Fotovoltické systémy v bytových domoch: oblasť, v ktorej Slovensko zaostáva

Na Slovensku máme viac ako 2 milióny bytových domov a aj napriek boomu fotovoltických inštalácií sa v nich tieto systémy využívajú minimálne.

Poznáte výhody Klubu ASB? Stačí bezplatná registrácia a získate sektorové analýzy slovenského stavebníctva s rebríčkami firiem ⟶

V súčasnosti zaznamenávame nielen na Slovensku doslova exponenciálny nárast inštalácií fotovoltických systémov (FVS), predovšetkým na strechách budov. Najvýraznejší nárast zaznamenávame na rodinných domoch, nasledujú firemné a administratívne budovy. Na Slovensku sme mali v roku 2021 viac ako 1 234 000 rodinných domov, bytových domov bolo o jeden milión viac, teda o niečo viac ako 2 235 000.

Napriek tomu je využívanie FVS v bytových domoch minimálne – väčšinou sa obmedzuje buď na využívanie FVS pre spoločné priestory a zariadenia, alebo sa FVS využívajú na bytových domoch v developerských projektoch. Existujúce bytové domy sa pri záujme o využívanie FVS stretávajú s množstvom problémov. Niektoré sú riešiteľné ihneď, niektoré si vyžadujú legislatívne úpravy a technickú prípravu. V príspevku sa snažíme zhrnúť možnosti využívania FVS a načrtnúť možnosti odstránenia existujúcich prekážok.

Prevádzka bytového domu zahŕňa viaceré činnosti a povinnosti, ktoré súvisia s udržiavaním a so spravovaním spoločných častí domu, ale aj jednotlivých bytov. V spoločných priestoroch je z energetického pohľadu potrebné zabezpečiť osvetlenie, prevádzku spoločných zariadení a vykurovanie.

Čoraz viac dodávateľov nahrádza fosílne palivá obnoviteľnými zdrojmi

V bytoch je potrebné zabezpečiť vykurovanie, prípravu teplej vody, energiu na varenie a zásobovanie elektrinou. Tieto potreby sú zabezpečované v prípade elektriny dodávateľom elektriny, v prípade tepla buď centralizovaným zásobovaním (teplárne a výhrevne) alebo sídliskovými (centrálnymi) či domovými zdrojmi tepla.

V súčasnosti prevláda vo väčších mestách na Slovensku zásobovanie bytových domov teplom z centrálnych systémov, pričom čoraz viac dodávateľov nahrádza fosílne palivá obnoviteľnými zdrojmi energie, hlavne biomasou a geotermálnou energiou a prostredníctvom tepelných čerpadiel. Aj preto nie je odpájanie bytových domov od systémov CZT vždy tým ideálnym riešením nielen z ekonomického pohľadu, ale ani z environmentálneho a občas tiež technického.

Napriek tomu existujú situácie, kedy je možné a vhodné doplniť systém CZT obnoviteľným zdrojom, rovnako je to aj pri elektrine. Optimálnym riešením je kombinácia výroby tepla a elektriny z obnoviteľného zdroja, ktorý pokryje maximálnu možnú ročnú potrebu energie. Ideálnym riešením je, ak sa energia z obnoviteľného zdroja dokáže spotrebovať priamo v mieste výroby v čo najkratšom časovom rozpätí, čím sa eliminujú náklady na akumuláciu vrátane virtuálnej.

Elektrinu možno vyrábať z obnoviteľných zdrojov vodnými, veternými alebo fotovoltickými zariadeniami. Vodný zdroj nie je dostupný všade, z technického hľadiska sú teda vo všeobecnosti najvhodnejšie veterné a fotovoltické systémy, no z legislatívneho hľadiska je možné z týchto dvoch aktuálne inštalovať len fotovoltické systémy.

Fotovoltické systémy pre bytové domy z pohľadu spotreby elektriny

Stredná spotreba elektriny na obyvateľa v obytných priestoroch je nižšia v bytoch ako v rodinných domoch, ale tzv. bežná spotreba (zahŕňajúca osvetlenie schodísk a iných spoločných priestorov, spotrebu výťahov a iných spoločných zariadení) je, samozrejme, vyššia. Aj vzhľadom na to, že vlastníctvo budovy a strešnej plochy je zvyčajne spoločné, je v takých prípadoch najjednoduchšou a najrozšírenejšou konfiguráciou v bytových domoch vo svete inštalácia zdieľaného fotovoltického systému pre spoločnú spotrebu.

Pri výškových budovách s vysokou spoločnou spotrebou a relatívne malou plochou strechy sa môže spotrebovať aj 100 % elektriny vyrobenej z FV systému. To znamená, že benefity FV systému využívajú všetci vlastníci a nájomcovia bytov aj bez dodávky FV elektriny priamo do ich bytov.

Naopak, pri bytových domoch s malým počtom podlaží bez výťahov je spoločná spotreba obmedzená na osvetlenie spoločných priestorov a vtedy je využitie FV systému pre vlastnú spotrebu prakticky preddefinované v kombinácii s akumulátorom elektriny. To prináša predĺženie návratnosti investície mnohokrát prevyšujúcej životnosť komponentov FV systému.

Vyššie uvedené špecifiká podnietili vývoj nových ekonomických a technických konceptov využívania elektriny z FV systémov v bytových domoch vrátane vlastníkov a nájomníkov bytov. Čoraz viac sa hovorí a do legislatívy jednotlivých štátov zavádza pojem kolektívna vlastná spotreba, definovaný novou smernicou EÚ RED II [1]. Na Slovensku je tento pojem transformovaný do legislatívy ako Energetické spoločenstvo a Energetická komunita prostredníctvom § 11a zákona č. 251/2012 Z. z. o energetike a o zmene a doplnení niektorých zákonov.

Dobrou správou pre všetkých záujemcov o využívanie FV elektriny aj v bytoch je, že na Slovensku je od 2. októbra 2023 otvorené v testovacej prevádzke Energetické dátové centrum (EDC). EDC predstavuje centrálnu platformu na výmenu dát, predovšetkým v energetike. Prevádzkuje ho Organizátor krátkodobého trhu s elektrinou (OKTE), dcérska spoločnosť Slovenskej elektrizačnej sústavy (SEPS), ktorá tým nadviazala na vyhlášku Úradu pre reguláciu sieťových odvetví (ÚRSO) č. 207/2023 Z. z. o pravidlách trhu s elektrinou.

Vyššie uvedené skutočnosti predstavujú prelom v možnostiach využívania elektriny z FV v slovenských bytových domoch a výrazne eliminujú ich diskrimináciu oproti ostatným budovám.

Uvedené oblasti sa čiastočne týkajú aj ostatných budov, bytové domy sú však špecifické hlavne z pohľadu posledného uvedeného bodu. Spoločné vlastníctvo a demokratické princípy schvaľovacích procesov sú veľmi často príčinou nevyužívania FV systémov na bytových domoch. Našťastie, vyššie uvedené legislatívne zmeny a elektronické systémy môžu využívanie FV systémov v bytových domoch výrazne urýchliť a zjednodušiť. Je však potrebné vykonať ešte niekoľko legislatívnych krokov.

Vždy je však vhodné a odporúča sa, aby záujemcovia o FV systém boli poučení a snažili sa o zmenu správania v prospech FV výroby. To znamená prispôsobiť čas prevádzky zariadení, ktoré to umožňujú (práčka, sušička, umývačka riadu, zásobník TV…), tak, aby sa zapínali hlavne v čase okolo obeda.

Profil spotreby elektriny v bytovom dome sa mení v čase, to znamená, že je iný cez pracovný týždeň, cez víkend a iný v zime a v lete. Ukážky spotrebného profilu bytového domu v priebehu roku v porovnaní s výrobou elektriny FV systémom sú na obr. 1. Hodnoty sú vyjadrené v %, to znamená, že je zobrazené, koľko elektriny z dennej/ročnej spotreby sa v danú hodinu/mesiac spotrebuje. Rovnako je to v prípade výroby elektriny z FV systému.

Ako je zrejmé, úplnú spotrebu elektriny z FV systému je jednoduché dosiahnuť v zimnom období, keď FV systém vyrába menej energie, ako dokáže bytový dom spotrebovať. Prebytočná elektrina v letných mesiacoch je však problém. V zásade ho možno riešiť tromi spôsobmi:

• dodávkou do virtuálnej batérie,
• ukladaním elektriny do fyzických batérií,
• využitím energetického spoločenstva.

Všetky spôsoby majú svoje za a proti.

Fyzická batéria

Spĺňa kritérium maximalizácie spotreby elektriny v reálnom čase výroby. To znamená, že využitím fyzickej batérie možno eliminovať dodávku elektriny do distribučnej siete a minimalizovať negatívne vplyvy na parametre siete. Tie sa s rozvojom FV na Slovensku začínajú objavovať čoraz častejšie a kým nebudú distribučné siete modernizované, bude potrebné tento fakt rešpektovať.

Fyzická batéria však dokáže akumulovať len určité množstvo elektriny. Investične je pritom možné uvažovať o pomere ±1 : 1. To znamená, že cena za jednotku výkonu FV systému je približne rovnaká ako cena za jednotku výkonu a kapacity batérie. Takže napríklad FV systém s výkonom 10 kWp a batériou s výkonom 10 kW a kapacitou 10 kWh by stál dvakrát toľko ako samotný 10 kWp systém bez batérie.

Pre rodinné a bytové domy je fyzická batéria vhodným riešením pri správnom dimenzovaní. Dokazuje to aj rastúci záujem o fyzické batérie napríklad v Nemecku alebo Českej republike. V Nemecku sa inštalovaný výkon FV zariadení na rodinných domoch a bytoch v roku 2023 zvýšil oproti roku 2022 o 87 %, avšak počet batérií stúpol o 100 % – z pôvodných 600-tisíc na takmer 1,2 milióna [2]. V Česku bolo v roku 2023 až 92 % inštalácií FV systémov s fyzickou batériou [3].

Pri bytových a rodinných domoch možno za fyzický akumulátor energie považovať aj systém na prípravu teplej vody, keď sa prebytočná elektrina z FV systému ukladá do teplej vody. Optimálny systém predstavuje kombináciu oboch akumulátorov.

Stále však platí, že nie je rozumné dimenzovať batériu na dlhšie obdobie ako 1 až 3 dni, čo umožní uskladniť nadvýrobu napríklad na večer alebo na preklenutie špičkových odberov či nepriaznivého počasia. Z toho vyplýva, že fyzická batéria nerieši problém nedostatku FV elektriny v zimnom období. Tento problém eliminuje tzv. virtuálna batéria.

Virtuálna batéria

Predstavuje službu, ktorá umožňuje „uskladniť“ elektrinu pomocou distribučnej siete. Nadbytočná elektrina z FV sa spotrebuje na inom mieste, ale bilančne je zapísaná v „pohľadávke“ výrobcu, teda vlastníka FV systému. V čase nedostatku slnečného žiarenia, napríklad v zime, môže vlastník FV systému takto „uskladnenú“ elektrinu čerpať zo siete späť do výšky bilančného vyrovnania. Pre bytové domy na Slovensku však zatiaľ nie je v podobe ponuky pre domácnosti dostupná.

Energetické spoločenstvo

Podobnú schému možno využiť v rámci tzv. energetického spoločenstva. Na Slovensku ide podobne ako pri virtuálnej batérii o spôsob vyrovnania výrobno-spotrebnej bilancie pomocou distribučnej siete. Z pohľadu bytových domov je táto možnosť optimálna, pretože umožňuje využitie FV systému aj pre potrebu jednotlivých bytov, nielen spoločných priestorov. Celý proces alebo životný cyklus spoločenstva zdieľania energie (SZE) vidieť v zjednodušenej schéme na obr. 2.

Zelenou farbou sú vyznačené procesy, ktoré sa priamo týkajú SZE, oranžovou farbou sú vyznačené procesy, ktoré sú vykonávané z pohľadu SZE „automaticky“, tzn. prostredníctvom energetického dátového centra zriadeného a spravovaného OKTE, alebo ich procesuje OKTE a ďalšie zúčastnené subjekty.

Zjednodušene možno opísať vznik a proces výroby a zdieľania elektriny z FV systému prostredníctvom energetického spoločenstva z pohľadu bytového domu takto:

• Vlastníci bytov a NP sa dohodnú na vzniku SZE, určia osobu zodpovednú za správu SZE a zároveň nastavia parametre zdieľania elektriny medzi členmi SZE.
• Každý člen SZE predstavuje samostatné odberné a odovzdávacie miesto (OOM).
• Požiadajú ÚRSO o osvedčenie o vzniku energetického spoločenstva.
• Všetky OOM musia byť vybavené inteligentnými meracími systémami (elektromer IMS), zabezpečujú si to jednotlivé OOM na vlastné náklady (ak zo zákona nevyplýva inak).
• Po pridelení osvedčenia o vzniku energetického spoločenstva pristúpi zodpovedná osoba k procesu prihlásenia, vytvorenia účastníka trhu s elektrinou a uzatvorenia zmluvy.
• Zo strany OKTE prebehne proces kontroly a priraďovania OOM k skupine zdieľania – spoločenstvu zdieľania energie.
• Po priradení OOM ku skupine zdieľania sa môže začať proces zdieľania elektriny medzi výrobou (FV systémom) a členmi SZE, nespotrebovaná energia sa dodáva do siete.
• Systém meria spotrebu elektriny z distribučnej sústavy, z FV systému, ako aj toky elektriny z FV systému v reálnom čase.
• Systém na konci fakturačného obdobia automaticky odpočíta od elektriny spotrebovanej zo siete elektrinu vyrobenú FV systémom a vytvorí podklady pre fakturáciu a podklad pre informáciu o zdieľanej elektrine pre SZE.

Výsledkom využitia energetického spoločenstva je to, že elektrinu z FV zdroja možno využívať aj priamo v bytoch, nielen v spoločných priestoroch. Jednou z podmienok vytvorenia energetického spoločenstva je aj nastavenie pravidiel rozpočítavania elektriny z FV zdroja. To znamená nastavenie kľúča, podľa ktorého sa bude vyrobená elektrina prerozdeľovať medzi jednotlivé byty a spoločné priestory.

To, či sa vlastníci bytov a NP rozhodnú pre energetické spoločenstvo, alebo jednu z batérií, závisí, ako bolo uvedené, aj od spôsobu využitia elektriny z FV zdroja.

V čase aktualizácie príspevku (máj 2024) však energetické spoločenstvo stále nefunguje tak, ako si to pôvodní zodpovední predstavovali a funguje tak, ako si to súčasní zodpovední nepredstavujú.

FV systémy pre bytové domy z pohľadu výroby tepla

Účel využívania elektriny z FV systému je dôležitým faktorom nielen pri návrhu požadovaného výkonu, ale aj z pohľadu technických parametrov inštalácie – umiestnenia panelov, ich sklonu, orientácie a pod. Ďalším aspektom je plánovanie využitia batérie, zdroja tepla a pod.

FV systém pre prípravu teplej vody 

Jednou z možností, ako zvýšiť priamu spotrebu FV elektriny, je využiť ju na prípravu teplej vody. Tu sa ponúkajú dve základné možnosti – príprava TV v elektrickom zásobníkovom ohrievači alebo príprava TV pomocou tepelného čerpadla so zásobníkom. Rozdiel je prakticky len v požadovanom výkone FV systému a vo výške investície.

Pri oboch variantoch je dôležité dimenzovanie zásobníka teplej vody podľa spotreby v ostatných rokoch a dimenzovanie výkonu ohrevného telesa. Pri kombinácii elektrického ohrievača a FV systému je potrebné dimenzovať ich na približne rovnaký výkon, prípadný rozdiel sa odporúča v prospech FV systému.

To znamená, že je lepšie dimenzovať FV systém s vyšším výkonom, ako má elektrická špirála. Dôvod je jednoduchý – výkon FV systému je dimenzovaný na optimálne podmienky, ktoré sa však v reálnej praxi dosahujú len určitý čas. Prvým krokom je preto navrhnúť objem a príkon zásobníkového ohrievača. Čas ohrevu jednotlivých objemov je zobrazený v tab. 1. Pre názornosť sú vyznačené časy ohrevu menej ako 11 hodín, čo je maximálna dĺžka slnečného svitu v lete.

Pre prípad bytového domu uvedeného vyššie je navrhnutý zásobník s objemom 1 500 litrov a sumárnym príkonom špirál 15 kW. Ako sme uviedli, druhou možnosťou prípravy TV s využitím FV systému je tepelné čerpadlo poháňané FV elektrinou. V modelovom príklade predmetného bytového domu sa počítalo s tepelným čerpadlom s rovnakým tepelným výkonom 15 kW, COP 3,1 a s optimalizovanou spotrebou FV elektriny prednostne do tepelného čerpadla.

Ak sa obyvatelia BD rozhodnú pre využitie tepelného čerpadla na prípravu TV, hlavný rozdiel oproti predchádzajúcemu systému budú predstavovať investičné náklady. Druhý rozdiel je vo využití FV elektriny priamo v čase výroby, ktorý je oproti priamemu elektrickému ohrevu nižší. Existujú aj možnosti využitia tepelného čerpadla na podporu vykurovania. V tomto prípade bolo do systému navrhnuté tepelné čerpadlo s tepelným výkonom 20 kW s prednostným ohrevom vody pomocou FV systému.

Výsledky simulácií sú na obr. 3, z ktorého je zrejmé, že najviac elektriny možno spotrebovať priamo v čase FV výroby elektrickým zásobníkom. Ako vidieť, spotreba elektriny v bytoch a spoločných priestoroch zostala rovnaká, rozdiel je v spotrebovanej elektrine tepelnými zariadeniami.

Aj keď systém s tepelným čerpadlom na podporu prípravy TV a vykurovania vykazuje vyššie percento priamej spotreby FV elektriny, je vhodné o ňom uvažovať len v prípade možnosti využitia distribučnej siete ako akumulátora elektriny, teda energetického spoločenstva.

Pri dimenzovaní FV systému je tak vhodné zvážiť rôzne varianty zapojenia elektrospotrebičov do celého spotrebného ekosystému bytového domu tak, aby sa maximalizovala spotreba FV elektriny v reálnom čase výroby. Veľký vplyv na to má, samozrejme, aj dostupný výkon FV systému, ktorý závisí hlavne od dostupnej inštalačnej plochy a jej vhodnosti na umiestnenie FV panelov.

Záver

Fotovoltické systémy sa už vo sfére rodinných domov stávajú takmer bežným štandardom, čo je z pohľadu znižovania uhlíkovej stopy bývania veľmi dobrým znakom. Hovorí to aj o tom, že ľudia sa snažia využívať obnoviteľné zdroje s cieľom znižovania nákladov na bývanie. Vo veľkej miere im v tom pomáha aj program Zelená domácnostiam, ktorý za ostatné roky významne prispel k rozmachu využívania OZE práve v rodinných domoch.

V tomto bode však Slovensko zaostáva v oblasti, ktorá predstavuje najväčší podiel využívania energie na bývanie – v oblasti bytových domov. Na jednej strane existujú podporné programy umožňujúce inštaláciu technológií OZE do bytových domov, na druhej strane sú však tieto inštalácie limitované buď len na využitie v spoločných priestoroch, alebo nesmú byť dôvodom na odpájanie sa od systémov CZT.

Tieto skutočnosti diskriminujú ľudí bývajúcich v bytových domoch, špeciálne v oblasti využívania fotovoltických systémov slúžiacich na pokrytie spotreby elektriny a tepla aj v samotných bytoch. Technicky je pritom možné využívať elektrinu z FV zdroja nielen na pokrytie potrieb spoločných priestorov, ale aj na zníženie spotreby elektriny zo siete v bytoch, dokonca aj na prípravu teplej vody či podporu vykurovania v kombinácii s tepelným čerpadlom.

TEXT A FOTO: prof. Ing. Peter Tauš, PhD. – zástupca riaditeľa Ústavu zemských zdrojov na Fakulte baníctva, ekológie, riadenia a geotechnológií TUKE v Košiciach, vedúci Oddelenia obnoviteľných zdrojov energií v uvedenom ústave. Tému fotovoltických systémov rieši v spolupráci so spoločnosťou Energia budov, s. r. o.

Článok bol uverejnený v časopise TZB 4/2024