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.

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.