V minulém článku byla analyzována ekonomická návratnost fotovoltaických elektráren (FVE) na střechách rodinných domů, přičemž se ukázalo, že situace není přímočará. Období vysokých garantovaných výkupních cen je minulostí a v současnosti je klíčem k efektivitě především maximalizace vlastní spotřeby vyrobené energie. Je však třeba konstatovat, že v tomto ohledu většina běžných instalací nedosahuje optimálních výsledků a existuje cesta k jejich výraznému zlepšení. Tato cesta nemusí vést přes navyšování kapacity bateriových úložišť, ale spíše přes inteligentní softwarové řízení. Jako softwarový architekt ve společnosti radixal s.r.o., kde se denně zabýváme daty z oblasti udržitelných technologií, nabízím následující pohled na danou problematiku.

Mýtus osmdesáti procent a reálná data

Při diskusích o ekonomice malých střešních fotovoltaických systémů se často operuje s klíčovým parametrem, tzv. "faktorem lokální spotřeby". Ten udává, jaká část lokálně vyrobené elektřiny je skutečně spotřebována přímo v daném objektu. Často se operuje s optimistickým číslem kolem 0,8, tedy předpokladem, že 80 % energie ze slunce zůstane spotřebováno lokálně. Realita u běžných instalací, které postrádají pokročilejší řídicí systémy, se však často pohybuje na výrazně nižší úrovni, přibližně okolo 40 %. Tento rozdíl může dobu návratnosti investice prodloužit o několik let. Během dne, kdy panely vyrábějí nejvíce energie, je spotřeba v domácnosti často nízká z důvodu nepřítomnosti jejích členů, a vyrobená energie tak může být nevyužita nebo dodávána do sítě za nevýhodných podmínek.

Názorná ukázka, jak inteligentní řízení ovlivňuje ekonomiku domácí fotovoltaické elektrárny (parametry systému: 9,9 kWp FVE, 11,2 kWh baterie, spotřeba 4 MWh/rok). Zatímco systém bez řízení (červená křivka) generuje rostoucí náklady, optimální řízení (modrá křivka) dokáže tyto náklady nejen eliminovat, ale dosáhnout i výrazných úspor. Graf také ilustruje citlivost systému na přesnost predikcí (oranžová křivka). Svislá osa udává kumulativní náklady na elektrickou energii v CZK, na vodorovné je období 12 měsíců (od ledna do prosince) běžného roku. Zdroj: Schlieger, s.r.o.

Role inteligentního řízení: Optimalizace energetických toků

V tomto kontextu vstupuje do hry inteligentní řízení. Lze si jej přirovnat k dirigentovi domácího energetického systému. Jeho primárním úkolem je sladit výrobu elektřiny s její spotřebou tak, aby se minimalizovaly ztráty a maximalizovalo lokální využití vyrobené energie. Tento proces zahrnuje několik klíčových kroků:

1. Učení a predikce: Moderní systémy využívají algoritmy, často založené na neuronových sítích (např. LSTM, GRU, jak potvrzují mnohé odborné studie) nebo jiných predikčních modelech, k analýze typických vzorců spotřeby domácnosti (časy ranního vstávání, vaření, praní apod.). Současně se snaží co nejpřesněji predikovat lokální meteorologické podmínky, a tedy i očekávanou produkci energie z fotovoltaických panelů v následujících hodinách. Přesná lokální predikce počasí, zejména zastínění panelů vlivem pohybu oblačnosti, představuje jednu z významných technických výzev.
2. Vyhledávání optimálního scénáře: Na základě predikce výroby a spotřeby systém přistupuje k optimalizaci. V naší společnosti radixal pro tyto účely využíváme například genetické algoritmy. Tyto algoritmy prohledávají rozsáhlý prostor možných scénářů provozu a identifikují ten, který maximalizuje lokální spotřebu energie, případně jiný zvolený cíl, jako je minimalizace nákladů na energie.
3. Dynamické řízení spotřebičů: Výsledkem optimalizace je konkrétní plán řízení jednotlivých spotřebičů a systémů:
   • Nabíjení elektromobilu: Je časováno do období s dostatečnou produkcí solární energie.
   • Ohřev vody v bojleru: Teplota vody v bojleru může být zvýšena v době energetických přebytků.
   • Domácí spotřebiče (pračka, myčka, sušička): Jejich spuštění je plánováno do optimálních časových oken.
   • Bateriové úložiště: Je nabíjeno v době nízkých nákladů na energii (typicky z FVE) a vybíjeno v době vysokých nákladů (ze sítě) nebo pro pokrytí energetických špiček.
   • Další možnosti optimalizace zahrnují: Systém může například cíleně zvýšit teplotu v určitých částech domu s dobrou tepelnou setrvačností (např. koupelna) v době, kdy je energie dostupná za nízkou cenu. Akumulované teplo je pak postupně uvolňováno do okolních prostor, čímž se snižuje potřeba vytápění v době, kdy by energie byla dražší. Princip využití tepelné hmoty budovy jako formy "tepelné baterie" je reálný a odborné studie potvrzují jeho nemalý potenciál. Zatímco běžný domácí bateriový systém disponuje dnes kapacitou kolem 10–15 kWh, tepelná kapacita dobře izolované a inteligentně řízené stavební konstrukce může být podstatně vyšší.

Blokové schéma inteligentního systému řízení domácí fotovoltaické elektrárny, které ukazuje propojení solárních panelů, střídače, baterie, chytrých spotřebičů, elektromobilu a cloudové platformy pro predikci a optimalizaci. Zdroj: radixal s.r.o.

Tento optimalizační proces probíhá kontinuálně; scénáře řízení jsou typicky generovány v intervalech 15 až 60 minut, což umožňuje systému dynamicky se adaptovat na měnící se podmínky. Provoz takového systému vyžaduje nezanedbatelný výpočetní výkon, který může být zajištěn lokálně (např. malým počítačem v rámci domácí instalace) nebo prostřednictvím cloudových služeb. Další výzvou je praktická implementace vypočtených scénářů na konkrétních zařízeních a schopnost systému adaptovat se na nepředvídané změny v chování uživatelů či okamžité požadavky na spotřebu. Tato oblast vyžaduje značné know-how a vývojové úsilí, avšak dosažené výsledky jsou zpravidla přesvědčivé. Z praxe vyplývá, že inteligentní řízení může zkrátit dobu ekonomické návratnosti FVE ve srovnání s neřízenou instalací o 15–50 %, přičemž typické hodnoty se pohybují okolo 27–30 %. Což lze považovat za relevantní argument. Některé studie dokonce naznačují, že pokročilé systémy řízení v kombinaci s bateriemi mohou míru vlastní spotřeby zvýšit až k 90 %.

Podpora inteligentního řízení ze strany státu a EU

Nabízí se otázka financování těchto pokročilých systémů. Pozitivním aspektem je, že i státní a evropské instituce si začínají uvědomovat potenciál inteligentního řízení. Například aktuální podmínky dotačního programu Nová zelená úsporám pro rok 2025 již cíleně motivují k instalaci systémů s inteligentním řízením spotřeby a k aktivnímu zapojení do energetického systému (např. skrze komunitní energetiku nebo poskytování flexibility síti) tím, že nabízejí vyšší dotační podporu pro takto vybavené FVE. Jedná se o logický krok, jelikož, jak bylo uvedeno, inteligentní řízení má potenciál výrazně zlepšit ekonomiku malých zdrojů.

Z pozice odborníka z praxe lze s jistým uspokojením konstatovat, že mnohé směrnice a nařízení EU i ČR v oblasti solární a obecně udržitelné energetiky se jeví jako překvapivě promyšlené. Často adresují podstatu problémů – ať už se týkají výkonového vyrovnávání sítě, podpory vlastní spotřeby nebo integrace obnovitelných zdrojů – a navrhují řešení, která jsou nejen realizovatelná, ale také přinášejí reálný přínos. Lze tedy pozorovat tendenci k vytváření regulatorního rámce, který podporuje efektivní využívání těchto technologií.

Více než jen úspory: Energetický komfort a soběstačnost

Hodnotit lokální solární zdroje výhradně z perspektivy úspor a návratnosti se může jevit jako poněkud zúžený pohled. Ekonomický aspekt je nepochybně důležitý, avšak vlastní fotovoltaická elektrárna může nabízet i další benefity, například určitou míru energetické nezávislosti a komfortu. To může znamenat menší míru omezování běžné spotřeby energie, možnost bezstarostnějšího využívání energeticky náročnějších zařízení (např. ohřev vody v bazénu, vířivce) nebo obecně vyšší komfort bydlení. Z osobního hlediska se tato perspektiva může jevit jako přínosnější než striktní zaměření na maximalizaci úspor za cenu omezení komfortu.

Dalším, často podceňovaným aspektem, je hodnota částečné soběstačnosti. I když úplná ostrovní nezávislost je pro většinu rodinných domů stále technicky a ekonomicky náročná, již samotné snížení závislosti na externích dodavatelích energie a jejich cenové politice má pro mnoho uživatelů nezanedbatelný význam. Nelze opomenout ani environmentální aspekt, jehož hodnota, ačkoliv obtížně kvantifikovatelná, je pro mnoho uživatelů podstatná.

Šťastná rodina si užívá komfortu u bazénu na zahradě svého domu, na jehož střeše jsou viditelné solární panely. Scéna vyzařuje pohodu a energetickou nezávislost. Zdroj: AI generator.

Ekonomický aspekt malých zdrojů v kontextu

Další úvaha se týká srovnání s konvenčními zdroji. I když velké centralizované elektrárny (uhelné, jaderné, plynové) mohou v mnoha případech vyrábět elektřinu s nižšími jednotkovými náklady než malé střešní fotovoltaické systémy, je pozoruhodné, do jaké míry se tyto malé, decentralizované systémy mohou ekonomicky přiblížit velkým centralizovaným zdrojům. Schopnost vyrábět energii v tak malém, distribuovaném měřítku s náklady, které nejsou řádově, ale spíše o desítky procent vyšší než u velkých zdrojů, lze v kontextu rozdílných měřítek považovat za významný úspěch. To demonstruje značný technologický pokrok a potenciál obnovitelných zdrojů energie.

Budoucnost na střeše: Evoluce domácích energetických systémů

Současné fotovoltaické systémy na rodinných domech, s typickým výkonem kolem 10 kWp, bateriovou akumulací v řádu 10 kWh a často jen základní úrovní integrace s domácími spotřebiči, představují jakousi "první generaci" domácí energetiky. Lze je s jistou nadsázkou označit jako "elektrárny chudého muže". Je pozoruhodné, že i za těchto podmínek může být jejich ekonomika, zejména při využití inteligentní optimalizace, pro mnohé uživatele přijatelná a atraktivní.

Je však relevantní uvažovat o budoucím směřování této technologie. Lze hovořit o nástupu "druhé generace" domácích FVE, kde by instalované výkony na střechách mohly běžně dosahovat například 50 kWp. Kapacity lokálních akumulátorů by se mohly pohybovat spíše ve stovkách kilowatthodin – analogicky k bateriím v moderních elektromobilech, které se stanou integrální součástí domácího energetického ekosystému. Plná integrace všech významných spotřebičů a technologií v domě (vytápění, chlazení, ohřev vody, nabíjení vozidel, řízení osvětlení a dalších zařízení) se stane standardem.

Takovýto technologický posun by mohl přinést zásadní změny nejen v ekonomice provozu, kde by vyšší míra soběstačnosti a optimalizace vedla k rychlejší návratnosti a nižším nákladům na energie. Především by však došlo k výraznému zlepšení uživatelského komfortu a rozšíření možností využití. Představa domu, který si většinu energie vyrábí sám, inteligentně ji ukládá a využívá dle aktuálních potřeb, čímž poskytuje vysokou míru energetického komfortu a nezávislosti, se stává stále reálnější. To naznačuje perspektivu budoucího vývoje v této oblasti.

Závěr: Význam inteligentního řízení pro současnost i budoucnost FVE

Jak je patrné, pohled na fotovoltaiku se s rozvojem inteligentního řízení a s perspektivou budoucího technologického vývoje proměňuje. Nejde již pouze o pasivní sběr sluneční energie, ale o aktivní management energetických toků, který má potenciál výrazně zlepšit ekonomickou efektivitu systému a zároveň přináší další benefity, které jsou obtížně vyčíslitelné čistě finančními ukazateli. Nejedná se o univerzálně aplikovatelné řešení pro všechny situace, avšak představuje směr, jehož relevance a přínos se jeví jako stále významnější. Lze předpokládat, že s dalším zdokonalováním inteligentních algoritmů, poklesem cen technologií a zvyšujícími se schopnostmi domácích energetických systémů se otázka ekonomické výhodnosti stane méně klíčovou, neboť její pozitivní zodpovězení bude zřejmější.

Upozornění na profesní vztah: Autor článku vykonává profesní činnost v oboru, který je předmětem tohoto textu.

Odkaz na předchozí článek:

• Solární panely na střeše: Zlatý důl, nebo černá díra na peníze?

Další čtení (Zdroje):

Níže uvádím několik typů zdrojů, které se zabývají problematikou chytrého řízení energií, predikcí a dotační podporou. Konkrétní studie často řeší dílčí aspekty a jejich výsledky se mohou lišit v závislosti na metodice a vstupních datech.

• Nová zelená úsporám – Oficiální stránky: https://novazelenausporam.cz/ (Základní informační portál k dotačnímu programu, kde lze nalézt aktuální podmínky a dokumenty.)
  • Např. články a tiskové zprávy k podmínkám pro rok 2025, které specifikují bonusy za chytré řízení a zapojení do komunitní energetiky.
• Studie o zvyšování vlastní spotřeby pomocí EMS (Energy Management Systems): Vyhledávejte studie s klíčovými slovy jako "residential PV self-consumption increase smart EMS", "home energy management system PV optimization". Tyto studie často analyzují potenciál různých řídicích strategií. Například:
  • Luthander, R., Widén, J., Nilsson, D., & Palm, J. (2015). Photovoltaic self-consumption in buildings: A review. Applied Energy, 142, 80-94. (Starší, ale stále relevantní přehledový článek, který diskutuje faktory ovlivňující vlastní spotřebu.)
  • Některé novější studie (např. z databází jako IEEE Xplore, ScienceDirect, MDPI) ukazují, že kombinace FVE, baterií a inteligentního řízení může zvýšit míru vlastní spotřeby až k 90 %. (Příklad: Výsledky hledání 1.1, 1.2 z předchozí rešerše).
• Výzkum v oblasti predikce výroby FVE a spotřeby domácností: Hledejte "household electricity consumption prediction machine learning", "solar power forecasting short-term".
  • Ahmad, T., Chen, H., Wang, J., & Guo, Y. (2018). A Gated Recurrent Unit (GRU)-based model for short-term power load forecasting. Energies, 11(10), 2789. (Příklad využití neuronových sítí pro predikci zátěže.)
  • Mnoho prací na platformách jako IEEE Xplore nebo ScienceDirect se věnuje využití různých typů neuronových sítí (LSTM, GRU) a dalších AI metod pro tyto predikce.
• Genetické algoritmy v energetickém managementu: Klíčová slova "genetic algorithm home energy management", "optimal scheduling appliances genetic algorithm".
  • Javaid, N., Ullah, I., Akbar, M., Iqbal, Z., Khan, F. A., & Alrajeh, N. (2017). A smart home energy management system using a genetic algorithm with a variable population size. Energies, 10(7), 903. (Příklad aplikace genetických algoritmů.)
• Tepelná akumulace v budovách: Hledejte "building thermal mass energy storage", "passive thermal energy storage residential".
  • Reynders, G., Nuytten, T., & Saelens, D. (2013). Potential of structural thermal mass for demand side management in dwellings. Energy and Buildings, 64, 1-10. (Studie zkoumající potenciál tepelné hmoty budov.)

Poznámka: Některé z uvedených zdrojů mohou být za platební branou. Pro přístup k plným textům může být nutné využít univerzitní přístupy nebo databáze vědeckých publikací.