Jaka pompa ciepła będzie najlepsza do fotowoltaiki? 

Najważniejsze informacje

• Najwyższą efektywnością sezonową (SCOP na poziomie 4,5–5,2) charakteryzują się gruntowe pompy ciepła, natomiast w budownictwie jednorodzinnym bardzo dużą popularnością cieszą się powietrzne pompy ciepła w wersjach split oraz monoblok.
• Średnio na każde 1 kW mocy grzewczej pompy ciepła w dobrze zaizolowanym budynku przypada zapotrzebowanie na około 0,7–0,9 kWp mocy w panelach fotowoltaicznych (wyłącznie na potrzeby ogrzewania i przygotowania ciepłej wody użytkowej).
• W budynkach modernizowanych zużycie prądu z fotowoltaiki przez pompę ciepła można znacząco obniżyć poprzez wykonanie frezowania pod ogrzewanie podłogowe oraz montaż rekuperacji ograniczającej straty wentylacyjne.
• Zestawienie fotowoltaiki z magazynem energii oraz pompą ciepła wyposażoną w automatykę Smart Grid Ready (SG Ready) pozwala zmaksymalizować bieżącą autokonsumpcję darmowego prądu i skorzystać z programów „Mój Prąd 6.0”, „Moje Ciepło” lub „Czyste Powietrze”.

Optymalny dobór pompy ciepła do instalacji PV zawsze opiera się na projekcie i obliczeniu zapotrzebowania na ciepło konkretnego budynku, a nie wyłącznie na jego powierzchni użytkowej.

Integracja odnawialnych źródeł energii w budynkach mieszkalnych oraz obiektach komercyjnych stanowi obecnie fundament nowoczesnej techniki instalacyjnej. Zestawienie mikroinstalacji fotowoltaicznej (PV) z elektryczną pompą ciepła pozwala zamknąć bilans energetyczny obiektu w obrębie jednego medium – energii elektrycznej, zapewniając inwestorowi niezależność energetyczną oraz przewidywalne koszty eksploatacji. Analiza tego, jaka pompa ciepła do fotowoltaiki sprawdzi się w konkretnym budynku, wymaga jednak zestawienia zapotrzebowania cieplnego obiektu z rocznym profilem uzysku energii słonecznej. Choć oba systemy uzupełniają się pod względem technologicznym, występuje między nimi naturalne przesunięcie sezonowe: panele słoneczne generują w polskich warunkach klimatycznych około 75–80% rocznego uzysku w półroczu letnim (od kwietnia do września), podczas gdy szczytowe zapotrzebowanie na moc grzewczą przypada na miesiące zimowe [1]. Z tego względu wybór urządzenia grzewczego współpracującego z fotowoltaiką powinien uwzględniać zarówno sprawność pracy w ujemnych temperaturach zewnętrznych, jak i właściwe przygotowanie samej instalacji grzewczej w budynku.

Zasada działania układu hybrydowego PV i pompy ciepła

Pompa ciepła jest urządzeniem cieplnym, które nie wytwarza energii w procesie spalania paliwa, lecz pobiera ciepło o niskiej temperaturze ze środowiska naturalnego (z powietrza atmosferycznego, gruntu lub wody) i przy udziale energii elektrycznej przekształca je w ciepło o wyższej temperaturze, wykorzystywane do zasilania centralnego ogrzewania (C.O.) oraz przygotowania ciepłej wody użytkowej (C.W.U.). W standardowych warunkach eksploatacyjnych urządzenie wykorzystuje około 70% darmowej energii odnawialnej z otoczenia, a jedynie w około 30% potrzebuje do napędu sprężarki energii elektrycznej.

Jeżeli energia elektryczna pochodzi z własnej instalacji fotowoltaicznej, koszty ogrzewania budynku oraz przygotowania ciepłej wody ulegają redukcji. W zależności od klasy urządzenia i temperatury dolnego źródła, z 1 kWh energii elektrycznej wyprodukowanej przez moduły PV pompa ciepła dostarcza do instalacji grzewczej od 3,5 do nawet 5,2 kWh energii cieplnej [2]. Wskaźnik ten – określany sezonowym współczynnikiem efektywności SCOP (Seasonal Coefficient of Performance) – przesądza o tym, jak duża instalacja fotowoltaiczna będzie potrzebna na dachu lub gruncie. Im wyższy jest współczynnik SCOP pompy ciepła, tym mniej paneli fotowoltaicznych wystarczy do zbilansowania rocznego zużycia prądu przez kotłownię.

Powietrzna czy gruntowa – jaka pompa ciepła do fotowoltaiki zapewnia najwyższą efektywność sezonową?

Kompletując system łączący produkcję własnego prądu z bezobsługowym ogrzewaniem, inwestorzy wybierają pomiędzy powietrznymi pompami ciepła (w konstrukcjach typu split oraz monoblok) a gruntowymi pompami ciepła. Wszystkie trzy rozwiązania różnią się budową układu chłodniczego oraz stabilnością poboru mocy elektrycznej w ciągu roku.

Powietrzne pompy ciepła typu split

Konstrukcje typu split składają się z dwóch części: jednostki zewnętrznej (w której umieszczona jest sprężarka oraz wentylator parownika) oraz jednostki wewnętrznej montowanej w budynku. Zaletą takiego podziału jest wyeliminowanie źródła hałasu z pomieszczeń mieszkalnych. W klasycznym układzie obie jednostki połączone są przewodami wypełnionymi czynnikiem chłodniczym, co całkowicie eliminuje ryzyko zamarznięcia układu na zewnątrz budynku nawet podczas dłuższej przerwy w dostawie napięcia. We współpracy z fotowoltaiką pompy typu split oferują korzystny stosunek nakładów inwestycyjnych do uzyskiwanej sprawności, a latem – oprócz podgrzewania wody użytkowej – mogą również chłodzić pomieszczenia w upalne dni, wykorzystując bieżącą nadprodukcję prądu ze słońca.

Powietrzne pompy ciepła typu monoblok

Dzięki zwartej, hermetycznie zamkniętej konstrukcji zewnętrznej, pompy ciepła typu monoblok osiągają nieznacznie wyższą sprawność grzewczą w porównaniu do modeli typu split. Są to urządzenia, które w kompaktowej obudowie (często zajmującej w części wewnętrznej wraz z modułem hydraulicznym powierzchnię do 1 m²) integrują wszystkie niezbędne elementy standardowej kotłowni wraz z zasobnikiem ciepła oraz armaturą hydrauliczną i sterującą, wymaganą do bezpiecznego funkcjonowania instalacji C.O. i C.W.U. Wyższa sprawność grzewcza przekłada się bezpośrednio na niższe roczne zużycie energii elektrycznej z instalacji fotowoltaicznej, szczególnie w okresach przejściowych i zimowych.

Gruntowe pompy ciepła

Urządzenia pobierające energię cieplną z gruntu korzystają z dolnego źródła o bardzo stabilnej temperaturze przez cały rok, niezależnej od chwilowych wahań temperatury powietrza zewnętrznego. Dzięki temu gruntowa pompa ciepła utrzymuje wysoki współczynnik efektywności nawet podczas silnych mrozów, kiedy produkcja energii elektrycznej z paneli fotowoltaicznych jest najniższa. Choć wykonanie dolnego źródła wiąże się z wyższym kosztem początkowym inwestycji, w perspektywie wieloletniej gruntowa pompa ciepła wykazuje najniższe zapotrzebowanie na energię elektryczną spośród wszystkich dostępnych na rynku technologii grzewczych, co pozwala ograniczyć wymaganą moc instalacji fotowoltaicznej.

Wpływ ogrzewania podłogowego i rekuperacji na zużycie prądu z fotowoltaiki

Rozstrzygając kwestię tego, jaką pompę ciepła dobrać do fotowoltaiki, nie można ograniczać analizy wyłącznie do parametrów samego urządzenia grzewczego. O rzeczywistym poborze prądu przez sprężarkę decyduje temperatura wody grzewczej, jaką pompa musi dostarczyć do instalacji w budynku (tzw. temperatura górnego źródła). Każdy wzrost temperatury zasilania instalacji o 1°C obniża sprawność pompy ciepła o około 2–2,5%.

Najwyższą efektywność energetyczną i najniższe rachunki za prąd uzyskuje się w połączeniu pompy ciepła z niskotemperaturowym ogrzewaniem podłogowym, w którym temperatura wody w obiegu wynosi zaledwie 30–35°C. Co istotne, rozwiązanie to nie jest zarezerwowane wyłącznie dla nowo wznoszonych domów. W budynkach modernizowanych, w których dotychczas funkcjonowały tradycyjne grzejniki, coraz częściej stosuje się bezpyłowe frezowanie pod ogrzewanie podłogowe. Technologia ta pozwala na wycięcie rowków pod rury grzewcze bezpośrednio w istniejącej wylewce betonowej – bez konieczności skuwania posadzek i podnoszenia poziomu podłogi. Zastąpienie grzejników ogrzewaniem podłogowym przed montażem pompy ciepła i fotowoltaiki pozwala obniżyć roczne zużycie energii elektrycznej przez pompę ciepła nawet o 20–30%.

Drugim elementem bezpośrednio odciążającym bilans energetyczny układu PV + pompa ciepła jest wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła, czyli rekuperacja. W budynkach z tradycyjną wentylacją grawitacyjną straty ciepła przez kominy wentylacyjne mogą odpowiadać za 30–40% całkowitego zapotrzebowania na energię grzewczą. Zastosowanie rekuperatora pozwala odzyskać energię termiczną ze zużytego powietrza usuwanego na zewnątrz, co zmniejsza wymaganą moc grzewczą pompy ciepła (np. z 10 kW do 7–8 kW), a tym samym redukuje liczbę modułów fotowoltaicznych potrzebnych do zasilenia budynku.

Fotowoltaika z magazynem energii i automatyka SG Ready w systemie net-billingu

Przy ocenie tego, jaka pompa ciepła pasuje do fotowoltaiki, znaczenie ma zdolność instalacji do gromadzenia wyprodukowanej energii na miejscu w budynku.

Zwiększenie autokonsumpcji realizuje się na dwóch komplementarnych poziomach:

• magazynowanie energii elektrycznej (fotowoltaika z magazynem energii) – zastosowanie nowoczesnego magazynu energii elektrycznej pozwala zatrzymać w gospodarstwie domowym nadwyżki prądu wyprodukowane w słoneczne godziny południowe i wykorzystać je do zasilania sprężarki pompy ciepła po zachodzie słońca, kiedy temperatura zewnętrzna spada, a zapotrzebowanie budynku na ciepło rośnie;
• magazynowanie energii cieplnej (funkcja Smart Grid Ready – SG Ready) – nowoczesne pompy ciepła wyposażone w protokół komunikacyjny SG Ready współpracują bezpośrednio z falownikiem fotowoltaicznym. W momencie wykrycia nadprodukcji prądu z paneli PV sterownik pompy ciepła automatycznie podnosi temperaturę wody w zasobniku C.W.U. oraz w buforze centralnego ogrzewania, a także akumuluje ciepło w płycie ogrzewania podłogowego.

Dodatkową korzyścią wynikającą z integracji obu systemów jest możliwość wykorzystania energii słonecznej w okresie letnim do chłodzenia pomieszczeń – zarówno za pomocą rewersyjnej pracy pompy ciepła, jak i wspomagająco poprzez układ klimatyzacji typu split lub multi split, których profil pracy w upalne dni idealnie pokrywa się ze szczytem produkcji instalacji fotowoltaicznej.

Kompleksowa realizacja układu PV z pompą ciepła

Zestawienie pompy ciepła z fotowoltaiką, magazynem energii oraz instalacją ogrzewania podłogowego przynosi najwyższą sprawność wówczas, gdy za projekt, dobór komponentów, montaż oraz konfigurację automatyki odpowiada jeden wykwalifikowany wykonawca. Powierzenie całej inwestycji jednej firmie instalacyjnej z własnymi, certyfikowanymi ekipami montażowymi eliminuje problem braku kompatybilności pomiędzy falownikiem fotowoltaicznym a sterownikiem pompy ciepła i skraca czas realizacji prac. Równie istotna dla zachowania wieloletniej wydajności oraz utrzymania warunków gwarancji producentów jest późniejsza opieka posprzedażowa – obejmująca regularne przeglądy techniczne, konserwację oraz serwis gwarancyjny i pogwarancyjny obu systemów.

Przypisy i źródła:
[1] Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej – Państwowy Instytut Badawczy (IMGW-PIB), Atlas Energetyki Solarnej AES-PL, opracowanie dotyczące przestrzennej i czasowej zmienności zasobów promieniowania słonecznego na obszarze Polski.
[2] Polska Organizacja Rozwoju Technologii Pomp Ciepła (PORT PC), Wytyczne projektowania, wykonania i odbioru instalacji z pompami ciepła oraz metodologia wyznaczania sezonowego współczynnika efektywności SCOP zgodnie z normą PN-EN 14825.

Najczęściej zadawane pytania (FAQ)

Kontakt

Wentotech.pl

Marii Dąbrowskiej 3/6, 06-300 Przasnysz

NIP: 7611508234

REGON: 146832760

 wentotech@gmail.com

 +48 222 66 22 97

 +48 607 785 611

 Obserwuj nas

Obsługujemy instalacje / montaż oraz sprzedaż fotowoltaiki, paneli fotowoltaicznych w miastach:

Obsługujemy instalacje / montaż oraz sprzedaż pomp ciepła w miastach:

2024 | Projekt i wykonanie