Jak zwiększyć opłacalność pompy ciepła: współpraca z fowotoltaiką
Pompa ciepła wymaga zasilania energią elektryczną, a panele fotowoltaiczne wytwarzają ją ekologicznie i bezkosztowo. Jak umiejętnie to wykorzystać?
Pompy ciepła cieszą się coraz większą popularnością. Duża liczba już wykonanych i pracujących instalacji jest dla wahających się inwestorów doskonałym argumentem przemawiającym za inwestycją w to odnawialne źródło energii. Wiedza o pompach ciepła jest coraz pełniejsza, dlatego większość przyszłych użytkowników ma świadomość tego, że choć są to rozwiązania ekologiczne, to zużywają znacznie więcej energii elektrycznej niż tradycyjne urządzenia grzewcze. Dlaczego więc nie połączyć pompy ciepła z panelami fotowoltaicznymi i nie produkować samemu energii do zasilania urządzenia? Prześledźmy taką możliwość na przykładzie istniejącego domu.
Potrzeby i możliwości
Nowy dom jednorodzinny w dobrym standardzie izolacyjności, o powierzchni mniej więcej 130 m2 potrzebuje rocznie do ogrzewania i przygotowywania ciepłej wody użytkowej około 11,8 tys. kWh energii cieplnej. Dostarczenie takiej porcji energii przez pompę ciepła, na przykład typu powietrze-woda o sezonowym współczynniku efektywności SCOP = 3,8, wiązałoby się z pobraniem z sieci blisko 3100 kWh energii elektrycznej. Instalacja fotowoltaiczna w polskich warunkach z każdego 1 kWp (kilowata pik – zainstalowanej mocy w tak zwanych warunkach standardowych) dostarcza rocznie około 980 kWh energii elektrycznej. Teoretycznie więc do zaspokojenia potrzeb wspomnianego domu i jego bezpłatnego ogrzewania wystarczyłaby instalacja o mocy 3,2 kWp. Niestety, tylko teoretycznie, ponieważ w praktyce okres produkcji energii elektrycznej z instalacji fotowoltaicznej i czas intensywnej pracy pompy ciepła zupełnie się mijają
Do oceny ekonomiki pracy instalacji fotowoltaicznej bardzo przydatne są dwa wskaźniki: stopień wykorzystania (konsumpcji) energii elektrycznej oraz stopień niezależności energetycznej. Pierwszy informuje nas o ilości bezpłatnej energii wykorzystanej przez urządzenia elektryczne w domu, drugi o ilości skonsumowanej bezpłatnej energii w stosunku do całkowitego zapotrzebowania budynku na energię elektryczną. Im wyższą będą miały wartość, tym niższy zapłacimy rachunek.
Czy pompa ciepła typu powietrze/woda sprawdzi się w warunkach klimatycznych panujących w Polsce? Czy instalacja takiego typu pompy wymaga skomplikowanych prac montażowych?
W Polsce obserwujemy już od wielu lat znaczące ocieplenie zarówno w zimie jak i lecie. Przy obecnych trendach pogodowych, pompy ciepła powietrze/woda, stają się najlepszą alternatywą dla tradycyjnych urządzeń grzewczych. Obecnie na rynku polskim można znaleźć urządzenia wiodących producentów pomp ciepła, które utrzymują swoją nominalną moc grzewczą w temperaturach – 15 st. C, a ich producenci gwarantują poprawność pracy nawet do -28 st. C na zewnątrz. Takimi urządzeniami są między innymi pompy Mitsubishi Electric serii Ecodan i Zubadan. Oznacza to iż, tego typu urządzenia zapewnią nam komfort cieplny w zimie w każdym zakątku naszego kraju. Dodatkowym aspektem przemawiającym na korzyść stosowania pomp ciepła powietrze woda, jest fakt iż ich moc oraz sprawność czyli COP, wzrasta wraz ze wzrostem temperatury powietrza na zewnątrz. Oznacza to, iż w okresie od wiosny do jesieni, są one najtańszym dostępnym źródłem ciepłej wody użytkowej. Niektóre z nich osiągają przy +20 st. C COP powyżej 5 a im wyższa temperatura tym ten współczynnik jeszcze rośnie w górę.
Bardzo ważne jest podczas wyboru typu oraz producenta urządzenia, aby posiadać odpowiednią instalację grzewczą w budynku, dedykowaną do pomp ciepła. Pompy ciepła powietrze/woda są urządzeniami które pracują zazwyczaj na niskim parametrze temperaturowym wody. Najlepszymi odbiornikami ciepła stosowanymi do pomp ciepła są ogrzewania podłogowe oraz maty kapilarne. Pompy ciepła można również stosować do instalacji grzejnikowych oraz klimakonwektorów ale należy pamiętać o odpowiednim ich doborze oraz zastosowaniu zbiornika buforowego na instalacji. Zalecam również stosowanie systemowych rozwiązań producentów pomp ciepła odnośnie zasobników c.w.u. Są one zoptymalizowane do konkretnych modeli urządzeń więc najbardziej efektywnie wykorzystują energię produkowaną przez pompy ciepła do podgrzania c.w.u.
Dodatkowym aspektem przemawiającym za stosowaniem pomp ciepła typu powietrze/woda jest fakt, iż nie wymagają dodatkowych (często kosztownych ) przyłączy do budynku np. instalacji gazowej, komina, magazynu opału, który zabiera nam powierzchnię użytkową budynku oraz to iż, są bezobsługowe i bardzo ciche. W odniesieniu do obecnych przepisów UE oraz WT 2021 jest to jedyne źródło ciepła w nowobudowanych budynkach które, będzie spełniało wszystkie wymagania zarówno techniczne jak i ekonomiczne. Nic nie stoi także na przeszkodzie, instalowania pomp w modernizowanych domach.
Działanie instalacji fotowoltaicznej
Zapotrzebowanie dobowe na energię elektryczną w opisywanym wyżej domu na koniec marca wyniosło średnio 9,6 kWh. Tego dnia produkcja energii z instalacji fotowoltaicznej osiągnęła poziom 6,04 kWh, z czego blisko 2,1 kWh (35%) zostało skonsumowane, a więc pokryło bieżące zapotrzebowanie. Energia elektryczna, której nie zużyły domowe urządzenia, została oddana do sieci. Było jej 3,9 kWh (65%). Wskaźnik wykorzystania energii na potrzeby własne, inaczej zwany wskaźnikiem konsumpcji własnej, wyniósł tego dnia aż 35% (zwykle jego wartość nie przekracza 30%), wskaźnik niezależności energetycznej – 22% (wykorzystano 2,1 z wymaganych 9,6 kWh). Należy zaznaczyć, że mamy tu do czynienia z niewielką instalacją o mocy 1,25 kWp składającą się z pięciu paneli fotowoltaicznych, podczas gdy typowe oferowane dzisiaj zestawy mają zwykle moc nie mniejszą niż 3 kWp.
Jaki byłby efekt pracy takiej ponaddwukrotnie większej instalacji? Niebieski obszar na wykresie informujący o produkcji energii zostałby rozciągnięty tylko w górę, co w konsekwencji oznaczałoby zmniejszenie wskaźnika konsumpcji energii własnej oraz zwiększenie odprowadzania energii do sieci do 12,4 kWh (86%). Na wykresie wyraźnie widać, że okres zapotrzebowania na energię elektryczną przez urządzenia elektryczne w budynku oraz okres wytwarzania jej przez instalację fotowoltaiczną pokrywają się jedynie w niewielkim zakresie. To niedopasowanie można poprawić na dwa sposoby.
Polecany artykuł:
Opłacalność instalacji fotowoltaicznej
Najprostszym sposobem zwiększenia konsumpcji energii produkowanej przez instalację fotowoltaiczną jest wykorzystanie optymalnego załączania urządzeń elektrycznych. Bardzo ważne jest przy tym, aby falownik jednofazowy został podłączony dokładnie pod tę fazę, z której energię czerpią wspomniane urządzenia. Założenie jest dobre, jednak współczesne pralki i zmywarki są dość energooszczędne i na jeden cykl pracy zużywają średnio około 1 kWh energii elektrycznej. Zatem ich uruchomienie w okresie największej produkcji energii przez panele fotowoltaiczne zwiększy zużycie zaledwie o 2 kWh. W przypadku niewielkiej instalacji będzie to oznaczać całkiem duże zmiany we wskaźnikach, lecz w większej zmiany będą jedynie kosmetyczne. Na dodatek latem, kiedy dzienna produkcja energii elektrycznej wzrośnie o dodatkowe 25%, wskaźniki konsumpcji ulegną dalszemu zmniejszeniu, a wzrośnie ilość energii elektrycznej oddawanej do sieci.
Zarządzanie energią
Energia elektryczna może być gromadzona w akumulatorach i wykorzystywana w okresach większego zapotrzebowania na nią. Koszt zakupu baterii akumulatorów o dostatecznej pojemności jest jednak na tyle duży, że skutecznie zniechęca do takiej inwestycji. Bardziej racjonalne wydaje się takie rozwiązanie, w którym funkcję akumulatora pełni na przykład instalacja ciepłej wody użytkowej. Wszak w dużej masie ciepłej wody jest zgromadzona energia, która może być przez długi czas przechowywana i którą wcześniej czy później i tak wykorzystamy. Jednorazowe podgrzanie wody użytkowej w zbiorniku o pojemności 200 l od temperatury 10 do 50ºC wymaga dostarczenia 9,3 kWh energii. Zamontowanie w nim grzałki elektrycznej pozwoli więc skutecznie wykorzystywać na bieżąco energię produkowaną w instalacji fotowoltaicznej. Jest jednak drobne „ale”. Trzeba tak zorganizować korzystanie z ciepłej wody, aby w ciągu dnia zbiornik dostatecznie szybko się z niej opróżniał. Wtedy w okresie dużego nasłonecznienia woda będzie faktycznie wymagała dogrzania i będzie można do tego wykorzystać darmową energię elektryczną z instalacji fotowoltaicznej. Jeżeli wodę w zbiorniku należałoby dogrzać jedynie o 15 K, na przykład od temperatury 35 do 50ºC, trzeba by dostarczyć 3,5 kWh energii.
WIDEO: ogrzewanie domu pompą ciepła
Autor: Mitsubishi Electric
Moduły wewnętrzne dostępne są również z wbudowanym zasobnikiem ciepłej wody użytkowej podgrzewanej warstwowo
- Wysoka niezawodność grzania/chłodzenia
- Kompaktowa instalacja i cicha praca
- Krótki czas amortyzacji i niski koszt eksploatacji
- System przyjazny środowisku – brak procesu spalania
- Energooszczędna: najwyższa klasa efektywności energetycznej A++
- Potwierdzona niezawodność do –28 °C dla jednostek z typoszeregu Mitsubishi Electric Zubadan
Inteligentna współpraca fotowoltaiki i pompy ciepła
Innym sposobem zagospodarowania nadprodukcji energii elektrycznej jest wykorzystanie inteligentnego licznika zamontowanego w rozdzielnicy domowej. Jego zadaniem jest pomiar tej części energii wyprodukowanej przez domową instalację fotowoltaiczną, której nie zdołały spożytkować urządzenia elektryczne w budynku, więc jest ona kierowana do sieci elektroenergetycznej. Licznik połączony szyną komunikacyjną z regulatorem pompy ciepła może wysłać sygnał zapotrzebowania pracy. Wtedy automatyka, „widząc” spełnienie odpowiednio zaprogramowanego progu mocy, załącza wybraną funkcję pompy ciepła, na przykład podgrzewanie wody użytkowej, wygrzewanie antybakteryjne zasobnika ciepłej wody użytkowej, podgrzewanie wody w buforze wody grzewczej, podniesienie albo obniżenie (chłodzenie) temperatury w pomieszczeniach, podgrzewanie wody w basenie itd. W porównaniu z poprzednim rozwiązaniem różnica wynikająca z zastosowania inteligentnego licznika polega na sterowaniu pracą pompy ciepła od momentu wystąpienia faktycznego nadmiaru energii elektrycznej. Takie sterowanie pozwala na niemal całkowite wykorzystanie energii z instalacji fotowoltaicznej, a więc uzyskanie największych korzyści finansowych.
Autor: Murator
Czyste powietrze z Muratorem: termomodernizacja krok po kroku
Dzięki programowi „Czyste Powietrze” przeprowadzenie termomodernizacji domu jednorodzinnego stało się łatwiejsze niż kiedykolwiek wcześniej. Niemniej pozostaje ona przedsięwzięciem wymagającym podjęcia wielu ważnych decyzji. Zapraszamy do wzięcia udziału w drugiej edycji konkursu „Czyste powietrze z Muratorem”. Wyjaśniamy, jakie korzyści można osiągnąć dzięki ociepleniu domu i wymianie nieefektywnych urządzeń grzewczych, a przede wszystkim, jak przeprowadzić skuteczną termomodernizację z wykorzystaniem dotacji, preferencyjnych pożyczek i ulgi podatkowej. Dodatkową atrakcją naszej akcji jest konkurs, w którym do wygrania jest remont domu! Nie przegap i zobacz naszą akcję „Czyste powietrze z Muratorem”!
