Pompa ciepła w trudnych warunkach pracy – część 3. Wykorzystanie energii słonecznej

W badanym domu rozważano rozbudowę instalacji o kolektory słoneczne i/lub instalację fotowoltaiczną (PV). Kolektory miałyby wspomagać ogrzewanie ciepłej wody użytkowej, natomiast instalacja PV produkować prąd na potrzeby mieszkalne i do zasilania pompy ciepła.

Instalację PV wykonano na drewnianej wiacie zlokalizowanej niedaleko domu.

Instalację PV wykonano na drewnianej wiacie zlokalizowanej niedaleko domu.

 

Kolektory słoneczne

Ponieważ pompa ciepła przystosowana jest fabrycznie do współpracy z instalacją kolektorów słonecznych, wykonanie takiej instalacji planowano w przyszłości.
Rozważano zastosowanie 1 lub 2 płaskie kolektory do wspomagania ogrzewania c.w.u., co powinno wystarczyć dla rodziny składającej się z dwóch osób.
Kolektory zmniejszyłyby zużycie energii elektrycznej przez pompę ciepła pracującej na potrzeby c.w.u. Chociaż, wzrósłby udział energii pomocniczej, bo: średni czas pracy pompy solarnej obliczono na 1 415 h/rok, przy poborze prądu przez pompę solarna 65 W. W ciągu roku pompa solarna zużyje więc ok. 92 kWh energii elektrycznej (1415 h/rok x 65 W = 9197,5 Wh = 91,9 kWh/rok).
Pobór prądu przez regulator solarny to 5 W, w ciągu roku: 43,8 kWh (365 dni/rok x 24 h/dzień x 5 W = 43800 Wh/rok = 43,8 kWh/rok).

Łącznie zużycie prądu na pracę instalacji solarnej wynosi: 135,7 kWh/rok. Przy średnim rocznym koszcie zakupu prądu w 2014 r. otrzymamy koszt pracy instalacji solarnej: 53 zł brutto/rok (135,7 kWh/rok x 0,392 zł brutto/kWh = 53,19 zł brutto/rok).
Przyjmując nawet cenę prądu na poziomie ok. 0,60 zł brutto/kWh (jak dla taryfy G11), otrzymamy roczny koszt pracy instalacji solarnej na poziomie: 81,42 zł brutto/rok (135,7 kWh/rok x 0,60 zł brutto/kWh = 81,42 zł brutto/rok).
Można zauważyć tutaj, że zużycie prądu na pracę instalacji kolektorów słonecznych jest niewielkie w ciągu roku.

Za pomocą symulacji ustalono, że instalacja z dwoma kolektorami o łącznej powierzchni absorbera 5,06 m2, pokryje zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania c.w.u. na poziomie 150%. Kolektory dostarczałyby więcej ciepła niż potrzebuje rodzina 2-osobowa, co wiązałoby się z częstymi przegrzewami instalacji solarnej – zagotowanie płynu solarnego. Co przy częstym powtarzaniu się może doprowadzić do degradacji płynu solarnego w instalacji i konieczności jego częstej wymiany.

O ile nowoczesne kolektory płaskie, same w sobie zabezpieczone są przed przegrzewami, np. kolektory Vitosol firmy Viessmann z technologią ThermProtect (kolektor sam się wyłącza jeśli nie jest odbierane ciepło solarne), to straty energii są niepożądane – wniosek: za duża powierzchnia kolektorów.
Dlatego, rozważano zastosowanie tylko jednego kolektora o powierzchni absorbera: 2,53 m2, który zapewni w ciągu roku 75% ciepła na ogrzewanie c.w.u. – tutaj również mogą wystąpić przegrzewy w instalacji solarnej, jednak znacznie rzadziej występujące.
Ostatecznie zrezygnowano z instalacji kolektorów, bo: małe zużycie c.w.u. w domu, niskie koszty ogrzewania ciepłej wody pompą ciepła – w tym konkretnym domu instalacja kolektorów byłaby nieopłacalna.

Instalacja fotowoltaiczna (PV)

W październiku 2014 r. budynek wyposażono w instalację fotowoltaiczną o mocy nominalnej: 4,14 kWp.
Prąd słoneczny w pierwszej kolejności zasila dom i jest również wykorzystywany do zasilania pompy ciepła. Jeśli w danej chwili instalacja PV produkuje więcej prądu niż potrzebuje dom, tzw. nadwyżki energii elektrycznej odprowadzane są do publicznej sieci energetycznej.

W skład instalacji wchodzą:

  • moduły PV Inventux X3-115, o mocy nominalnej 115 Wp, powierzchnia 1,43 m2 – 36 szt.,

  • inwerter trójfazowy 4,2 kW typ Convest 4 I – 1 szt.,

  • dodatkowe elementy okablowania – 1 kpl.,

  • szafki DC i AC – 2 szt.

Instalację PV wykonano na drewnianej wiacie zlokalizowanej niedaleko domu.
Moduły wykonane są w technologii micromorph (połączenie technologii amorficznej i krystalicznej). Ich sprawność wynosi 8% i jest znacznie niższa od często stosowanych modułów polikrystalicznych, których sprawność wynosi ok. 16%.

Wybrano moduły Inventux X3  ze względu na ich niższą cenę. Aby uzyskać moc instalacji 4,14 kWp, ze względu na niższą sprawność modułów i ich mniejszą moc nominalną, potrzeba było zastosować 36 modułów, które zajęły powierzchnię: 51 m2.
Dla porównania, moduły polikrystaliczne Viessmann: Vitovolt 300, dla instalacji o mocy 4,08 kWp potrzeba: 16 modułów, które zajęłyby powierzchnię 26 m2 (powierzchnia pojedynczego modułu: 1,62 m2).
Jako zaletę modułów Inventux X3 (i o podobnej technologii wykonania), często przytacza się, że „pracują z wyższą sprawnością przy małym nasłonecznieniu”. Czy tak jest, sprawdzę i pokaże w następnej części artykułu.

Przeczytaj także:

Pompa ciepła w trudnych warunkach pracy – część 1.

Pompa ciepła w trudnych warunkach pracy – część 2. Ogrzewanie wody użytkowej

Pompa ciepła w trudnych warunkach pracy – część 4. Sprawniejsze moduły PV?

Pompa ciepła w trudnych warunkach pracy – część 5. Pompa ciepła i fotowoltaika

Pompa ciepła w trudnych warunkach pracy – część 6. Fotowoltaika dzisiaj

Pompa ciepła w trudnych warunkach pracy – część 7. Podsumowanie

Autor: Krzysztof Gnyra

Źródło:

[1] Rynek Instalacyjny nr. 09/2016, artykuł pt.: Zastosowanie dodatkowych źródeł energii odnawialnej do współpracy z pompą ciepła solanka/woda; autorzy: dr inż. Joanna Piotrowska-Woroniak, dr inż. Wiesław Załuska, mgr inż. Rafał Tomaszewicz.

[2] Instalacje fotowoltaiczne, wydanie V; Bogdan Szymański; GLOB Energia, Kraków 2016 r.


Zobacz nas Facebook Facebook Google + Google +Twitter Twitter