodné společnosti. U ostrovního systému ale nabývá na významu alternativní řešení se stejnosměrným proudem. Nejenže ho vyrábí fotovoltaika a pracují s ním akumulátory, ale stále roste počet spotřebičů fungujících právě na stejnosměrný proud. Veškerá elektronika, ventilátory a nově i LED osvětlení. Některé objekty budoucnosti by mohly mít pouze rozvod stejnosměrného proudu, při němž by odpadly ztráty způsobené transformací z jednoho proudu na druhý, představující zhruba 10 % při každé přeměně. To ale zatím není reálné, neboť nabídka „stejnosměrných“ ledniček, televizí a dalších spotřebičů je stále velmi omezená, a to i navzdory tomu, že některé z nich ke svému provozu stejnosměrný proud potřebují. Řešením pro objekty s jádrem NyrdenCore je duální rozvod a postupné nahrazování stávajících spotřebičů na střídavý proud těmi na stejnosměrný. I když ani výrobci elektroinstalace nemají ve svém výrobním programu dostatečnou nabídku produktů stejnosměrný proud, lze je najít a systém je plně využívá.

Domácí spotřebiče

Rozhodující vliv na reálný provoz objektů v ostrovním režimu má správná volba domácích spotřebičů, dokonce větší než instalovaný výkon zdrojů na bázi slunečního záření a větru. Ty mohou být při nepříznivém počasí sebevětší a stejně nedodají dostatek elektřiny, přičemž spotřeba technologií a některých spotřebičů, jako je například lednička nebo základní osvětlení, se omezit nedá a kapacita akumulátoru také není nekonečná. Z toho plyne, že zejména zařízení běžící nepřetržitě musí pracovat maximálně efektivně.

U technologií jde především o ventilátory a čerpadla. Na obě skupiny výrobků se sice vztahuje evropská směrnice o Ekodesignu, zaručující vysokou energetickou účinnost, ale lze jít ještě dál. Například čerpadla s asynchronními motory na střídavý proud se všude, kde je to jen možné, vyplatí nahradit membránovými čerpadly na proud stejnosměrný. Ta nejenže mají nižší spotřebu, ale šetří elektřinu i tím, že ji není nutné transformovat. Porovnáním tabulkových maximálních výkonů navíc zjišťujeme, že zatímco relativně nízký výkon membránových čerpadel je pro řešené podmínky naprosto dostačující, výkony čerpadel s asynchronními motory bývají často zbytečně velké. K čemu mít čerpadlo s výtlakem 60 metrů a výkonem několik kubíků za hodinu, když jádro NyrdenCore obsluhuje jedno- až dvoupodlažní objekty a systémem proudí řádově nižší objemy kapaliny?

Další významná optimalizovatelná oblast je svícení. Známá poučka říká, že LED zdroje jsou 3 krát účinnější než tzv. úsporná žárovka a 8 krát účinnější než klasická vláknová žárovka. Co to ale znamená v praxi? Modelový projekt s průměrnou denní spotřebou 5 994 Wh je vybaven LED 24V zdroji, které za den odeberou 863 Wh a na celkové spotřebě se tedy podílejí 14 %. Pokud by se místo nich použily 230V „úsporné“ žárovky, denní spotřeba by vzrostla na 7 806 Wh, tedy o 30 %, a s vláknovými žárovkami až na 12 121 Wh, což je nárůst o celých 100 %. Dimenzovat ostrovní systém na takovéto parametry je krajně neefektivní, daleko více se vyplatí investovat do LED zdrojů. Rozdíl v pořizovací ceně se vrací již v průběhu prvních několika let.

V případě lednic, myček nádobí, praček nebo sušiček prádla je klíčovým parametrem pro posouzení jejich efektivity denní spotřeba, resp. spotřeba za jeden cyklus. Průměrná spotřeba dobré ledničky se blíží hodnotě 0,38 kWh za den, úsporné myčky nádobí spotřebují kolem 0,75 kWh na jeden cyklus, pračky potom 0,53 až 0,78 kWh a sušičky od 0,75 do 1,25 kWh, podle míry naplnění. Při pohledu na uvedené hodnoty je zřejmé, že právě zde se odehrává nejsložitější boj o udržení komfortně vybaveného ostrovního systému „při životě.“ I bez myčky a sušičky se dá žít, ale to uživatelé objektů s jádrem NyrdenCore nemusí. Proto je celý systém hospodaření s elektrickou energií sofistikovaný a dává průběžně informace o tom, co si lze v daný okamžik dovolit, aby nevylučoval využívání ani těchto domácích pomocníků. Jejich provozní dobu je vhodné skloubit tak, aby se v ideálním případě kryla se špičkovým výkonem vnějších zdrojů elektřiny, a odložit jejich spuštění tehdy, když není dostatečná rezerva energie v akumulátorech.

Závěr

Uživatelé jsou zvyklí hodnotit kvalitu a úroveň užívání objektů podle nákladů vynakládaných během roku na energie a služby. Není to úplně optimální pohled na věc, protože roční náklady vyjádřené jedním jediným číslem neříkají, jak je objekt velký, kolik lidí ho užívá a v jakém je objekt standardu ani jakými je vybaven technologiemi.

Spotřeba elektřiny našeho modelového středoevropského objektu v roce 2016 činila 4 383 kWh. Tu si vyrábí objekt sám pomocí fotovoltaických panelů o výkonu 8 kWp integrovaných v jižní fasádě, dvou větrných turbín o výkonu celkem 2 kW na střeše a palivovém článku s výkonem 0,25 kW uvnitř. Vzhledem k tomu, že k vytápění objektu se využívá tepelného čerpadla a při napojení na veřejnou distribuční síť by se proto cena elektřiny řídila tarifem D57d, dosáhl by roční účet u síťové verze přibližně kolem 11 000 korun. Skutečnost modelového domu je ale pouhých 888 Kč za LPG spotřebovaný v palivovém článku. Roční úspora off-grid řešení oproti síťové variantě činí při dnešních cenách elektřiny zhruba 10 000 korun.

I když vyčíslená úspora necelých 500 Eur nevypadá pro dnešek ještě příliš úžasně, pokud bude trend vývoje cen pro maloodběratele kopírovat situaci na německém trhu, a není důvod si myslet, že tomu bude jinak, potom bude za pár let tento rozdíl mnohem vyšší.


Obrázek č. 2: Vývoj ceny elektřiny pro domácnost v Německu v období 2006 až 2016