Właściwy dobór mocy instalacji fotowoltaicznej należy do decyzji technicznych, które przekładają się bezpośrednio na opłacalność całej inwestycji. Zbyt mała instalacja nie pokryje zapotrzebowania na energię, zbyt duża wygeneruje nadwyżki trudne do efektywnego zagospodarowania w modelu net-billingu. Poniżej opisano metodykę stosowaną przez projektantów instalacji PV.
1. Punkt wyjścia: roczne zużycie energii elektrycznej
Podstawą obliczeń jest roczne zużycie energii elektrycznej w kilowatogodzinach (kWh/rok). Dane te znajdują się na fakturach za energię lub w historii odczytów licznika udostępnianej przez operatora systemu dystrybucyjnego. Warto zebrać dane z co najmniej dwóch pełnych lat, bo sezonowe wahania (ogrzewanie elektryczne w zimie, klimatyzacja latem) mogą istotnie wpływać na roczną sumę.
Typowe roczne zużycie w polskich gospodarstwach domowych:
| Typ gospodarstwa | Szacunkowe zużycie roczne | Uwagi |
|---|---|---|
| Mieszkanie 50–60 m² | 2 000–3 000 kWh | Bez ogrzewania elektrycznego |
| Dom jednorodzinny, ogrzewanie gazowe | 3 500–5 000 kWh | Standardowe wyposażenie |
| Dom z pompą ciepła | 8 000–14 000 kWh | Zależnie od powierzchni i izolacji |
| Dom z ładowarką EV | +2 000–4 000 kWh | Zależnie od przebiegu rocznego |
Uwaga: Jeśli planowane jest dodanie pompy ciepła, samochodu elektrycznego lub innego dużego odbiornika energii, roczne zużycie należy oszacować dla docelowego stanu — po wprowadzeniu zmian w wyposażeniu domu.
2. Wskaźnik produktywności — kluczowy parametr obliczeniowy
Każda instalacja PV wytwarza rocznie określoną ilość energii na każdy kilowat zainstalowanej mocy szczytowej. Wartość ta nazywana jest wskaźnikiem produktywności lub uzyskiem specyficznym i mierzona jest w kWh/kWp/rok.
W Polsce wskaźnik ten wynosi orientacyjnie:
- 900–1 000 kWh/kWp/rok — dla instalacji optymalnie zorientowanych na południe, przy nachyleniu 30–35°
- 800–900 kWh/kWp/rok — przy odchyleniu od południa do 45°
- 700–800 kWh/kWp/rok — przy ekspozycji wschodniej lub zachodniej
Wartości podane powyżej są szacunkowe i mogą się różnić w zależności od lokalizacji, zacieniowania, temperatury pracy modułów i parametrów konkretnego falownika. Szczegółowe obliczenia dla konkretnej lokalizacji można wykonać za pomocą narzędzia PVGIS, udostępnionego przez Wspólne Centrum Badawcze Komisji Europejskiej (JRC).
3. Formuła doboru mocy
Po ustaleniu rocznego zużycia i wskaźnika produktywności, szacunkową moc instalacji oblicza się ze wzoru:
Przykład: dom z rocznym zużyciem 5 000 kWh, instalacja skierowana na południe przy nachyleniu 30° (wskaźnik ~950 kWh/kWp/rok):
4. Zacienienie i straty systemowe
Cień rzucany przez kominy, sąsiednie budynki, drzewa lub lukarny dachowe może istotnie obniżyć produkcję instalacji. Ocenę zacienienia należy przeprowadzić dla różnych pór roku i godzin dnia, ponieważ kąt padania promieni słonecznych zmienia się sezonowo.
Straty systemowe typowej instalacji PV obejmują:
- straty w okablowaniu DC i AC — zwykle 1–3%
- straty temperaturowe modułów przy wyższych temperaturach pracy — 5–10%
- straty konwersji falownika — 2–5%
- brud i zabrudzenie powierzchni modułów — 2–5%
- niedopasowanie modułów w łańcuchach (mismatch) — 1–3%
Łączne straty systemowe szacuje się zwykle na 15–20% wartości teoretycznej. Programy symulacyjne takie jak PVGIS czy PVsyst uwzględniają te parametry automatycznie.
5. Wpływ modelu rozliczenia net-billing
Od 1 kwietnia 2022 roku w Polsce obowiązuje system net-billingu, który zastąpił wcześniejszy model net-meteringu. W net-billingu nadwyżki energii oddanej do sieci są wyceniane według aktualnych cen rynkowych (Rynkowa Cena Energii), a energia pobrana ze sieci rozliczana jest po cenach taryfowych. Asymetria cen kupna i sprzedaży energii sprawia, że przy tym modelu rozliczenia optymalny wymiar instalacji może być nieco wyższy niż przy poprzednim systemie — aby zmaksymalizować autokonsumpcję i ograniczyć ilość sprzedawanej nadwyżki po niekorzystnym kursie.
Wskazówka: Autokonsumpcja (bezpośrednie zużycie wytworzonej energii) jest najkorzystniejszym ekonomicznie scenariuszem. Instalacja magazynu energii lub dostosowanie harmonogramu pracy urządzeń AGD do godzin szczytowej produkcji PV pozwalają zwiększyć autokonsumpcję do 40–60% wytworzonej energii.
6. Wybór liczby i rodzaju modułów
Po ustaleniu mocy docelowej projektant dobiera liczbę modułów fotowoltaicznych. Moduły monokrystaliczne z technologią PERC lub TOPCon osiągają moce w zakresie 380–450 Wp. Aby uzyskać instalację o mocy 5 kWp, potrzebnych jest 12–14 modułów. Powierzchnia zajmowana przez jeden moduł wynosi około 1,7–1,9 m², co przy instalacji 13 modułów daje zapotrzebowanie na powierzchnię dachową rzędu 22–25 m².
Przy ograniczonej powierzchni dachu warto rozważyć moduły o wyższej gęstości mocy (np. z ogniwami HJT), które przy tej samej powierzchni mogą osiągnąć wyższą moc nominalną kosztem wyższej ceny jednostkowej za moduł.
7. Weryfikacja przez instalatora i audyt energetyczny
Obliczenia wstępne wykonane metodą opisaną powyżej służą orientacyjnemu planowaniu. Ostateczny projekt instalacji powinien zostać sporządzony przez osobę z odpowiednimi kwalifikacjami, która wykona pomiar rzeczywistego zacienienia, oceni stan dachu pod kątem nośności oraz dobierze falownik zgodnie z parametrami elektrycznymi łańcuchów modułów.
W Polsce instalacje fotowoltaiczne do 50 kWp klasyfikowane są jako mikroinstalacje. Ich montaż może wykonać instalator posiadający certyfikat wydany przez Urząd Dozoru Technicznego lub Instytut OZE na podstawie przepisów ustawy o odnawialnych źródłach energii.