Różnice i podstawowe informacje dotyczące systemów solarnych zawierających magazyn energii jak i systemów PV pracujących tylko z siecią elektroenergetyczną.

Instalacja systemu fotowoltaicznego jest kosztownym przedsięwzięciem, więc odpowiedni (optymalny pod nasze zapotrzebowanie) dobór urządzeń w systemie fotowoltaicznym ma istotne znaczenie. To jaki rodzaj systemu fotowoltaicznego wybierzemy (On-Grid, Off-Grid czy hybrydowy) zdeterminuje nasz sposób dostępu do energii elektrycznej, wpłynie na sposób wykorzystania nadwyżki wyprodukowanej energii, czy zdeterminuje dostęp do energii elektrycznej w razie awarii w dostawie prądu z sieci elektroenergetycznej.
Dlatego warto jest znać podstawowe różnice między systemami fotowoltaicznymi w typowo sieciowym funkcjonowaniu (On-Grid), w zestawieniu hybrydowym czy w rozwiązaniu czysto autonomicznym (Off-Grid), gdzie mamy do dyspozycji energię wyprodukowaną z fotowoltaiki plus magazyn energii bez podłączenia systemu fotowoltaicznego do sieci elektroenergetycznej.

Instalacja fotowoltaiczna On-Grid – Instalacja fotowoltaiczna podłączona do sieci elektroenergetycznej

Największą popularnością wśród właścicieli domów (prosumentów) czy firm cieszą się obecnie systemy fotowoltaiczne typu On-Grid. Są to systemy fotowoltaiczne typowo sieciowe, czyli podłączone do sieci elektroenergetycznej, gdzie możliwa jest sprzedaż ewentualnych nadwyżek wyprodukowanej energii z systemu fotowoltaicznego do sieci elektroenergetycznej czy pobór energii z sieci w przypadku ujemnego bilansu energetycznego (jeśli mniej energii produkujemy niż zużywamy). Energia elektryczna z modułów PV (prąd i napięcie stałe) przekształcana jest przez inwerter sieciowy na prąd i napięcie przemienne o parametrach zgodnych z parametrami sieci elektroenergetycznej niskiego napięcia (230/400V, 50 Hz) i wykorzystywana do zasilania urządzeń elektrycznych w domu czy w firmie.
Systemy On-Grid charakteryzują się brakiem magazynu energii (brakiem baterii akumulatorów) co oznacza, iż system fotowoltaiczny On-Grid (podłączony do sieci) nie będzie generował energii w przypadku przerw w dostawach prądu z sieci elektroenergetycznej. Tego typu awarie od strony sieci elektroenergetycznej bardzo często wiążą się z uszkodzeniem linii średniego czy wysokiego napięcia więc gdyby instalacja fotowoltaiczna podpięta do sieci (On-Grid) nie przerwałaby pracy, przesłany przez nią prąd do sieci stanowiłby realne zagrożenie dla osób naprawiających usterkę. Ze względów bezpieczeństwa, falownik sieciowy automatycznie (zabezpieczenie antywyspowe) nie wykrywając zasilnia z sieci elektroenergetycznej, odłącza oddawanie energii do sieci, a prosument pomimo posiadania instalacji fotowoltaicznej pozostaje bez prądu.

Instalacja fotowoltaiczna 0ff-Grid – Fotowoltaika z magazynem energii bez podłączenia do sieci elektroenergetycznej

Systemy fotowoltaiczne Off-Grid nie są podłączone do sieci elektroenergetycznej tylko współpracują z siecią wewnętrzną w budynku zasilając zainstalowane w nim urządzenia. Ważnym elementem takiego systemu jest magazyn energii (bateria akumulatorów), gdzie zmagazynowana energia stanowi źródło zasilania dla urządzeń pobierających prąd.
Praca systemu solarnego Off-Grid polega na tym, iż prąd stały płynący z modułów PV zamieniany jest przez inwerter wyspowy na prąd przemienny o odpowiednich parametrach i wykorzystywany do zasilania domowych urządzeń elektrycznych. Nadwyżki energii z instalacji PV magazynowane są w akumulatorach /baterii akumulatorów i gdy instalacja fotowoltaiczna nie pracuje, wieczorem czy w nocy, magazyn energii pełni rolę źródła zasilania dla odbiorów w budynku.
WAŻNE! Instalacje fotowoltaiczne Off-Grid muszą być optymalnie zaprojektowane pod konkretne zapotrzebowanie tak aby generowały wystarczającą ilość energii do niezawodnego zasilania obciążeń przez cały rok lub sezonowo w zależności od modelu zużycia energii.
Wysoka cena magazynów energii oraz droższe inwertery wyspowe od sieciowych sprawiają, iż systemy Off-Grid stanowią dużo bardziej kosztowną inwestycję niż systemy On-Grid. Z tego też powodu takie systemy aktualnie znajdują zainteresowanie głównie wśród właścicieli budynków usytuowanych z dala od sieci elektroenergetycznych lub w obszarach, gdzie przerwy w dostawach prądu są częste i długotrwałe. Systemami fotowoltaicznymi Off-Grid są zainteresowane także osoby dla których nadrzędną rolę pełni bezpieczeństwo energetyczne a koszt inwestycji w system fotowoltaiczny Off-Grid schodzi na margines.
Jednakże zgodnie z aktualnym trendem koszt inwestycji w magazyn energii systematycznie maleje i coraz więcej osób decyduje się na tego typu rozwiązanie. Możemy oczekiwać, iż najbliższym czasie cena magazynów energii baterii będzie równie atrakcyjna jak obecnie inwestycja w sieciowy system fotowoltaiczny.

Instalacja fotowoltaiczna hybrydowa – Fotowoltaika z magazynem energii współpracująca z siecią elektroenergetyczną

Instalacja hybrydowa łączy zalety instalacji Off-Grid (wyspowej) i On-Grid (sieciowej). Może być idealnym rozwiązaniem, jeśli zależy nam na maksymalnym wykorzystaniu prądu z systemu fotowoltaicznego na potrzeby własne budynku, gospodarstwa domowego czy firmy. Po odłączeniu systemu do sieci elektroenergetycznej, instalacja może pracować wyspowo – zasilać odbiorniki w budynku przy braku zasilania z sieci. Jednakże wielkość magazynu energii oraz rodzaj zastosowanych inwerterów hybrydowych determinuje to czy system będzie pracował niezawodnie w trybie Off-Grid w przypadku zaniku energii z sieci.
W zależności od zastosowanej mocy instalacji PV i pojemności baterii akumulatorów (magazynu energii), instalacja hybrydowa pozwala zwiększyć wykorzystanie prądu z systemu fotowoltaicznego na własne potrzeby do 50-80%. Instalację taką można zrealizować za pomocą dwóch inwerterów – sieciowego i wyspowego lub stosując jeden inwerter hybrydowy.

Układ sterujący instalacji hybrydowej kontroluje przepływ energii dążąc do:

1. Maksymalnego wykorzystania prądu z systemu fotowoltaicznego na potrzeby własne budynku;
2. Jak największego ograniczania poboru prądu z sieci;
3. Jak najmniejszej ilości energii pochodzącej z systemu PV odprowadzanej do sieci.

W cyklu dobowym system hybrydowy PV pracuje w następujący sposób:

1. Rano instalacja fotowoltaiczna (PV) dostarcza niewiele prądu z systemu PV – odbiorniki elektryczne zasilane są z sieci i prądem z instalacji PV. Akumulatory nie są ładowane;
2. Słoneczny dzień w godzinach przedpołudniowych oznacza zwiększoną produkcję prądu z systemu PV – wszystkie domowe odbiorniki zasilane są przez instalację PV. Jeśli ilość energii wyprodukowana z systemu PV przewyższa aktualne potrzeby poboru prądu w budynku, nadmiar wyprodukowanej energii elektrycznej kierowany jest do ładowania akumulatorów (magazynu energii), które były rozładowywane w nocy;
3. Słoneczny dzień, po południu – bateria akumulatorów jest już całkowicie naładowana, a instalacja PV produkuje więcej energii niż potrzebują tego odbiorniki w budynku – nadwyżka produkcji energii z systemu PV kierowana jest do sieci elektroenergetycznej;
4. Wieczór, wydajność instalacji PV maleje i nie wystarcza na całkowite pokrycie potrzeb energetycznych w budynku, wówczas inwerter uzupełnia brakującą ilość energii
   z magazynu energii – wykorzystując energię z systemu PV zmagazynowaną w bateriach, zamiast pobierać ją z sieci;
5. W nocy instalacja fotowoltaiczna nie pracuje – magazyn energii zasila budynek. Jeśli ilość zgromadzonej energii jest niewystarczająca dla bieżących odbiorów, wówczas brakująca część energii pobierana jest z sieci.

Obowiązujące przepisy nakładają na właściciela instalacji fotowoltaicznej obowiązek umożliwienia zakładowi energetycznemu zdalne wyłączenie instalacji PV. Spowodowane jest to obawami, iż przestarzałe sieci energetyczne mogą nie wytrzymać napływu nadmiernej ilości prądu z systemów PV. Dlatego zakład energetyczny może zdalnie odłączać instalacje PV. Przepisy nie są precyzyjne i nie określają, kiedy dokładnie może to zrobić zakład energetyczny, na ile godzin i czy z racji odłączenia właścicielowi przysługuje jakaś forma rekompensaty za przymusowe odłączenie. Uwzględniając powyższe problemy z przestarzałą siecią elektroenergetyczną, fotowoltaiczna instalacja hybrydowa może być doskonałym rozwiązaniem przy często powtarzających się odłączeniach instalacji PV od sieci.