Czy opłaca się pompa ciepła z fotowoltaiką? Ile potrzeba fotowoltaiki do pompy ciepła?

Czy opłaca się pompa ciepła z fotowoltaiką? Na logikę takie połączenie ma sens: do zasilania pompy ciepła konieczna jest energia elektryczna, a panele fotowoltaiczne wytwarzają ją bez kosztów i zanieczyszczania środowiska. Jak połączyć instalację grzewczą z panelami fotowoltaicznymi, by mieć niskie koszty ogrzewania domu?

Spis treści

1. Czy opłaca się pompa ciepła z fotowoltaiką?
2. Ile potrzeba fotowoltaiki do pompy ciepła?
3. Magazyn energii elektrycznej
4. Panele fotowoltaiczne a nadwyżka energii

Podczas modernizacji instalacji grzewczej najłatwiej jest wymienić istniejące, przestarzałe i nieefektywne źródło ciepła na podobnie działające i tak samo zasilane, ale nowoczesne, na przykład tradycyjny kocioł gazowy na nowy kondensacyjny albo prymitywny kocioł stałopalny na nowoczesny kocioł na paliwo stałe, 5. klasy z automatycznym podajnikiem i sterowaniem. Już takie rozwiązanie może przynieść spore korzyści, jednak część inwestorów, mimo zwykle większego w takiej sytuacji zakresu koniecznych prac modernizacyjnych i wyższych kosztów modernizacji, decyduje się na zainwestowanie w odnawialne źródła energii. Najczęściej wybór pada na panele fotowoltaiczne lub pompę ciepła albo obie te instalacje jednocześnie. Dlaczego takie rozwiązanie cieszy się sporym zainteresowaniem przyszłych użytkowników? Dlaczego jest polecane przez wielu projektantów i instalatorów?

Czy opłaca się pompa ciepła z fotowoltaiką?

Pompa ciepła czerpie darmową i czystą energię z otoczenia (gruntu, wody lub powietrza), ale robi to dzięki pracy sprężarki, która potrzebuje do tego energii elektrycznej. Standardowo jest to droga, a na dodatek systematycznie drożejąca energia z sieci elektroenergetycznej. To budzi uzasadnione obawy potencjalnych inwestorów o opłacalność rozwiązania z pompą ciepła, zwłaszcza powietrzną, której praca jest uzależniona od temperatury powietrza zewnętrznego, a więc mniej stabilna niż gruntowa pompa ciepła. W okresach silnych mrozów musi być wspomagana przez inne, tak zwane szczytowe źródło ciepła, którym najczęściej jest grzałka elektryczna zamontowana w zbiorniku pompy. Im więcej jest takich momentów, w których konieczna jest praca grzałki, i im są one dłuższe, tym droższe staje się tego rodzaju ogrzewanie.

Sytuacja zmienia się istotnie, gdy pompę ciepła można zasilać energią elektryczną z własnych paneli fotowoltaicznych. Trudno liczyć na to, by – mając na uwadze rozsądne koszty inwestycji – dało się nic nie płacić za prąd zużywany do ogrzewania, ale warto zrobić to tak, by rachunki były jak najniższe.

Prądem wytworzonym w instalacji fotowoltaicznej można oczywiście zasilać nie tylko pompę ciepła, lecz także na przykład grzejniki elektryczne, maty lub kable grzejne albo energooszczędne promienniki. Aby zdecydować się na ogrzewanie wyłącznie elektryczne, należałoby jednak przeprowadzić kompleksową termomodernizację, tak by w jej rezultacie zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania domu osiągnęło wartość zbliżoną do wymaganej dla nowo projektowanych domów energooszczędnych, co może być trudne i bardzo kosztowne.

• Sprawdź też: Dopłaty do fotowoltaiki 2024 - jakie warunki trzeba spełnić, żeby dostać dofinansowanie do fotowoltaiki. Gdzie złożyć wniosek?

Ile potrzeba fotowoltaiki do pompy ciepła?

Panele fotowoltaiczne można zamontować w większości istniejących domów. W większości, bo znajdą się zapewne i takie, w których specyficzna budowa połaci dachowej (za mała powierzchnia, nachylenie, okna dachowe, nieodpowiednie ukierunkowanie) uniemożliwi umieszczenie paneli na dachu, a mała powierzchnia działki – ulokowanie ich na konstrukcji wsporczej na gruncie.

Aby wykorzystywanie fotowoltaiki do ogrzewania miało sens, trzeba sprawdzić:

• jaki jest standard energetyczny domu (zapotrzebowanie na energię cieplną do jego ogrzania);

• jak są zorientowane połacie dachu (na którą stronę jest skierowana największa), jakie jest ich ukształtowanie, kąt nachylenia i ewentualne przeszkody utrudniające ulokowanie paneli (kominy, lukarny, okna połaciowe);

• ile paneli zmieści się na dachu domu, na którą stronę świata skierowana jest największa połać dachowa, jaki jest kąt jej nachylenia.

Od tego przede wszystkim zależy, ile kilowatogodzin energii elektrycznej rocznie uda się pozyskiwać.

W uproszczeniu można przyjąć, że w warunkach klimatycznych, jakie mamy w Polsce, optymalnie usytuowane panele fotowoltaiczne z każdego 1 kWp mocy zainstalowanej są w stanie dostarczyć rocznie blisko 1000 kWh energii elektrycznej. Pojedynczy moduł fotowoltaiczny ma zwykle wymiary mniej więcej 100 x 165-175 cm i moc 300-350 W. Na instalację o mocy szczytowej 5 kWp potrzeba 15-17 paneli skierowanych na południe i nachylonych pod kątem 25-40º.

Instalacja fotowoltaiczna do domu o powierzchni użytkowej mniej więcej 100 m² powinna mieć moc 3-5 kWp w zależności od liczby domowników i trybu ich życia. Jeśli ma służyć także do ogrzewania pomieszczeń i przygotowywania ciepłej wody użytkowej, na co w starych domach po termomodernizacji potrzeba co najmniej 60-70 kWh/m² energii, powinna być nawet trzykrotnie większa. Teoretycznie można by wtedy nie płacić za energię do ogrzewania, jednak w praktyce nie jest to możliwe, ponieważ okres produkcji energii elektrycznej z instalacji fotowoltaicznej i czas intensywnej pracy urządzeń grzewczych są zupełnie inne.

Instalacja fotowoltaiczna wytwarza energię elektryczną wtedy, gdy świeci słońce, a nie w czasie, kiedy jest na nią największe zapotrzebowanie. Najwięcej energii dostarcza poza sezonem grzewczym, wiosną i latem. Zimą, kiedy energii potrzeba znacznie więcej ze względu na konieczność ogrzewania pomieszczeń, pozyskuje się jej najmniej. Dni są krótkie, a słońca znacznie mniej niż w innych porach roku.

Latem i wiosną podczas dobrego nasłonecznienia energii wytworzonej przez panele bywa tak dużo, że nie udaje się jej zużywać na bieżąco. Żeby jej nie tracić lub korzystać z niej, gdy zapotrzebowanie jest większe niż produkcja, na przykład nocą lub w zimie, trzeba ją magazynować.

Inwestycja w fotowoltaikę jest zwykle tym bardziej opłacalna, im więcej energii elektrycznej pozyskanej przez moduły PV udaje się wykorzystać na własne potrzeby. Wtedy wydane na nią pieniądze zwrócą się w rozsądnym czasie – kilku lat.

Magazyn energii elektrycznej

Energia może być magazynowana w czystej postaci w akumulatorach lub w formie energii cieplnej w zbiorniku wody. Do wytworzenia ciepła można też użyć grzałki elektrycznej zanurzonej w zbiorniku pompy ciepła.

Baterie są drogie (na system do magazynowania trzeba wydać mniej więcej drugie tyle, co na samą instalację fotowoltaiczną), więc gromadzenie w nich nadmiaru niewykorzystywanej na bieżąco energii elektrycznej w istotny sposób zwiększa koszty inwestycyjne. Wprawdzie beneficjenci programu „Mój Prąd”, po spełnieniu warunków zapisanych w regulaminie, mogą liczyć na zwrot części nakładów poniesionych na zakup magazynu energii, ale magazynowanie energii w ten sposób nie jest na razie zbyt popularne. Być może z czasem i to się zmieni, zwłaszcza że rosnąca w szybkim tempie liczba mikroinstalacji fotowoltaicznych staje się powoli zbyt dużym obciążeniem dla przestarzałych sieci energetycznych, które mają problemy z przejęciem nadwyżek prądu z domowych instalacji.

Bardziej racjonalne zarówno w nowych, jak i w modernizowanych domach (na przykład z kotłem na paliwo stałe) wydaje się rozwiązanie, w którym funkcję akumulatora pełni na przykład instalacja ciepłej wody użytkowej. Trzeba by jednak tak zaplanować korzystanie z niej, aby odbywało się głównie rano i po zmroku, żeby w ciągu dnia, kiedy nasłonecznienie jest duże, woda wypełniająca zbiornik nagrzewała się darmową energią elektryczną z instalacji fotowoltaicznej.

• Przeczytaj: Dofinansowanie do magazynu energii 2024 - czy można dostać i ile?

Panele fotowoltaiczne a nadwyżka energii

Na razie najbardziej rozsądne, choć nadal nieidealne, jest odprowadzanie nadmiaru energii elektrycznej do sieci i tak robi większość użytkowników instalacji fotowoltaicznych. Operatorzy sieci, w ramach tak zwanych umów prosumenckich, są zobowiązani do odkupowania nadwyżek energii wytworzonej w domowych instalacjach fotowoltaicznych. Żadna ze stron takiej umowy nie jest do końca zadowolona. Prosumentów (właścicieli mikroinstalacji) nie satysfakcjonuje cena, za jaką odkupuje się od nich energię (umowy zawarte przed 1.04.2022 r. przewidywały inny sposób rozliczenia i były dla prosumentów bardziej korzystne; obowiązują aż do ich wygaśnięcia), a przedsiębiorstwa skarżą się na nadmierne obciążenie infrastruktury wynikające z konieczności przesyłania i magazynowania olbrzymich nadwyżek energii pochodzącej z systematycznie zwiększającej się liczby instalacji fotowoltaicznych.

Każda składa się z paneli fotowoltaicznych, falownika i zabezpieczeń elektrycznych oraz licznika. Jeśli jest połączona z siecią elektroenergetyczną, aby odprowadzać do niej nadwyżki energii wytworzonej w domowej instalacji fotowoltaicznej, musi mieć tak zwany licznik dwukierunkowy, który umożliwia rozliczanie się z zakładem energetycznym z energii pobieranej i oddawanej do sieci. W falownikach – w zależności od mocy instalacji jedno- lub trójfazowych – prąd stały wytwarzany przez panele PV jest zamieniany na prąd przemienny, odpowiedni do zasilania większości urządzeń elektrycznych używanych w gospodarstwach. W budownictwie mieszkaniowym najczęściej wykorzystuje się bezpieczniejsze falowniki transformatorowe.

Falowniki występują jako jednostki centralne, montowane wewnątrz budynku lub mikroinwertery i wtedy są montowane bezpośrednio do panelu fotowoltaicznego. Mikroinwertery zamieniają prąd stały na przemienny osobno przy każdym module fotowoltaicznym. Stosuje się je wyłącznie w przypadku paneli nierównomiernie nasłonecznionych, na przykład ze względu na skomplikowany kształt dachu lub elementy zacieniające w postaci drzew, kominów lub anten.

• Zobacz również: Jaki jest koszt pompy ciepła do domu 150 m²? Ile kosztuje pompa ciepła wraz z montażem?