Pompa ciepła z fotowoltaiką – jak działa takie połączenie i kiedy ma sens?

Jak działa pompa ciepła?

Pompa ciepła nie ogrzewa domu w taki sam sposób jak tradycyjny kocioł elektryczny.

Energia elektryczna zasila przede wszystkim:

• sprężarkę,
• pompy obiegowe,
• automatykę,
• pozostałe elementy urządzenia.

Dzięki pracy układu chłodniczego pompa pobiera energię z otoczenia i przekazuje ją do instalacji grzewczej budynku.

W przypadku najpopularniejszych pomp powietrze–woda źródłem tej energii jest powietrze zewnętrzne.

Oznacza to, że do instalacji może trafić więcej energii cieplnej niż wynosi ilość pobranej energii elektrycznej.

To właśnie jedna z głównych różnic pomiędzy pompą ciepła a bezpośrednim ogrzewaniem elektrycznym.

Pompy ciepła

Co oznacza COP?

COP opisuje stosunek energii cieplnej dostarczonej przez pompę do pobranej energii elektrycznej w określonych warunkach.

Przykładowo COP równy 4 oznacza, że przy danych warunkach urządzenie dostarcza cztery jednostki energii cieplnej przy poborze jednej jednostki energii elektrycznej.

Nie oznacza to jednak, że pompa przez cały rok pracuje ze stałym COP.

Wartość zmienia się między innymi wraz z:

• temperaturą zewnętrzną,
• temperaturą zasilania instalacji,
• sposobem przygotowania c.w.u.,
• aktualnym obciążeniem urządzenia.

Dlatego do oceny pracy w całym sezonie przydatniejszy jest wskaźnik SCOP.

COP a SCOP – jaka jest różnica?

COP dotyczy konkretnego punktu pracy.

SCOP opisuje efektywność sezonową.

Przy porównywaniu urządzeń trzeba jednak sprawdzić, dla jakich warunków podano dany parametr.

Szczególne znaczenie ma:

• klimat,
• temperatura zasilania,
• sposób obliczeń.

Nie należy porównywać dwóch wartości SCOP podanych dla zupełnie innych warunków pracy.

Jak działa fotowoltaika?

Instalacja fotowoltaiczna zamienia promieniowanie słoneczne na energię elektryczną.

Wyprodukowana energia może zostać wykorzystana przez odbiorniki działające w domu.

Jednym z nich może być pompa ciepła.

Jeżeli w danym momencie:

• instalacja PV produkuje energię,
• a pompa ją zużywa,

część energii może zostać wykorzystana bezpośrednio w budynku.

To właśnie autokonsumpcja.

Fotowoltaika

Czy fotowoltaika zasila pompę ciepła bezpośrednio?

W typowej instalacji domowej oba systemy działają w ramach instalacji elektrycznej budynku.

Nie należy wyobrażać sobie osobnego przewodu, którym energia z modułów trafia tylko do pompy.

Energia produkowana przez PV może być w danym momencie zużywana przez:

• pompę ciepła,
• lodówkę,
• pralkę,
• oświetlenie,
• inne odbiorniki.

Jeżeli produkcja jest większa niż bieżące zużycie, nadwyżka trafia do sieci lub – jeśli instalacja jest w niego wyposażona – może zostać częściowo skierowana do magazynu energii.

Dlaczego pompa ciepła i fotowoltaika do siebie pasują?

Pompa wykorzystuje energię elektryczną.

Fotowoltaika ją produkuje.

Z tego powodu technologie mogą się wzajemnie uzupełniać.

PV może ograniczać ilość energii pobieranej z sieci na potrzeby:

• ogrzewania,
• przygotowania c.w.u.,
• chłodzenia, jeśli pompa oferuje taką funkcję,
• pracy pomp i automatyki.

Największe znaczenie ma jednak to, ile energii można wykorzystać w momencie jej produkcji.

Największy problem: lato i zima

Największe zapotrzebowanie domu na ogrzewanie przypada zimą.

Tymczasem instalacja fotowoltaiczna produkuje najwięcej energii w miesiącach o większym nasłonecznieniu.

Powstaje więc sezonowe niedopasowanie.

Latem:

• PV produkuje dużo energii,
• zapotrzebowanie na ogrzewanie pomieszczeń jest praktycznie zerowe.

Zimą:

• dom potrzebuje najwięcej ciepła,
• produkcja PV jest znacznie mniejsza.

Dlatego nie należy zakładać, że roczna produkcja PV równa rocznemu zużyciu pompy oznacza pełne pokrycie jej pracy własną energią.

Czy pompa ciepła z fotowoltaiką oznacza darmowe ogrzewanie?

Nie.

Takiego sformułowania nie należy używać.

Na koszt systemu wpływają:

• zakup pompy,
• instalacja,
• fotowoltaika,
• serwis,
• energia pobierana z sieci,
• aktualny sposób rozliczania energii,
• ewentualne modernizacje instalacji.

Fotowoltaika może zmniejszać ilość energii kupowanej z sieci.

Nie oznacza jednak, że ogrzewanie nie generuje żadnego kosztu.

Autokonsumpcja – dlaczego jest tak ważna?

Najbardziej bezpośrednia korzyść występuje wtedy, gdy energia z PV jest zużywana w tym samym czasie, w którym powstaje.

W przypadku pompy ciepła można próbować zwiększać autokonsumpcję poprzez odpowiednie sterowanie.

Może to dotyczyć na przykład:

• przygotowania c.w.u.,
• lekkiego podniesienia temperatury zasobnika w okresie wysokiej produkcji,
• wykorzystania bezwładności ogrzewania podłogowego,
• harmonogramów pracy.

Nie należy jednak przesadzać z przegrzewaniem budynku ani zasobników wyłącznie po to, aby wykorzystać każdą wyprodukowaną kilowatogodzinę.

Priorytetem pozostaje komfort i prawidłowa praca instalacji.

Ogrzewanie podłogowe i pompa ciepła

Pompa ciepła osiąga korzystniejsze warunki pracy, gdy nie musi przygotowywać bardzo gorącej wody.

Ogrzewanie podłogowe wykorzystuje dużą powierzchnię przekazywania ciepła.

Dzięki temu może zwykle pracować z niższą temperaturą zasilania niż tradycyjna instalacja grzejnikowa.

To właśnie dlatego podłogówka i pompa ciepła są często bardzo dobrym połączeniem.

Ogrzewanie podłogowe

Jakie źródło ciepła wybrać do domu? Pompa ciepła, gaz, pellet czy prąd?

Czy pompa ciepła działa z grzejnikami?

Tak.

Nie należy powielać mitu, że pompa ciepła wymaga wyłącznie ogrzewania podłogowego.

Trzeba jednak sprawdzić, jakiej temperatury wody potrzebują istniejące grzejniki.

Jeżeli przy projektowych warunkach budynek wymaga bardzo wysokiej temperatury zasilania, pompa może pracować w mniej korzystnych warunkach.

Rozwiązaniem może być:

• wymiana części grzejników,
• zwiększenie ich powierzchni,
• termomodernizacja,
• obniżenie strat budynku.

Nie zawsze trzeba przebudowywać całą instalację.

Czy najpierw dobrać fotowoltaikę czy pompę ciepła?

Najpierw należy prawidłowo dobrać system grzewczy.

Pompa powinna wynikać z:

• zapotrzebowania domu,
• obciążenia cieplnego,
• temperatury instalacji,
• potrzeb c.w.u.

Dopiero później można oszacować jej przewidywane zużycie energii i uwzględnić je przy projektowaniu PV.

Nie należy dobierać mocy pompy do liczby modułów fotowoltaicznych.

Jak dobrać moc pompy ciepła?

Nie na podstawie samej powierzchni domu.

Znaczenie mają:

• izolacja,
• wentylacja,
• okna,
• straty przez przegrody,
• temperatura projektowa,
• sposób przygotowania c.w.u.

W nowym budynku najlepiej opierać się na obliczeniach zapotrzebowania na moc.

W istniejącym domu warto dodatkowo wykorzystać dane dotyczące dotychczasowego zużycia energii lub paliwa.

Nie stosuj uproszczonych przeliczników typu: „10 kW na 150 m²”.

Czy warto przewymiarować pompę?

Nie.

Zbyt duża pompa nie oznacza automatycznie mniejszego zużycia energii.

Może powodować:

• krótsze cykle pracy,
• częstsze uruchomienia,
• problemy z modulacją w okresach przejściowych.

Dobór powinien wynikać z charakterystyki budynku i samego urządzenia.

Jak dobrać fotowoltaikę do pompy ciepła?

Nie należy po prostu brać rocznego zużycia pompy i instalować PV produkującej identyczną liczbę kilowatogodzin.

Trzeba uwzględnić:

• całkowite zużycie energii w domu,
• profil zużycia,
• profil produkcji PV,
• dostępną powierzchnię dachu,
• orientację i nachylenie modułów,
• zacienienie,
• zasady rozliczeń.

Pompa jest tylko jednym z odbiorników.

Czy większa instalacja PV zawsze jest lepsza?

Nie.

Jeżeli większość dodatkowej produkcji trafia do sieci w okresach, kiedy dom zużywa niewiele energii, korzyść może być inna niż przy energii zużywanej bezpośrednio.

Dlatego instalację trzeba projektować na podstawie rzeczywistego profilu energetycznego domu.

Ciepła woda użytkowa pomaga wykorzystać energię z PV

W okresie wiosennym i letnim pompa może pracować głównie na potrzeby c.w.u.

To sytuacja korzystna dla współpracy z fotowoltaiką.

W ciągu dnia, gdy PV produkuje energię, można zaplanować część pracy urządzenia na podgrzewanie zasobnika.

W pewnym zakresie zasobnik c.w.u. może więc pełnić rolę magazynu energii cieplnej.

Nie jest jednak magazynem energii elektrycznej.

Bufor jako magazyn energii – czy zawsze warto?

Nie.

Bufor nie powinien być dodawany automatycznie do każdej pompy ciepła.

Może pełnić różne funkcje:

• stabilizować przepływ,
• rozdzielać hydraulicznie obiegi,
• zwiększać objętość instalacji,
• w pewnym zakresie magazynować ciepło.

Jednocześnie:

• zajmuje miejsce,
• generuje straty postojowe,
• zwiększa koszt systemu.

Jego zastosowanie powinno wynikać z projektu hydraulicznego.

Czy magazyn energii rozwiązuje problem zimy?

Nie w pełni.

Typowy domowy magazyn energii pozwala przesuwać energię:

• z dnia na wieczór,
• z okresu wysokiej produkcji na kilka kolejnych godzin.

Nie umożliwia jednak magazynowania dużych letnich nadwyżek do wykorzystania zimą.

Nie rozwiązuje więc sezonowego niedopasowania pomiędzy PV a ogrzewaniem.

Czy warto sterować pompą na podstawie produkcji PV?

Może to mieć sens.

Automatyka może zwiększać zużycie energii w okresach wysokiej produkcji.

Przykładowo:

• podgrzać c.w.u.,
• lekko zmienić temperaturę zadaną,
• wykorzystać bezwładność podłogi.

Sterowanie powinno jednak pozostawać podporządkowane prawidłowej pracy pompy.

Nie powinno powodować:

• bardzo wysokich temperatur,
• częstego taktowania,
• pogorszenia komfortu.

Pompa ciepła i PV w nowym domu

Nowy budynek daje najlepszą możliwość zaprojektowania całego systemu jako jednej całości.

Można jednocześnie zaplanować:

• niskie zapotrzebowanie na ciepło,
• ogrzewanie podłogowe,
• temperaturę zasilania,
• pompę,
• zasobnik c.w.u.,
• fotowoltaikę,
• instalację elektryczną,
• automatykę.

To znacznie lepsze podejście niż dobieranie każdego elementu osobno.

Kompleksowa realizacja instalacji

Pompa ciepła i PV w modernizowanym domu

W istniejącym domu kolejność ma szczególne znaczenie.

Najpierw warto sprawdzić:

• stan izolacji,
• grzejniki,
• temperaturę zasilania,
• dotychczasowe zużycie energii,
• moc przyłączeniową,
• instalację elektryczną.

Jeżeli planowana jest termomodernizacja, może ona zmniejszyć zapotrzebowanie domu i wpłynąć na dobór pompy.

Nie należy więc kupować urządzenia przed ustaleniem docelowego stanu budynku.

Moc przyłączeniowa

Pompa ciepła jest dużym odbiornikiem energii elektrycznej.

Przed montażem trzeba sprawdzić:

• moc przyłączeniową,
• zabezpieczenie główne,
• instalację elektryczną,
• inne duże odbiorniki.

W domu mogą pracować jednocześnie:

• pompa,
• płyta indukcyjna,
• piekarnik,
• ładowarka samochodu,
• grzałka elektryczna.

Dlatego analizuje się cały bilans mocy budynku.

Czy pompa potrzebuje grzałki elektrycznej?

Wiele urządzeń posiada dodatkową grzałkę.

Może być wykorzystywana między innymi:

• w określonych warunkach szczytowych,
• podczas niektórych procedur pracy,
• jako element zabezpieczenia lub źródło wspomagające.

Sama obecność grzałki nie oznacza źle zaprojektowanej instalacji.

Ważne jest to, kiedy i jak często jest wykorzystywana.

Fotowoltaika nie powinna maskować źle działającej pompy

To bardzo ważne.

Jeżeli pompa:

• jest przewymiarowana,
• pracuje z niepotrzebnie wysoką temperaturą,
• często uruchamia grzałkę,
• ma złe przepływy,
• często taktuje,

to dodanie PV nie rozwiązuje problemu technicznego.

Najpierw należy zadbać o prawidłowe działanie systemu grzewczego.

Dopiero później optymalizować bilans energii elektrycznej.

Kiedy połączenie pompy i fotowoltaiki ma największy sens?

Szczególnie wtedy, gdy:

• budynek ma umiarkowane lub niewielkie zapotrzebowanie na ciepło,
• pompa jest prawidłowo dobrana,
• instalacja pracuje przy niskiej temperaturze,
• duża część energii elektrycznej jest zużywana w budynku,
• możliwe jest zwiększenie autokonsumpcji,
• oba systemy są projektowane jako część jednego bilansu energetycznego.

Nie oznacza to jednak, że system bez PV jest zły.

Pompa może działać poprawnie również bez własnej instalacji fotowoltaicznej.

Najczęstsze błędy

Zakładanie darmowego ogrzewania

PV może obniżyć pobór energii z sieci, ale nie usuwa wszystkich kosztów.

Porównywanie tylko bilansu rocznego

10 000 kWh produkcji i 10 000 kWh zużycia nie oznacza, że energia była produkowana dokładnie wtedy, gdy była potrzebna.

Przewymiarowanie pompy

Większa moc nie oznacza automatycznie lepszej pracy.

Przewymiarowanie PV tylko pod ogrzewanie

Duża część dodatkowej energii może powstawać latem, gdy nie jest potrzebna do ogrzewania.

Ignorowanie temperatury zasilania

To jeden z kluczowych parametrów wpływających na pracę pompy.

Brak analizy instalacji elektrycznej

Pompa jest częścią całego systemu energetycznego budynku.

Pompa ciepła i fotowoltaika – co ma znaczenie?

Czy pompa ciepła z fotowoltaiką ma sens?

Tak, ale oba systemy trzeba traktować jako element całego budynku.

Pompa zmniejsza ilość energii elektrycznej potrzebnej do dostarczenia określonej ilości ciepła w porównaniu z bezpośrednim ogrzewaniem elektrycznym.

Fotowoltaika może z kolei pokrywać część zużycia energii elektrycznej.

Największe korzyści daje jednak nie samo zestawienie dwóch urządzeń, lecz prawidłowy projekt:

budynek → instalacja grzewcza → pompa ciepła → c.w.u. → zużycie energii → fotowoltaika → sterowanie.

Nie należy zaczynać od pytania:

„Ile paneli potrzeba do pompy?”

Lepiej najpierw ustalić:

„Ile energii naprawdę będzie potrzebował dobrze zaprojektowany system?”