Fotowoltaika i pompa ciepła – dlaczego warto je połączyć?

Ogrzewanie domu pompą ciepła

Programy samorządowe zachęcające do wymiany kotłów węglowych nie są przypadkowe. To dla wielu miast najważniejszy krok do tego, by okiełznać problem smogu. Zanieczyszczenie powietrza w Polsce jest na najwyższym poziomie w Europie. Według raportu WHO z 2018 roku aż 36 z 50 najbardziej zanieczyszczonych europejskich miast leży w Polsce. Dane Europejskiej Agencji Środowiska (EEA) są bardziej łaskawe i mówią o 29 polskich miastach na 100. W dalszym ciągu są to jednak fatalne wyniki.

Czytaj również: Czy polskie gospodarstwa domowe mogą się uniezależnić od rosnących cen prądu?

Kluczowym krokiem do poprawy czystości powietrza jest ograniczenie tzw. niskiej emisji. To bowiem głównie gospodarstwa domowe oraz kamienice ogrzewane kotłami i piecami węglowymi odpowiadają za emisję do atmosfery pyłów PM2,5, PM10, tlenków węgla, wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych oraz metali ciężkich. 

Zastąpienie kotła węglowego pompą ciepła pozwala w dużej mierze wyeliminować ten problem. Dom ogrzewany pompą ciepła nie emituje do atmosfery dymu ani żadnych szkodliwych substancji. Co więcej budynek nie potrzebuje nawet komina, bo czysta energia cieplna generowana przez pompę nie wymaga spalania czegokolwiek. Wybierając źródło ogrzewania czerpiące ciepło z powietrza lub gruntu, przyczyniasz się jednak nie tylko do globalnej walki z ociepleniem klimatycznym. Pozytywną zmianę odczujesz przede wszystkim we własnym ogrodzie, a Twoi bliscy nie będą musieli już wdychać spalin.

Dlaczego warto wybrać pompę ciepła?

Kwestie ekologiczne są bardzo ważne, ale to oczywiście nie jedyny argument zachęcający do wymiany kotła węglowego. Największą zaletą pompy ciepła jest całkowita bezobsługowość i wygoda korzystania z domu ogrzewanego odnawialnym źródłem energii. Ekologiczne pompy ciepła nie wymagają tworzenia osobnej, brudnej kotłowni, jaką znasz z budynków ogrzewanych węglem. Nie potrzebują też miejsca na opał, usuwania popiołu, czyszczenia komina i wielu innych  czynności obsługowych. Pomieszczenie gospodarcze mieszczące podzespoły pompy ciepła pozostaje cały czas czyste i schludne. Ogrzewanie domu sprowadza się wówczas do ustawienia komfortowej temperatury. Nie musisz pamiętać o zamówieniach opału czy uzupełniania podajnika. Wygoda, jaką pompa ciepła jest w stanie zagwarantować domownikom, to ważny argument przemawiający na korzyść inwestycji. 

Nie  można zapomnieć także o komforcie termicznym gwarantowanym przez pompę ciepła. Ten sposób ogrzewania jest bezobsługowy, a zatem nie wiąże się z koniecznością rozpalania kotła. Podobnie jak kocioł gazowy, domowa pompa ciepła włącza się automatycznie, gdy trzeba dostarczyć ciepło do pomieszczeń lub podgrzać ciepłą wodę użytkową. Dzięki modulacji mocy sprężarki pompa sama dobierze optymalne parametry grzewcze. Międzysezonowe dogrzewanie pomieszczeń jest wyjątkowo łatwe.

Pompa ciepła i fotowoltaika – jak to działa?

Jak to się dzieje, że pompa ciepła, czyli urządzenie korzystające z odnawialnych źródeł energii (OZE), jest w stanie czerpać energię dosłownie z powietrza? To zasługa realizacji obiegu Lindego, czyli wypompowywania ciepła z ośrodka o niższej temperaturze (powietrze lub grunt) i przenoszenia tej energii do ośrodka cieplejszego (pomieszczenia). Tę samą zasadę wykorzystują inne doskonale znane urządzenia, czyli klimatyzacja samochodowa oraz lodówka.

Czytaj również: Fotowoltaika dla domu – przegląd rozwiązań

Pompa ciepła składa się nawet z podobnych podzespołów: skraplacza, parownika, zaworu dławiącego i sprężarki. Do wymuszenia obiegu czynnika grzewczego niezbędna jest energia elektryczna. Ilość energii wynika ze współczynnika COP określającego wydajność pompy ciepła. Zazwyczaj COP wynosi od 3 do 7 i określa jak wiele energii cieplnej służącej do ogrzania budynku można wytworzyć z 1 kW energii elektrycznej. Wartość współczynnika COP 4 oznacza, że z 1 kW prądu pompa wytworzy 4 kW mocy grzewczej. Sprawność takiej pompy ciepła to w tym przypadku 400%. 25% to udział energii elektrycznej, a cała reszta odzyskiwana jest z natury. 

Prąd może być oczywiście dostarczany z sieci, ale to właśnie połączenie pompy ciepła z fotowoltaiką daje największe korzyści. Wówczas dom staje się niemal samowystarczalny. Wyprodukowana energia elektryczna ze słońca służy nie tylko do zasilenia urządzeń elektrycznych używanych w gospodarstwie domowym, ale i do ogrzania domu. W ten sposób możesz wyeliminować dwa źródła emisji CO2.

Pompa ciepła i fotowoltaika sprawdź koszty w OZE Biomar

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

Niezależność energetyczna przez cały rok

W jaki sposób fotowoltaika zapewnia darmowy prąd również w pochmurne dni lub w nocy? Tutaj trzeba wytłumaczyć mechanizm działania fotowoltaicznej. Ogniwa fotowoltaiczne są w stanie wytworzyć tylko tyle energii, ile zostanie zużyte. Oczywiście zapotrzebowanie energetyczne budynku nie zawsze jest duże i różni się w zależności od pory dnia lub roku. Na szczęście można wyprodukować znacznie więcej prądu, niż wymaga tego w danej chwili dom. Cała nadwyżka prądu wytworzonego przez panele fotowoltaiczne zostanie oddana do sieci. Nie zmarnuje się i skorzystają z niej inne gospodarstwa podłączone do tego samego transformatora. Po założeniu instalacji fotowoltaicznej konsument staje się więc prosumentem, odpowiadającym również za produkcję energii.

W takim układzie sieć energetyczna staje się dla posiadacza mikroinstalacji fotowoltaicznej bankiem energii. Może on bowiem wykorzystać 80% (70% w przypadku instalacji większej niż 10 kW) wyprodukowanej energii w innym czasie, np. nocą, w pochmurny dzień lub zimą. I tutaj uwydatnia się zaleta połączenia fotowoltaiki z pompą ciepła. Cały prąd wyprodukowany wiosną i latem, czyli w momencie największego nasłonecznienia, może służyć do wypracowania zapasu na zimę. Jeśli odpowiednio dobierzesz moc instalacji fotowoltaicznej, zyskasz całoroczną niezależności energetyczną i obniżysz rachunki za prąd oraz ogrzewanie niemal do zera.

Od razu wyjaśnimy: są oczywiście metody przechowywania energii. Można ją magazynować w bankach energii wykorzystujących nowoczesne akumulatory litowo-jonowe o dużej pojemności. Innym sposobem jest magazynowanie energii w formie ciepła, np. dużych zasobnikach wodnych. Wielu inwestorów decyduje się na samochód elektryczny, który jest wówczas ładowany przez panele PV i jazda nim staje się w zasadzie darmowa. Mimo to wciąż najkorzystniejszą i najpopularniejszą formą wykorzystywania nadprodukcji prądu jest „magazynowanie” jej w systemie opustu, czyli po prostu w sieci. 

Jak dobrać moc instalacji fotowoltaicznej?

Energooszczędny dom ogrzewany pompą ciepła może być niemal w 100% obsługiwany przez instalację fotowoltaiczną. Kluczem do ekonomicznej niezależności jest jednak dobranie odpowiedniej mocy instalacji PV. W pierwszej kolejności należy określić zużycie prądu w gospodarstwie domowym. Jest to jednak bardzo proste – wystarczy przeanalizować rachunki za poprzedni rok. Taki przedział czasowy jest wiarygodny, bowiem pozwala uśrednić wartość dla pojedynczego miesiąca – latem i zimą zużycie prądu jest inne. Na tej podstawie dobierana jest moc mikroinstalacji fotowoltaicznej. Do zaspokojenia potrzeb czteroosobowej rodziny wystarczą zazwyczaj panele o łącznej mocy ok. 3-5 kWp.

Łącząc fotowoltaikę z pompą ciepła trzeba jednak uwzględnić zapotrzebowanie cieplne budynku. Wyliczenia mocy instalacji muszą objąć nadwyżkę energii służącą zimą do zasilenia pompy. Zapotrzebowanie energetyczne budynku uzależnione jest od wielu czynników, np. rodzaju termoizolacji, jakości stolarki okiennej, rodzaju wentylacji czy kubatury. Nowoczesne budynki energooszczędne zużywają jedynie 50-70 kWh/(m2·rok), natomiast w starych, nieocieplonych domach, straty energii cieplnej mogą wynieść nawet kWh/(m2·rok). Standardowo ocieplony dom potrzebuje ok. 90 kWh/(m2·rok).

Jak sprawdzić zapotrzebowanie energetyczne domu? Możesz znaleźć je w dokumentacji technicznej lub wykonać audyt energetyczny potwierdzony świadectwem energetycznym budynku (potrzebnym np. przy odsprzedaży domu). Aby obliczyć roczne zużycie energii cieplnej musisz więc pomnożyć określoną wartość, np. 50 kWh/(m2·rok) przez powierzchnię domu, np. 130 m2. 50 x 130 daje roczne zużycie na poziomie 6500 kWh. Biorąc pod uwagę, że instalacja fotowoltaiczna pozwala uzyskać w ciągu roku ok. 1000 kWh z 1 kWp mocy, do ogrzania domu wystarczyłaby instalacja 7 kWp.

Jest jednak pewien szczegół – dotyczy to klasycznego ogrzewania elektrycznego. Jak wspomnieliśmy, pompa ciepła zużywa jedynie 20-30% tego, ile wymagają zwykłe grzejniki elektryczne. Energię do zasilenia pompy o wskaźniku COP 4 dostarczy więc w tym przypadku cztery razy mniejsza liczba paneli fotowoltaicznych, o łącznej mocy ok. 2 kWp. 

Pompa ciepła – split czy monoblok?

Wyróżnia się dwa rodzaje pomp ciepła – monoblok i split. W pierwszym przypadku cały układ chłodniczy ze wszystkimi elementami znajduje się w jednym urządzeniu montowanym poza domem. Konstrukcja jest zaizolowana termiczne oraz akustycznie, więc nie wymaga obsługi ani nie generuje hałasu. Do budynku doprowadzone są jedynie rury instalacji centralnego ogrzewania. Zaletą jednoczęściowych pomp ciepła monoblok jest niższa cena oraz mniejsza awaryjność względem pompy typu split. Do minusów można zaliczyć większe gabaryty urządzenia oraz ryzyko zamarznięcia rur cieplnych w przypadku awarii pompy.

W popularnych pompach ciepła typu split układ grzewczy jest podzielony. Większość podzespołów w dalszym ciągu znajduje się na zewnątrz, jednak skraplacz, czyli wymiennik ciepła, znajduje się w domu. Z tego względu konstrukcja zewnętrzna nie musi być izolowana termicznie ani akustycznie. Do budynku prowadzą rury z gazem chłodniczym, który nie ulega zamarzaniu. Oddanie ciepła do instalacji centralnego ogrzewania odbywa się wewnątrz domu. 

Pompy ciepła monoblok i split i mają obecnie podobną wydajność. Dawniej stała ona po stronie układów dzielonych. Który z systemów jest więc lepszy? Więcej argumentów przemawia na korzyść pomp monoblok. Przede wszystkim są wypełnione gazem chłodniczym fabrycznie, więc nie wymagają do montażu uprawnień F-gaz. Mogą być także umieszczone w dalszej odległości od ogrzewanego budynku. Dodatkowo zajmują mniej miejsca w pomieszczeniu gospodarczym.

Dofinansowanie do fotowoltaiki i pompy ciepła

Zarówno na instalację fotowoltaiczną jak i na pompę ciepłą można uzyskać dofinansowanie. Ogólnopolskie i samorządowe programy obniżają koszt inwestycji nawet o kilkadziesiąt złotych. Programem ukierunkowanym na budowę mikroinstalacji PV jest Mój Prąd realizowany przez Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej. Umożliwia uzyskanie dofinansowania na instalację o mocy od 2 do 10 kW, podłączonej do sieci OSD. Nabór wniosków rozpocznie się 1 lipca 2021 roku i obejmie wydatki koszty kwalifikowane  poniesione po 1 lutego 2021. Kwota maksymalnego dofinansowania Mój Prąd 3.0 w 2021 roku jeszcze nie jest znana, jednak można domniemywać, że będzie taka sama jak w poprzedniej edycji – do 5 tys. zł.

Sprawdź finansowanie instalacji fotowoltaicznej z OZE Biomar

Jeszcze większe możliwości daje program Czyste Powietrze. Połączenie pompy ciepła i fotowoltaiki jest w nim premiowane najmocniej. Kwota dofinansowania uzależniona jest od rocznych dochodów i może wynieść nawet 32 tys. zł. Program skupia się na wyeliminowaniu nieefektywnych kotłów na paliwa stałe i obejmuje zasięgiem cały kraj. Może być łączony z innymi dotacjami, np. Mój Prąd lub lokalnymi programami samorządowymi finansującymi wymianę kotłów czy termomodernizację budynków. Dodatkowym ułatwieniem jest możliwość odliczenia inwestycji od podatku dochodowego. Szczegółowe warunki pozyskiwania środków na budowę instalacji fotowoltaicznej i zakup pompy ciepła poznasz podczas rozmowy z doradcą. 

Zapytaj o koszty instalacji fotowoltaicznej i pompy ciepła w OZE Biomar