Panele fotowoltaiczne i pompa ciepła: dobrana kompania
Prąd wytwarzany przez ogniwa fotowoltaiczne możemy wykorzystać nie tylko do oświetlenia, urządzeń RTV czy AGD. Coraz częściej ogniwa współpracują w jednym systemie z pompą ciepła. Wtedy prąd dostarczany przez panele "zasila" pompę ciepła, a my oszczędzamy na kosztach ogrzewania, chłodzenia, a także wentylacji.
Do systemów instalacyjnych, w które zamierzamy wyposażyć nasz dom możemy, podejść na kilka sposobów. Jedną z opcji jest montaż najtańszych urządzeń. Jednak, by koszty ogrzewania również były niskie, trzeba na przykład poświecić dużo czasu na obsługę kotła na paliwa stałe. Innym sposobem jest potraktowanie domu jako inwestycji na przyszłość, zarówno tę bliską, jak i tę dalszą, kiedy nie będziemy mieli już dużo siły, bo będziemy coraz starsi. Możemy wtedy stworzyć własne "centrum energetyczne" poprzez stosując instalacje wykorzystujące darmową energię odnawialną czerpaną ze środowiska naturalnego, a więc z ziemi, wody czy powietrza oraz z promieni słonecznych.
Stosunkowo nowym systemem na naszym rynku jest połączenie paneli fotowoltaicznych i pompy ciepła. Przyjrzymy się, jak wykonać taką instalację, ile trzeba za nią zapłacić i jakie korzyści dzięki niej osiągniemy.
Budowa instalacji fotowoltaicznej
W instalacji fotowoltaicznej (w skrócie określanej PV) energia promieniowania słonecznego zostaje przekształcona w energię elektryczną, czyli w prąd. Wykorzystuje się w niej nie tylko bezpośrednie promieniowanie słoneczne, ale też rozproszone, które dociera do ziemi w pochmurne dni. Poza tym, w odróżnieniu od tradycyjnych kolektorów słonecznych, ta instalacja rozpoczyna swoją pracę we wczesnych godzinach porannych, czyli np. w lecie "startuje" o 7:00, a kończy wieczorem, około godziny 20:00.
Najważniejsze elementy instalacji fotowoltaicznej to:
MODUŁY FOTOWOLTAICZNE (inaczej panele fotowoltaiczne, moduły solarne lub PV) - składają się one z małych, połączonych ze sobą ogniw wykonanych z krzemu, czyli materiału półprzewodnikowego. Kilka połączonych szeregowo modułów tworzy łańcuch (lub inaczej string). Liczba łańcuchów zależy od wielkości instalacji i możliwości ich montażu na przykład na dachu lub konstrukcji wsporczej w ogrodzie (mogą spełniać funkcję zadaszenia wiaty garażowej, tarasu itp.)
INWERTER (nazywany też falownikiem) - podłącza się do niego wszystkie moduły fotowoltaiczne, a jego zadaniem jest zamiana dostarczanego przez nie prądu stałego na przemienny, gdyż taki pobierają urządzenia elektryczne znajdujące się w naszych domach. Dostępne są dwa rodzaje inwerterów:
sieciowy - stosowany, gdy planujemy niezużytą część energii elektrycznej odsprzedawać do sieci energetycznej. Instalacja z takim inwerterem nazywana jest przez fachowców on-grid. W takim systemie zakład energetyczny zakłada nam licznik dwukierunkowy, który mierzy zarówno ilość prądu pobieranego z sieci, jak i dostarczonego do niej (za tę część dostaniemy zapłatę).
Takie rozwiązanie nie jest jednak polecane, jeśli w okolicy, w której stoi nasz dom, występują częste przerwy w dostawie prądu trwające kilka godzin. Inwerter sieciowy wyposażony jest bowiem w zabezpieczenia, które w razie zaniku prądu w sieci uniemożliwią nam pobór go z instalacji PV (mimo że jest on przez nią produkowany). Ma to na celu zabezpieczenie osób pracujących przy naprawie sieci - nasz prąd mógłby doprowadzić do ich porażenia;
wyspowy - wybierany jest, gdy zamierzamy nadwyżki prądu wytworzonego przez panele fotowoltaiczne magazynować w akumulatorach. Ten rodzaj instalacji PV określa się jako off-grid i nie jest ona podłączona do sieci enegetycznej, więc nie mamy możliwości odsprzedaży prądu. Zazwyczaj system ten wybierany jest przez właścicieli domków letniskowych, gdyż zapewnia całkowite uniezależnienie się od dostawców energii elektrycznej.
Uwaga! W najbardziej rozbudowanej i najdroższej, ale jednocześnie optymalnej wersji instalacji PV, oprócz inwertera sieciowego, montuje się dodatkowo regulator ładowania i kilka akumulatorów. W takim rozwiązaniu prąd służy do bezpośredniego zasilania oświetlenia i urządzeń elektrycznych, a jego nadwyżki magazynuje się w akumulatorach. Dopiero po ich całkowitym naładowaniu prąd sprzedawany jest do sieci.
Jakie są rodzaje modułów
I generacji - wytwarza się je z mono- lub polikrystalicznego krzemu. Ze względu na ich wysoką sprawność przetwarzania energii słonecznej w elektryczną, dużą trwałość i stosunkowo niską cenę są stosowane najczęściej;
II generacji - nazywane są cienkowarstwowymi, bo grubość ogniw wynosi tylko 1-3 mikrometry. Wykonuje się je nie z krzemu, ale z tlenku kadmu lub mieszaniny indu, galu i selenu bądź miedzi, indu oraz selenu. Ich produkcja jest tańsza niż modułów I generacji, ale wytwarzają mniej prądu ze słońca, przez co trzeba zastosować ich znacznie więcej;
III generacji - powstają z ogniw fotochemicznych (naśladują proces fotosyntezy) lub organicznych. Ich zaletą jest prosta i tania produkcja, wadą zaś niska sprawność i krótka żywotność, rzadko więc się je stosuje.
Ile prądu uzyskamy ze słońca
Największe natężenie promieniowania słonecznego występuje w okresie letnim i może osiągać wartość nawet 1000 W/m2 powierzchni. W zimie będzie znacznie mniejsze, bo maksymalnie 500 W/m2 w słoneczny dzień, a w pochmurny już tylko do około 150 W/m2. Z tego względu instalacja fotowoltaiczna produkuje najwięcej prądu (nawet do 70%) od kwietnia do września.
Niestety, nie pokrywa się to z największym zapotrzebowaniem na energię elektryczną w naszym domu, zwłaszcza jeśli ogrzewany będzie on pompą ciepła. Co więcej, również w ciągu dnia ilość prądu produkowanego przez panele PV może nie odpowiadać naszemu zapotrzebowaniu na niego. Widać to na wykresie obok, gdzie pomarańczowe pole pokazuje ilość prądu produkowanego w danej chwili przez instalację PV, granatowe pole - ilość prądu słonecznego wykorzystanego do zasilania domowych odbiorników energii elektrycznej, a niebieskie zaś - całkowite zużycie prądu w gospodarstwie domowym w danej chwili (na oświetlenie, zasilanie urządzeń AGD i RTV).
Uwaga! W okresie zimowym pompa ciepła również może korzystać z prądu słonecznego. Nie potrzebuje go bowiem zbyt wiele, na przykład model gruntowy o mocy grzewczej 10 kW pobiera tylko 2 kW prądu.
Jak dobrać moc instalacji PV w naszym domu?
Fachowcy określają moc instalacji fotowoltaicznej, biorąc pod uwagę kilka czynników:
- ilość prądu zużywanego w domu w ciągu roku (najprościej określimy na podstawie rachunków otrzymywanych z zakładu energetycznego; zwykle w 4-osobowej rodzinie waha się od
3000 do 5000 kW rocznie);
- dostępną powierzchnię wymaganą do zamontowania paneli PV;
- koszt inwestycji;
- warunki techniczne określające możliwość podłączenia do sieci.
Ważne jest również ustawienie modułów w stosunku do kierunku promieniowania słonecznego. Najlepiej, jeśli są one nachylone pod kątem 30-40° do poziomu i zwrócone w kierunku południowym. Trzeba również sprawdzić, czy antena, komin, wysokie drzewa itp. nie będą zacieniały paneli. Dotyczy to zarówno okresu letniego, gdy słońce jest wysoko, jak i miesięcy zimowych, gdy słońce jest nisko nad horyzontem. W takiej sytuacji bowiem spadnie efektywność pracy całej instalacji, a niekiedy może nawet spowodować to jej uszkodzenie.
Moduły możemy zainstalować nie tylko na dachu, ale też w ogrodzie na konstrukcji wsporczej. Co ciekawe, uzysk energii z promieniowania słonecznego będzie wtedy większy o około 2-5%. Wynika to z lepszej wentylacji i skuteczniejszego chłodzenia modułów przez otaczające je powietrze, niż gdy umieszczone są na dachu (ich chłodzenie jest wówczas bardziej utrudnione).
Moc instalacji fotowoltaicznej podaje się w kWp - gdzie litera "p" - oznacza peak, czyli moc szczytową osiąganą w pewnych szczególnych warunkach, w tzw. STC (z ang. Standard Test Conditions), czyli przy natężeniu promieniowania słonecznego wynoszącym 1000 W/m2 i temperaturze ogniw 25°C. Przyjmuje się przy tym, że jest ona w stanie wyprodukować od 950
do 1000 kWh energii elektrycznej z każdego zainstalowanego kilowata mocy.
Aby określić orientacyjnie, jaką moc ma mieć nasza instalacja fotowoltaiczna, zakładamy, że:
- dom zamieszkały jest przez 4-osobową rodzinę, która rocznie zużywa 4000 kWh energii elektrycznej;
- współczynnik korygujący optymalny zakres mocy instalacji fotowoltaicznej wynosi od 0,9 do 1,2;
- produkcja energii elektrycznej przez instalację PV to 980 kWh/kWp mocy zainstalowanej.
Wymagana moc instalacji = współczynnik x zużycie prądu/ jednostkowy uzysk energii z instalacji PV. Zatem optymalna moc wynosi między 3,7 a 4,9 kWp (0,9 x 4000 / 980 = 3,7 kWp; 1,2 x 4000 / 980 = 4,9 kWp). Na tej podstawie przyjęliśmy, że nasza instalacja będzie miała moc 4 kWp. Jeśli wybierzemy moduły o mocy 250 Wp, to będziemy potrzebować 16 paneli, które zajmą około 33 m2 powierzchni.
Koszty instalacji PV
Koszt wykonania kompletnej instalacji fotowoltaicznej zależy od jej mocy (kWp), wyposażenia oraz rodzaju zastosowanych paneli. Co ciekawe, sprawdza się tutaj zasada, że im większa moc, tym niższy koszt inwestycji.
Koszty wykonania. Można je określić w uproszczony sposób, biorąc pod uwagę przeliczenie na kWp mocy zainstalowanej. Wtedy koszt instalacji PV o mocy: od 1 do 3 kWp wyniesie około 6000-8000 zł/kWp, a od 3 do 10 kWp - 5000-6000 zł/kWp. Zatem za instalację o mocy 2 kWp zapłacimy około 14 000 zł brutto (2 kWp x 8000 zł = 16 000 zł).
Koszty eksploatacyjne. Związane są one przede wszystkim z koniecznością czyszczenia modułów. Powinno sie to robić przynajmniej raz w roku, ponieważ gdy są zakurzone, ich wydajność spada. Prace te należy powierzyć wyspecjalizowanej firmie.
Warto też ubezpieczyć instalację. Zakres ubezpieczenia najczęściej obejmuje uszkodzenia pochodzące z zewnątrz, spowodowane na przykład przez: uderzenie pioruna, silny wiatr, grad, pożar, powódź, a także kradzież i dewastację. Ponadto ubezpieczeniem można również objąć szkody związane z awariami poszczególnych mechanizmów instalacji fotowoltaicznej. Dotyczy to zwłaszcza inwertera bądź niezadziałania urządzeń zabezpieczających, a także wystąpienia zwarcia lub przepięcia w instalacji, a nawet błędów związanych z zaprojektowaniem lub wykonaniem całego systemu.
Gdzie szukać dofinansowania
Inwestorzy zainteresowani odnawialnymi źródłami energii mogą liczyć na różnego rodzaju systemy wsparcia mikrolinstlacji. Jednym z najpopularniejszych programów jest Prosument Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej (NFOSiGW). W jego ramach można uzyskać dofinansowanie m.in. do instalacji fotowoltaicznej, pompy ciepła lub do obu tych rozwiązań jednocześnie. Dofinansowanie do zakupu i montażu instalacji obliczane jest od tzw. kwoty kwalifikowanej, która wynosi: np. dla powietrznej pompy ciepła do 3000 zł/kW, instalacji PV do 5 kWp: 7000 zł/kWp. W zależności od tej kwoty kwalifikowanej obliczana jest dotacja, która w 2016 roku wynosi: 40% dla instalacji fotowoltaicznej i 20% dla instalacji pompy ciepła. Dofinansowanie związane jest z koniecznością zaciągnięcia kredytu w banku, którego oprocentowanie jest stałe i wynosi 1% w skali roku, a maksymalny okres kredytowania to 15 lat. Jeśli zdecydujemy się na program Prosument, nie będziemy mogli skorzystać z taryf gwarantowanych. Będziemy mogli natomiast skorzystać z bilansowania energii wg zasad net-meteringu (patrz - strona następna).
Co to znaczy?
Net-metering (inaczej opomiarowanie netto) - jest to sposób rozliczania się przez prosumenta z dostawcą energii elektrycznej. W jego ramach ma on możliwość rozliczania się w okresach półrocznych z różnicy między energią pobraną z sieci (na potrzeby oświetlenia, zasilania urządzeń AGD i RTV, ogrzewania) a energią do niej wprowadzoną przez instalację fotowoltaiczną. Dzięki temu sieć energetyczna staje się swego rodzaju magazynem energii - nadmiar wyprodukowanej przez domową instalację PV energii elektrycznej w miesiącach letnich będziemy mogli wykorzystać zimą. Jednak dotyczy to tylko ceny samego prądu - bez opłaty przesyłowej.
Taryfy gwarantowane - jest to stała cena za prąd, który odprowadzany jest do sieci energetycznej przez właściciela mikroinstalacji. Zgodnie z ustawą o odnawialnych źródłach energii ceny odsprzedaży prądu z instalacji PV od 01.01.2016 roku miały wynosić 0,75 zł/kWh dla instalacji o mocy do 3 kWp, a dla większych instalacji do 10 kWp: 0,65 zł/kWh. Taryfy gwarantowane mają obowiązywać przez 15 lat.
Koszt instalacji PV z pompą ciepła
Aby maksymalnie wykorzystać prąd dostarczany przez instalację fotowoltaiczną, warto połączyć ją z innymi systemami, na przykład wentylacją mechaniczną z odzyskiem ciepła, czyli rekuperacją lub instalacją pompy ciepła. To ostatnie rozwiązanie ma coraz więcej zwolenników.
Jeśli w trakcie takiej współpracy panele fotowoltaiczne dostarczają więcej prądu niż wykorzystują w danym momencie domowe urządzenia elektryczne, automatycznie włącza się pompa ciepła. Zależnie od potrzeb ogrzewa ona dom lub wodę do mycia czy chłodzi pomieszczenia w budynku. Nadwyżki ciepła można magazynować w dodatkowo zamontowanym, dużym zbiorniku buforowym i później je wykorzystać.
Na naszym rynku niewielu jeszcze producentów oferuje gotowe zestawy fabryczne. Najczęściej firmy wykonawcze oferują panele PV jednej firmy, a pompę ciepła - innej. Niezależnie jednak od wybranej opcji system wymaga doboru i montażu przez specjalistów. Poza tym kupując urządzenie grzewcze z montażem, zapłacimy 8% podatku VAT. Poniżej zamieszczamy wyceny zestawów oferowanych przez producentów mających w swojej ofercie zarówno pompy ciepła, jak i panele PV. Zestaw przewidziany jest do nowego, dobrze ocieplonego domu zamieszkałego przez 4-osobową rodzinę. Dom ma powierzchnię 160 m2. Zapotrzebowanie ciepła na ogrzewanie wynosi 8 kW. Przewidywany pobór prądu 4000 kWh rocznie (oświetlenie, AGD, RTV).
Wycena firmy Immergas
1. Dobór urządzeń
Pompa ciepła - powietrzna AUDAX TOP 12 ERP, współczynnik COP 3,03 (zgodnie z normą EN 14511 temp. wody grzejnej 45°C, a powietrza zewnętrznego 7°C, moc znamionowa (temp. zasilania 55°C) 13,67 kW;
Instalacja fotowoltaiczna - gotowy zestaw on-grid IMMERPOWER składający się z 10 paneli fotowoltaicznych IPV250Wp o łącznej mocy 2,5 kWp, inwertera, złącza wtyczki, złącza gniazda
2. Orientacyjne ceny zakupu (katalogowe netto)
- 22 372 zł - powietrzna pompa ciepła
- 11 952 zł - zestaw fotowoltaiczny
3. Orientacyjne całkowite koszty materiałów i montażu
- około 45 000 zł (netto) - instalacja grzewcza z powietrzną pompą ciepła
- około 20 000 zł (netto) - instalacji PV
4. Produkcja energii przez system PV - 2722 kWh/rok
5. Zużycie energii na potrzeby własne - 1207 kWh
6. Energia oddana do sieci - 1515 kWh
Wycena firmy Stiebel Eltron
1. Dobór urządzeń
Pompa ciepła - powietrzna, inwerterowa WPL 15 ACS o mocy 3,10/7,09 kW, ze zbiornikiem c.w.u. 300 l i regulatorem,
Instalacja fotowoltaiczna - zestaw o mocy 8,06 kW, składa się z 31 ogniw TEGREON 260P, inwertera, elektrycznego przewodu solarnego dł. 100 m, złączek
2. Orientacyjna cena zakupu (katalogowe netto)
- 43 000 zł - zestaw powietrznej pompy ciepła
- 51 000 zł - zestaw fotowoltaiczny
3. Koszty całkowite materiałów i montażu
- 61 600 zł (netto) - kotłownia, ogrzewanie podłogowe
- 59 000 zł (netto) - system PV z uchwytami na dach skośny
4. Produkcja energii przez system PV - 8812 kWh/rok
5. Oszczędności w kosztach prądu po montażu systemu PV
- 3119 zł/rok*
*W rocznych oszczędnościach w kosztach prądu (oświetlenie, AGD i RTV oraz praca pompy ciepła) uwzględniono net-metering oraz cenę sprzedaży nadwyżki prądu do sieci 0,18 zł/kWh
Wycena firmy Viessmann
1. Dobór urządzeń
Pompa ciepła - powietrzna typu split Vitocal 222-S, nominalna moc grzewcza 5,6 kW (A2/W35), zakres modulacji mocy grzewczej 1,3-7,7 kW; urządzenie kompaktowe z zabudowanym zbiornikiem c.w.u. 170 l; wyposażona w regulator pogodowy, grzałkę o regulowanej mocy 3,6 i 9 kW, z możliwością współpracy z rekuperatorem, z funkcją chłodzenia;
Instalacja fotowoltaiczna - zestaw on-gird o mocy 4 kWp, składający się z 16 modułów Vitovolt 300 (255 kWp), inwertera, złączek i przewodów elektrycznych, zestawu montażowego do dachów pokrytych dachówką; zakładana produkcja energii elektrycznej: 955 kWh/kWp, ilość dostarczonego prądu w ciągu roku: 3820 kWh
2. Orientacyjne ceny zakupu (katalogowe netto)
- 25 080 zł - pompa ciepła
- 21 600 zł - zestaw fotowoltaiczny
3. Orientacyjne całkowite koszty materiałów i montażu
- około 34 000 zł* (brutto) - kompletna kotłownia z powietrzną pompą ciepła
- około 27 700 zł (brutto) - instalacjaPV
4. Produkcja energii przez system PV - 3820 kWh/rok
5. Pobór energii elektrycznej w domu (oświetlenie, ogrzewanie, AGD, RTV, pompa ciepła) - 8800 kWh/rok; koszt - 5280 zł/rok (brutto)
6. Koszt energii elektrycznej po zastosowaniu instalacji PV - 3600 zł brutto/rok (z uwzględnieniem systemu rozliczania net-metering
* W kosztach inwestycji nie uwzględniono dotacji
Dodatkowe założenia: dom wybudowano we Wrocławiu, obliczeniowa temp. zewnętrzna -18°C (II strefa klimatyczna), parametry instalacji grzewczej 35/28°C
Czy to się opłaca?
Do opłacalności inwestycji w pompę ciepła oraz instalacji fotowoltaicznej należy zawsze podchodzić indywidualnie. Jeśli rocznie pobieramy z sieci około 1500 kWh prądu, to łączne opłaty za jego zużycie nie są większe niż 900 zł. Wtedy instalacja PV nie będzie opłacalna. Podobnie będzie z pompą ciepła. Dla tych, którzy nie boją się obsługi kotła na paliwa stałe, nie jest ona atrakcyjnym rozwiązaniem ze względu na wyższe koszty zakupu.
Jeżeli zużywamy stosunkowo dużo prądu, a do tego chcemy mieć bezobsługowe ogrzewanie domu, również z funkcją jego chłodzenia w upalne dni, wówczas warto rozważyć współpracę pompy ciepła i paneli PV.
Sprawdźmy na przykładzie nowego, dobrze ocieplonego domu o powierzchni 140 m2, ile można zaoszczędzić prądu, a tym samym o ile obniżyć koszty ogrzewania w różnych wariantach instalacji. Zakładamy, że w domu mieszkają 4 osoby, które zużywają rocznie 5200 kWh prądu (oświetlenie, AGD, RTV). Oznacza to wydatek 3120 zł/rok (brutto). Energia cieplna potrzebna do ogrzewania domu i wody do mycia wynosi 11 200 kWh/rok.
Jeśli nasz przykładowy dom ogrzewany będzie kotłem gazowym, to roczne opłaty za paliwo wyniosą 3000 zł. Koszt zużycia prądu 3120 zł. Zatem łącznie opłaty wynoszą 6120 zł (brutto). Szukając oszczędności, zastępujemy kocioł na gaz pompą ciepła i dokładamy instalację fotowoltaiczną o mocy nominalnej 4 kWp lub 8 kWp. W pierwszej opcji w porównaniu z typowym układem grzewczym z kotłem na gaz zyskamy rocznie co najmniej 2760 zł, w drugiej - 4300 zł.
Skomentuj:
Panele fotowoltaiczne i pompa ciepła: dobrana kompania