Fotowoltaika i pompa ciepła - para idealna

Połączenie dwóch źródeł energii: pompy ciepła i fotowoltaiki staje się coraz bardziej opłacalne. Współdziałanie instalacji fotowoltaicznej z pompą ciepła to oszczędność i ekologia. Z tego powodu coraz więcej osób budujących domy jednorodzinne zwraca uwagę na zużycie energii elektrycznej oraz sposób ogrzewania budynku. Fotowoltaika i pompa ciepła to połączenie eliminujące dwa źródła zanieczyszczenia CO2. Produkowanie energii ze słońca to niemal idealny sposób na odciążenie elektrowni, które w Polsce zasilane są głównie węglem. Zastąpienie kotła węglowego pompą ciepłą to jeden z najważniejszych kroków do zmniejszenia smogu w Polsce. Dlaczego pompa ciepłą jest tak dobrym uzupełnieniem fotowoltaiki? Jak współpracuje z ogniwami fotowoltaicznymi? Jakie dofinansowanie można uzyskać na pompę ciepła i instalację fotowoltaiczną? Wyjaśniamy najważniejsze kwestie.

Jak sprawić, by ogrzewanie domu było niemal bezkosztowe?

Oprócz tego, że budynek ogrzewany pompą ciepła nie emituje szkodliwych dla zdrowia i środowiska spalin, doskonale współpracuje z fotowoltaiką. Pompy ciepła zużywają dużo więcej energii elektrycznej niż np. kotły na paliwo stałe. Dlatego też uzupełnienie układu o instalację PV, która dostarczy energię potrzebną do jej zasilenia, jest rozwiązaniem idealnym. Znajdujące się na dachu lub gruncie panele fotowoltaiczne z powodzeniem produkują i dostarczają energię do zasilenia sprężarki, znajdującej się w pompach ciepła.

Ogrzewanie domu pompą ciepła

Mimo dużej wydajności współczesnych paneli fotowoltaicznych trudno wykorzystać je do ogrzania domu zwykłymi elektrycznymi grzejnikami. Klasyczne ogrzewanie elektryczne należy do drogich form dostarczania ciepła i konsumuje duże ilości prądu. Aby zaspokoić to zapotrzebowanie energetyczne, należałoby zainstalować bardzo dużą ilość modułów fotowoltaicznych.

Znacznie lepszym i popularniejszym rozwiązaniem jest połączenie fotowoltaiki z pompą ciepła. Pompa ciepła to urządzenie podbierające energię cieplną z gruntu lub powietrza i dostarczające ją do budynku. Składa się z podobnych podzespołów jak lodówka czy klimatyzacja: skraplacz, parownik i sprężarka. Wykorzystuje tę samą zasadę – wymusza przepływ ciepła z obszaru o niższej temperaturze do obszaru o wyższej.

1. Sprężarka
2. Parownik
3. Skraplacz
4. Zawór rewersyjny
5. Para o niskim ciśnieniu i niskiej temperaturze
6. Para o wysokim ciśnieniu i wysokiej temperaturze
7. Ciecz o niskim ciśnieniem o niskiej temperaturze
8. Ciecz o wysokim ciśnieniem o wyskiej temperaturze
9. Zawór rozprężny
10. Czynnik chłodniczy przekazuje ciepło wodzie grzewczej i powraca do stanu ciekłego
11. Czynnik chłodniczy pochłania ciepło z powietrza i paruje

Aby jednak pompa ciepła mogła działać, konieczne jest dostarczenie energii mechanicznej do obsługi sprężarki. Stąd też praca pompy w dalszym ciągu uzależniona jest od prądu, który w tym wypadku może być wyprodukowany przez ogniwa fotowoltaiczne. Jakie są więc korzyści wynikające z zastosowania pompy ciepła względem klasycznych grzejników elektrycznych? Wszystko wynika ze współczynnika COP, czyli wydajności odzysku energii. Dzięki pochłanianiu energii z gruntu lub powietrza pompa ciepła może nawet kilkukrotnie zwiększyć efektywność wykorzystanej energii elektrycznej. Przykładowo: współczynnik COP 5 oznacza, że z każdego 1 kW dostarczonego prądu można uzyskać 5 kW energii cieplnej. Wydajność pompy ciepła w tym przypadku to 500%. Inaczej ujmując, do dostarczenia określonej ilości ciepła do budynku wystarczy jedynie ok. 20% energii elektrycznej. Wartość współczynnika COP wynosi od 3 do 7.

Zasada działania pompy ciepła

Optymalizacja kosztów

Połączenie pompy ciepła i fotowoltaiki to jeden z najlepszych sposobów na optymalizację domowych kosztów. Choć wymaga sporej inwestycji, to często po kilku latach amortyzuje się ona w pełni, a dalsze korzystanie z domu staje się wyjątkowo tanie. W przypadku nowoczesnego, energooszczędnego budownictwa korzyści te są jeszcze większe, ponieważ niskie zapotrzebowanie energetyczne to niższy koszt instalacji.

Dodatkowym systemem poprawiającym współdziałanie instalacji fotowoltaicznej i pompy ciepła jest zastosowanie rekuperacji. Odzysk energii ze zużytego powietrza w znacznym stopniu ogranicza straty energetyczne budynku i system ten na dobre wypiera wentylację grawitacyjną. Warto też dodać, że system rekuperacji nie tylko zmniejsza koszt użytkowania budynku, ale przede wszystkim poprawia komfort. Wyciąganie zużytego powietrza, spalin i wilgoci z wnętrz wyraźnie wpływa na mikroklimat w domu.

Kiedy ogrzewanie pompą ciepła jest najefektywniejsze? Przede wszystkim wtedy, gdy będzie ona współpracować z niskotemperaturową instalacją grzewczą. Największy komfort termiczny zapewnia ogrzewanie podłogowe, ale można także zasilić pompą ciepła niskotemperaturowe grzejniki konwektorowe, panele ścienne i sufitowe czy ogrzewanie powietrzne. System grzewczy utrzymujący we wnętrzu domu stałą temperaturę 20-21 stopni Celsjusza gwarantuje wysoki komfort termiczny, przyjemny mikroklimat oraz najzdrowsze warunki do życia. Jako że pompa ciepła współdziałająca z instalacją fotowoltaiczną i buforem ciepła jest całkowicie bezobsługowa, znika także problem brudnej kotłowni, magazynowania opału, usuwania popiołu, rozpalania i wygaszania kotła itd.

Powietrzna pompa ciepła – split czy monoblok?

Powietrze pompy ciepła dzielą się na dwa rodzaje – split i monoblok. Są to w gruncie takie same urządzenia, o podobnej wydajności, jednak różnią się budową, a konkretnie umiejscowieniem skraplacza. W pompach typu monoblok cały układ chłodniczy mieści się w jednej konstrukcji, zaizolowanej termiczne i akustycznie. Oznacza to, że wszystkie podzespoły pompy ciepła umiejscowione są na zewnątrz budynku, w jednym masywnym bloku. Do budynku doprowadzone są jedynie rury dostarczające ciepło.

Budowa i działanie pompy ciepła monoblokowej

1. Jednostka zewnętrzna
2. Sprężarka
3. Parownik
4. Zawór rozprężny
5. Zawór 4-drogowy
6. Skraplacz
7. Pompa obiegowa

W bardziej popularnych pompach ciepła typu split układ ten jest podzielony. Na zewnątrz budynku znajdują się jedynie parownik, sprężarka oraz zawór rozprężny. Skraplacz, czyli wymiennik ciepła oddający energię do instalacji grzewczej, umiejscowiony jest wewnątrz domu. Z jednostki zewnętrznej, która nie musi być zaizolowana termicznie i akustycznie, wyprowadzone są do budynku rury dostarczające gaz chłodniczy. Właściwa wymiana ciepła odbywa się w domu, dzięki czemu ryzyko zamarznięcia systemu grzewczego jest minimalne.

Budowa i działanie pompy ciepła typu split

1. Jednostka zewnętrzna
2. Jednostka wewnętrzna
3. Sprężarka
4. Parownik
5. Zawór rozprężny
6. Zawór czterodrogowy
7. Skraplacz
8. Pompa obiegowa wody grzewczej
9. Podgrzewacz elektryczny 3 kW
10. Zawór przełączający trybu CO/CWU

Który z tych systemów jest lepszy? Zależy to od kilku czynników. Współczesne konstrukcje split i monoblok nie różnią się wyraźnie wydajnością, więc argument ten nie przemawia już na korzyść pomp ciepła typu split. Jednoczęściowe pompy są jednak w dalszym ciągu mniej awaryjne i cichsze. Dodatkowo w całości znajdują się na zewnątrz budynku i nie zajmują miejsca w pomieszczeniu gospodarczym. Na korzyść pomp ciepła typu monoblok przemawia także niższa cena. Istotnym argumentem może być także to, że jednostka zewnętrzna jest mniejsza niż w przypadku monobloku. Trzeba jednak pamiętać, że pompy ciepła split o mocy wyższej niż 10 kW wymagają założenia karty produktu oraz wykonywania regularnych kontroli szczelności. Te natomiast mogą być wykonywane tylko przez uprawnionych specjalistów, co podnosi koszt użytkowania pompy.

Więcej na temat pomp ciepła znajdziesz Tutaj

Ile kosztuje fotowoltaika z pompą ciepła?

Koszt kompletnej instalacji uzależniony jest od całościowego zapotrzebowania energetycznego budynku. Obliczenie ilości prądu zużywanego w gospodarstwie jest bardzo łatwe, bowiem wystarczy przeanalizować roczne rachunki za energię elektryczną. Na tej podstawie można zaplanować część instalacji fotowoltaicznej odpowiadającej za zużycie prądu. Dla typowego gospodarstwa domowego jest to zazwyczaj ok. 2-3 kW.

W wyliczeniach trzeba jednak uwzględnić moc instalacji wypracowującą nadwyżkę energii i zasilającą pompę ciepła. Punktem wyjściowym jest tutaj roczne zapotrzebowanie energetyczne na 1 m2. Różnice są znaczne, bowiem nowoczesne budynki energooszczędne zużywają ok. 50 kWh/(m2·rok), a nieocieplone budynki z lat 80. mogą skonsumować nawet 200 kWh/(m2·rok). Priorytetem jest więc termomodernizacja budynku i doprowadzenie zapotrzebowania energetycznego przynajmniej do poziomu standardowo ocieplonego domu, czyli do 90 kWh/(m2·rok). Szczegółowe dane dotyczące zużycia ciepła można uzyskać po wykonaniu pełnego audytu energetycznego. Taki pomiar pozwoli przy okazji usunąć mostki termiczne i zwiększy komfort cieplny w budynku.

Mnożąc powierzchnię domu przez zapotrzebowanie energetyczne domu na metr kwadratowy, uzyskujemy szacunkowe roczne zużycie energii. Przykładowo: 150 m2 x 90 kWh/(m2·rok) daje roczne zużycie energii na poziomie 13 500 kWh. Standardowa instalacja fotowoltaiczna pozwala uzyskać ok. 1000 kWh rocznie z 1 kWp mocy, ale nie oznacza to, że trzeba inwestować w tak dużą farmę fotowoltaiczną. Jak wspomnieliśmy wyżej, pompa ciepła ma określony wskaźnik COP i SCOP, co oznacza, że fotowoltaika musi wyprodukować jedynie 20-30% tej energii. Reszta zostanie „wyciągnięta” z powietrza lub gruntu.

Szczegółowe obliczenia wykonywane są przez firmę dostarczającą i montującą instalację fotowoltaiczną oraz system grzewczy. W podanym przykładzie koszt pełnej inwestycji wyniósłby ok. 60-80 tys. zł, w zależności od wybranych systemów. Warto jednak pamiętać, że jest to cena wyjściowa, którą można znacząco zmniejszyć dofinansowaniami, np. z programu Mój Prąd oraz Czyste Powietrze. Trzeba też pamiętać, że jednocześnie znikają rachunki za prąd, podgrzewanie wody użytkowej i ogrzewanie domu, więc miesięczne koszty wcale nie muszą wzrosnąć. Wiele zależy od poprawnego dobrania mocy pompy ciepła. Dość powszechnym błędem jest wybór zbyt dużej, przewymiarowanej pompy z myślą o najmroźniejszych dniach. Podczas wyboru urządzenia warto zwrócić uwagę także na skalę modulację mocy, np. 3-9 kW. Dzięki temu w cieplejsze dni pompa ciepła pracuje płynnie z mniejszą mocą, zużywa mniej prądu i nie przerywa co chwilę swojego działania.

W ostatnich kilku latach, a szczególnie w roku 2020, popularność fotowoltaiki poszybowała w górę. Ważną rolę odegrał w tym ogólnopolski program „Mój Prąd”, który pozwala uzyskać dopłatę do instalacji fotowoltaicznej w kwocie do 5 tys. zł, a także program Czyste Powietrze. Nie bez znaczenia jest jednak rosnąca świadomość ekologiczna, która zachęca do wyboru odnawialnych źródeł energii. Chcemy mniej przykładać się do degradacji środowiska, żyć w czystszych okolicach i oddychać świeżym powietrzem. < Własna elektrownia słoneczna zachęca do kompleksowej zmiany stylu życia na bardziej ekologiczny. Jedną z najważniejszych zmian jest rezygnacja z paliw kopalnych na rzecz bezemisyjnych źródeł ogrzewania. Połączenie fotowoltaiki z pompą ciepła można uznać za duet idealny.

Skontaktuj się z nami!

Sprawdź koszty instalacji pompy ciepła i fotowoltaiki