Z uwagi na fakt, iż program wsparcia finansowego Prosument umożliwia uzyskanie dotacji do systemu pompy ciepła z instalacją fotowoltaiczną, coraz częściej spotykamy się z zapytaniami inwestorów oraz branżystów o możliwości techniczne wykonania takiego rozwiązania.

O ile sam fakt wykonania hybrydy – pompy ciepła z instalacją fotowoltaiczną – nie nastręcza w teorii większych problemów, o tyle współpraca, optymalizacja oraz efektywne wykorzystanie obu tych technologii wymagają znajomości zarówno fotowoltaiki, jak i pomp ciepła oraz opracowania odpowiedniego algorytmu współpracy. Algorytm ten powinien w każdych warunkach pracy maksymalizować wykorzystanie darmowej energii fotowoltaicznej przy jednoczesnej bezawaryjnej i automatycznej pracy pompy ciepła.

Ponieważ indywidualnie opracowane rozwiązania można mnożyć w nieskończoność, w dzisiejszym artykule postaram się przybliżyć dwa. Omówię połączenie instalacji fotowoltaicznej z grzewczą pompą ciepła (ogrzewanie budynku + ciepła woda użytkowa), co jest rozwiązaniem najbardziej popularnym, oraz wykorzystanie pompy ciepła do ciepłej wody użytkowej zasilanej energią słoneczną.

Radzikiewicz201-2

Rys. 2. Schemat podłączenia grzewczej pompy ciepła z instalacją fotowoltaiczną.

Ogrzewanie i c.w.u.

Instalacja fotowoltaiczna, aby mogła współpracować z pompą ciepła, musi składać się oczywiście z paneli fotowoltaicznych oraz falownika (inwertera), który „zamieni” prąd stały na zmienny, możliwy do wykorzystania w zasilaniu pompy ciepła. Aby układ pracował z możliwie najwyższą wydajnością, sprężarka pompy ciepłą powinna pracować, wykorzystując energię słoneczną, kiedy jest ona dostępna, a kiedy jej nie ma – pompa ciepła korzysta z zasilania sieciowego.

Alternatywnym rozwiązaniem jest wykorzystanie jedynie grzałek, lecz wtedy współczynnik sprawności takiej hybrydy wynosi 1, gdy przy wykorzystaniu sprężarki sprawność wykorzystania energii generowanej przez instalację fotowoltaiczną jest zdecydowanie wyższa, zbliżona do sprawności samej pompy ciepła. Dla przykładu pompa ciepła o mocy 10 kW i sprawności COP = 5 zużyje 2 kWh energii elektrycznej, pracując 1 godzinę, i wyprodukuje 10 kWh energii cieplnej, podczas gdy grzałka elektryczne o mocy 2 kW w ciągu godziny pracy zużyje 2 kWh energii elektrycznej i dostarczy do układu ogrzewania 2 kWh energii cieplnej.

Różnica jest więc ogromna i w naszym przypadku wynosi 8 kWh. Skoro więc klient posiada pompę ciepła, to zawsze lepiej jest ją w pełni wykorzystać niż iść na skróty i korzystać z grzałek elektrycznych.

Przy projektowaniu omawianej przez nas hybrydy należy rozważyć, jakiej mocy pompa ciepła zostanie zainstalowana w budynku. Interesuje nas moc elektryczna sprężarki (lub sprężarek). W zależności od tego parametru powinniśmy oszacować minimalną wielkość instalacji fotowoltaicznej, która przy optymalnych warunkach nasłonecznienia będzie w stanie zasilić samodzielnie pompę ciepła. Oczywiście optymalne warunki nasłonecznienia w naszym kraju występują w miesiącach letnich, a w nich z kolei zazwyczaj nie potrzebujemy ogrzewania (chyba że basenu lub ciepłej wody użytkowej).

Dlatego ważnym elementem jest komunikacja pomiędzy inwerterem a pompą ciepła. Powinien on być w stanie przekazać informacje do pompy ciepła w momencie, kiedy instalacja fotowoltaiczna osiągnie wymagany do zasilania pompy ciepła poziom mocy chwilowej. Jeżeli sprężarka w pompie ciepła zużywa w warunkach pracy systemu np. 2 kW, to inwerter w momencie osiągnięcia takiej mocy powinien „poinformować” pompę ciepła o tym fakcie. Wówczas pompa ciepła powinna zareagować i przełączyć się w tryb wykorzystania energii słonecznej. Na czym polega taka zmiana trybu?

Chodzi o maksymalne bieżące wykorzystanie energii słonecznej w bieżących potrzebach danego obiektu, a w sytuacji, kiedy odbiorniki są wygrzane – zmagazynowanie tej energii. Można to osiągnąć na przykład przez ogrzewanie ciepłej wody użytkowej do znacznie wyższych temperatur, niż standardowo są nastawione przy normalnej eksploatacji. Zasobniki ciepłej wody użytkowej w instalacjach pomp ciepła najczęściej mają znaczne pojemności, np. 300 lub 500 l, co daje znaczny magazyn przy wzroście nastawy temperatury o np. 10 K. Energię solarną, oczywiście pośrednio, możemy również gromadzić w instalacji centralnego ogrzewania, zwiększając nastawę temperatury, lub magazynować w zbiornikach buforowych.

Tylko ciepła woda

Przy zastosowaniu pompy do ciepłej wody użytkowej nie służy ona do ogrzewania budynku, do tego celu jest wykorzystywane podstawowe źródło ciepła, np. piec na paliwo stałe. Urządzenia te najczęściej są wyposażone w dodatkowy wymiennik ciepła (wężownice), poprzez który woda użytkowa jest ogrzewana przy skrajnie niskich temperaturach zewnętrznych.

Natomiast po zakończeniu sezonu grzewczego ciepła woda jest realizowana wyłącznie przez pompę ciepła i dzięki współpracy z instalacją fotowoltaiczną możliwe jest jej darmowe ogrzewanie. Praca takiego rozwiązania została opisana powyżej, niemniej jednak polega ona na dopasowaniu mocy instalacji PV do mocy elektrycznej sprężarki w pompie c.w.u., która zazwyczaj w tego typu urządzeniach jest stosunkowo niewielka i wynosi najczęściej pomiędzy 500 W a 1000 W.

Jeżeli wymagana moc jest dostępna, to inwerter wysyła informacje do pompy ciepła, która zmienia nastawę temperatury z wartości optymalnej na maksymalną i tak długo grzeje zasobnik, aż temperatura zostanie osiągnięta lub moc dostępna z instalacji PV zmaleje poniżej wymaganej wartości. Cały proces powinien się odbywać w sposób w pełni zautomatyzowany, gdyż użytkownik po prostu nie będzie w stanie w sposób ciągły nadzorować pracy takiego systemu. Należy również zabezpieczyć minimalny czas pracy sprężarki i jej postoju w taki sposób, by ochronić ją przed częstym załączaniem, w przypadku gdy warunki nasłonecznienia nie są stabilne.

Przemysław Radzikiewicz

Rys 1. Schemat połączenia pompy ciepła ciepłej wody użytkowej z instalacją fotowoltaiczną. (arch. Dimplex).

Prenumerata Magazynu Instalatora

Jedna myśl na temat “Pompa ciepła z własnym zasilaniem…

  • 9 maja 2016 o 00:17
    Permalink

    Ja polecam zdecydowanie pompy ciepła. Ostatnio firma Ecotechnik zamontowała mi pompę ciepła (powietrze-woda). Jest to tzw.powietrzna pompa ciepła, która jako źródło ciepła pobiera energię zawartą w powietrzu atmosferycznym i wykorzystuje ją do ogrzewania pomieszczeń oraz do podgrzewania wody użytkowej. Pompy ciepła typu powietrze/woda wyróżniają się stosunkowo wysokim współczynnikiem wydajności cieplnej COP>4 oraz charakteryzują się wyjątkowo cichą pracą. Mogą współpracować z wieloma odbiornikami ciepła tzn. grzejnikami, klima-konwektorami, czy ogrzewaniem podłogowym. W swojej ofercie mają jeszcze oni pompy nisko i wysoko temperaturowe i te drugie uzyskują temperaturę czynnika roboczego w granicach 65 C, bez zastosowania grzałek. A co oznacza wspomniany już wcześniej współczynnik COP =4? W przypadku tej pompy oznacza to, że ponad 70% dostarczanego przez pompę ciepła pochodzi z energii odnawialnej, a resztę stanowi koszt zużytej energii elektrycznej. Zastosowanie pomp ciepła pozwala więc na znaczną redukcję kosztów ogrzewania.

    Odpowiedz

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij