Energeticky téměř soběstačná jednotka

Dům původně postavený v roce 1975 z tehdy tradičních materiálů byl zrekonstruován a přetvořen na téměř soběstačnou energetickou jednotku v roce 2012. Co se týče technického zařízení domu, byl použit energetický mix vycházející z obnovitelných zdrojů, hlavně pak z energie slunečního záření a biomasy. Díky tomu je již velice málo závislý na energii zvenčí, a jeho majitelé se tak stali více imunními k cenovému diktátu energetických gigantů.   

 Rodinný dům v Choceradech (Benešov u Prahy) byl postaven v letech 1970 až 1975 s využitím typických materiálů a technologií z těchto let. Podlahová plocha je celkem asi 320 m² ve třech patrech. V domě se nacházejí dvě bytové jednotky a také kancelářské prostory. V roce 2011 byla provedena částečná rekonstrukce (výměna oken, zateplení podkroví, instalace technických zařízení atd.). Fasády nebyly zateplovány, obvodové zdi jsou ze škvárobetonu o tloušťce 40 cm, část domu je pod úrovní terénu. Dům trvale obývají čtyři lidé a zaměstnanci kanceláří. Při rekonstrukci byly použity technologie uvedené níže.

Fotovoltaika
Na střeše domu je instalováno 33 fotovoltaických panelů, dalších 12 panelů je umístěno na fasádě domu orientované na jih. Jejich celkový výkon činí celkem 8 kWp. V těchto panelech vzniká působením slunečního záření stejnosměrný elektrický proud, který se následně ve střídači změní v proud střídavý 230V/50Hz. Elektrickou energii lze pak buď ihned používat a spotřebovávat v běžných spotřebičích, nebo ji uchovávat v akumulátorech pro pozdější použití. Tento zdroj zajišťuje dostatek elektrické energie pro spotřebu domácnosti od jara do podzimu (přibližně období březen až září). Může také sloužit pro další potřeby domácnosti, například pro dobíjení akumulátoru v elektro­mobilech. Tento fenomén nás jistě již brzy čeká. Dům je rovněž vybaven inteligentní regulační jednotkou pro sledování toku elektřiny. Tato regulace neustále sleduje, kolik přichází elektřiny do domu a kolik elektřiny vyrobené ve fotovoltaice míří coby přebytek do distribuční sítě. Snaží se udržovat ideální nulu. V případě přebytků je elektrická energie přesměrována do předem určených spotřebičů, které na tuto energii čekají, a v případě nedostatku se automaticky zapojuje řídicí systém akumulace a dotuje spotřebu domu z akumulátorů. Teprve když je elektřiny stále málo, dostane se ke slovu elektřina z distribuční sítě. 

Akumulace
Akumulátory elektrické energie o kapacitě 480 Ah (11 kWh při 50% vybití) zajišťují dostatek energie pro například noční provoz domu nebo energetickou nezávislost po dobu zhruba 10 až 18 hodin v případě výpadku distribuční sítě. Do těchto akumulátorů se prostřednictvím řídicí jednotky (hybridního střídače) akumuluje energie z fotovoltaických článků, která je v danou chvíli nadbytečná tak, aby byla k dispozici ve chvíli, kdy slunce nesvítí. Díky pokročilé technologii je možné celý dům provozovat jak v offgrid zapojení (galvanicky oddělené od okolní distribuční soustavy), tak i v naprosté symbióze, tedy paralelně s DS. Je možné zakázat jakoukoli dodávku do sítě, popřípadě povolit hranici maximálně možné dodávky přebytků z výroby.

Fototermika
K ohřevu vody slouží tři kolektory na střeše domu o výkonu celkem 4,2 kW. Jsou zapojeny do systému, ve kterém koluje mé­dium – nemrznoucí kapalina, která se vlivem slunečního záření ohřívá. Toto teplo je předáváno do vody ve výměníku umístěném v tisícilitrové akumulační nádobě, která se nachází v technické místnosti domu. Nádoba je tepelně izolována a teplá voda zde vydrží několik hodin bez ztráty tepla. Naakumulovanou vodu lze používat jak jako teplou (užitkovou) vodu, tak i pro přitápění.

Akumulace tepelné energie
Nádrž na teplou vodu o objemu 1 000 litrů akumuluje teplo z fototermického ohřevu a z přebytků elektrické energie z fotovoltaiky, které již nedokážou pojmout baterie ani ostatní spotřebiče v domě. Společně dokážou tyto zdroje akumulovat tolik tepla, aby byla pokryta potřeba domácnosti i firmy.

Spalování biomasy
Automatický peletkový kotel značky Ferolli o výkonu 25 kW vyrábí teplo na vytápění domácnosti a ohřev vody v zimních měsících (přibližně v období listopad až únor). Peletky jsou stále k dispozici v automatickém podavači, do kterého se vejde zásoba až na týden provozu – záleží samozřejmě na teplotě venkovního vzduchu a požadovaném tepelném komfortu v domě (pokud je venku –15 °C a v domě chceme udržet teplo okolo 20 – 22 °C, pak zásoba peletek vydrží maximálně 2,5 dne). Z podavače si kotel sám automaticky podává peletky do hořáku, kde spalováním vzniká teplo. Kotel se sám automaticky zapíná, zahořuje a vypíná. Odpad ze spalovaných peletek je asi 0,6 kg popela ze 100 kg peletek. Kotel potřebuje údržbu vyčištěním (například průmyslovým vysavačem) jednou za zhruba 400 až 500 kg spálených peletek (tj. asi jedenkrát za dva týdny).

Skutečná spotřeba elektřiny
Dům tedy odebírá elektrickou energii ze sítě pouze v okamžiku, kdy přestane stačit střešní fotovoltaika dodávající elektrickou energii do akumulátorů. Během letních měsíců navíc dodává přebytky také do distribuční sítě, jedná se o asi 300 až 400 kWh/rok, tedy o méně než 5 % produkce fotovoltaických panelů.

Ekonomika projektu
Přibližné celkové náklady na toto řešení v současných cenách jsou uvedeny v tabulce.
 
Roční úspory
Celkové orientační náklady na provoz domu jsou uvedeny níže.

• Majitel domu nakupuje cca 3 až 3,5 MWh za rok po asi 3 Kč/kWh (sazba pro tepelná čerpadla, elektrokotel…), to znamená náklady asi 11 000 Kč ročně za elektřinu.
• Fotovoltaická elektrárna (FVE) vyrobí dalších cca 7,5 MWh, z toho dům dokáže efektivně spotřebovat 7 MWh ročně. ­Celková spotřeba domu je cca 10 až 10,5 MWh (v domě běží počítače a spotřeba kanceláří je přibližně 2,5 MWh/rok).
• Dále majitel nakupuje peletky (postačí 4 tuny za rok). Cena je dnes do 5 000 Kč/t. Jelikož dům kombinuje výrobu tepla ze slunce, kotel na biomasu běží od poloviny října do konce února (dle počasí). Denní spotřeba je 15 až 40 kg peletek. Netopí se však každý den.
• Celkové náklady na energetický provoz domu jsou cca 27 000 až 31 000 Kč ročně (elektřina i teplo dohromady), což je téměř srovnatelný náklad s běžnými náklady pouze za elektřinu v pražském bytě. 
• Meziroční bilanční účet za energii tedy je cca 30 000 Kč. Roční výroba FVE a tržba za zelené bonusy činí cca 7,5 MWh × 5,08 Kč, tj. 38 000 Kč. To tedy znamená, že celkově jsme v plusu o zhruba 8 000 Kč.

Návratnost investice
Finanční úspora za energii ve srovnání s podobným domem činí 25 000 Kč za rok. Tržba za zelené bonusy je přibližně 38 000 Kč ročně, celkový finanční přínos je tedy 63 000 Kč ročně. Při investici ve výši 930 000 Kč činí nediskontovaná návratnost 14 až 15 let.

V této koncepci choceradského domu z roku 1975 bylo dosaženo významného postupu k energetické nezávislosti u stavby z minulého století. Výpočet návratnosti je pochopitelně nepřesný, protože neznáme vývoj cen elektřiny a tepla. Jak se ceny za energii zvedají (a zvedat se pravděpodobně budou), bude se i úměrně zkracovat doba vlastní návratnosti investice. Nepředpokládáme, že by výrazně rostly ceny nových komponentů a technologie, protože světovým trendem je stále mírný pokles cen technických komponentů, a vybírá-li investor v nabídce se znalostí, dobré výrobky budou sloužit dvacet až třicet let a fotovoltaika čtyřicet.

Aleš Hradecký
Foto: autor

Článek byl uveřejněn v časopisu TZB HAUSTECHNIK.