Fotowoltaika w domu: od podgrzewania wody do ładowania samochodów elektrycznych
To już nie marzenia ani odległa wizja, ale rzeczywistość – domy zeroenergetyczne stają się standardem zarówno w świecie jak i w Polsce. Wymaga tego nie tylko troska o środowisko i potrzeba ratowania klimatu przed zagrażającym naszej egzystencji ociepleniem, ale i zwykły interes ekonomiczny. A wszystko wspiera prawo. Wszystkie domy, których proces budowy rozpoczyna się obecnie muszą spełniać standard energetyczny WT2021, który mocno preferuje energię pierwotną – czyli w praktyce odnawialną.
Trudno przewidzieć, co przyniesie dalsza przyszłość, ale obecnie podstawą do budowy domu bez rachunków – jak się popularnie określa budownictwo zeroeenergetyczne – jest fotowoltaika. Zgodnie z prognozami w 2030 roku na ponad milionie polskich domów mają być już obecne panele słoneczne, ale sądząc z tempa, w jakim inwestujemy w fotowoltaikę przede wszystkim w ramach przedsięwzięć termomodernizacyjnych, stanie się to być może już za trzy lata.
Optymalnie wykorzystać prąd z paneli
Instalacja fotowoltaiczna jednak to nie tylko źródło energii elektrycznej zastępującej prąd dostarczany poprzez sieci przesyłowe z konwencjonalnych elektrowni. A przynajmniej nie musi swoich funkcji ograniczać tylko do tego. Uzupełniona odpowiednio o różne inne technologie i urządzenia może wesprzeć a nawet zastąpić wszelkie inne media: od podgrzewania wody użytkowej po ładowanie akumulatorów samochodów elektrycznych, które wkrótce zastąpią w domowych garażach tradycyjne samochody napędzane benzyną, olejem napędowym czy gazem.
Dowiedz się:
Dlaczego dzięki jednoczesnemu wykorzystaniu pompy ciepła i fotowoltaiki, powierzchni dachu wystarczy by panele słoneczne w pełni zaspokoiły potrzeby energetyczne budynku i domowników – łącznie z ładowaniem samochodów elektrycznych
Dotyczy to zarówno domów, w tym budownictwa wielorodzinnego, wznoszonych obecnie jak już zbudowanych a poddawanych termomodernizacji. W obu przypadkach, choć w tym drugim z oczywistych względów trudniej, na drodze do tego by instalacja fotowoltaiczna umożliwiała zaspokojenie wszystkich potrzeb energetycznych nieruchomości i jej użytkowników do rozwiązania są dwa kluczowe problemy: dostateczna ilość miejsca na panele oraz możliwość magazynowania nadwyżek energii w okresie największego nasłonecznienia, by móc z nich korzystać w czasie, gdy słońce nie pozwala produkować na bieżąco dostatecznej ilości energii. W pierwszym przypadku potrzeba odpowiednio dużo miejsca, w drugim – i miejsca, i odpowiednich urządzeń. A jeden i drugi problem pozwalają rozwiązać technologie, zarówno już dostępne, jak i dopiero w toku tworzenia w pracowniach naukowców.
Zaczęło się od podgrzewania wody
Nim doszliśmy do domu bez rachunków, a nawet smart home, który poza samowystarczalnością energetyczną wyposażony jest w technologie ułatwiające obsługiwanie wszelkich funkcji, wszystko zaczęło się od kolektorów do podgrzewania wody.
Pod koniec minionej dekady ze zdwojoną mocą dał o sobie znać problem zanieczyszczeń powietrza i do powszechnej świadomości dotarł fakt, że nie wystarczy tylko produkować energię z czystych ekologicznie źródeł – trzeba też zlikwidować szkodliwe emisje. Głównym zaś tego sposobem jest zmiana sposobu produkcji energii cieplnej, zwłaszcza w gospodarstwach domowych, w których wykorzystywana jest ona do ogrzewania domów oraz dostarczania mieszkańcom ciepłej wody.
Przeczytaj:
Plastik w oceanach zabija wieloryby, a przez co giną koralowce? Dlaczego choć żyją tylko w ciepłych wodach, to ocieplenie klimatu jest dla nich zabójcze?
https://zielona-eskadra.pl/dlaczego-przez-ocieplenie-klimatu-umieraja-koralowce-jak-je-ratowac/
Najpierw coraz powszechniej w prywatnych domach, ale przede wszystkim w inwestycjach realizowanych grupowo (wspólnota, spółdzielnia, TBS itp.) zaczęły pojawiać się kolektory słoneczne. Pozwalają one wykorzystać energię słońca do podgrzewania wody. Podobną rolę mogą odegrać instalacje fotowoltaiczne, ale o ile kolektory służą wprost do podgrzewania wody, o tyle panele słoneczne najpierw wytwarzają energię elektryczną, którą można spożytkować m.in. do ogrzewania. Jednak z istoty swojej są bardziej uniwersalne, bo wytwarzany w ten sposób prąd elektryczny spożytkować można na wiele sposobów.
Choć więc w budynkach wielorodzinnych wciąż montowane są kolektory słoneczne, to jednak właściwym – bardziej korzystnym dla środowiska, ale i dla portfeli – kierunkiem jest instalowanie paneli fotowoltaicznych. Polscy konsumenci już do dostrzegają, a uświadamianie sensowności tego trendu ułatwia też fakt, iż w ramach programów dotacyjnych: Czyste Powietrze czy Mój Prąd zyskuje się dofinansowanie m.in. na montaż paneli słonecznych, ale nie są nim objęte kolektory, choć też pozyskują one energię ze słońca a więc zieloną (odnawialną).
Po wprowadzeniu dofinansowania termomodernizacji polegającej na stosowaniu paneli fotowoltaicznych instalacji fotowoltaicznych przybywa na polskich dachach w tempie porównywalnym do montażu anten satelitarnych na przełomie wieków, kiedy to upowszechniała się telewizja satelitarna.
By nie zabrakło dachu na panele
Teraz czas zrobić kolejny krok. Obecnie większość przedsięwzięć termomodernizacyjnych, których częścią jest instalacja PV wciąż ma na celu jedynie zmniejszenie rachunków za energię elektryczną. Jeśli własny prąd jest dodatkowo wykorzystywany do ogrzewania domu, to podobnie jak przy ogrzewaniu wody – do tej pory najczęściej wykorzystywany był za pośrednictwem kotłów lub pieców elektrycznych. Wymaga to stosowania wielu paneli, na dodatek nie zawsze powierzchnie nadające się do ich montażu nadają się do wykorzystania w celu osiągnięcia potrzebnej ilości prądu ze słońca. Wszystkie takie bariery przestały funkcjonować, gdy do gry weszły pompy ciepła, bo to one są rozwiązaniem problemu. Zastępują wszelkie kotły i piece elektryczne a ponieważ nie potrzebują zbyt wiele prądu, maleje też ilość paneli niezbędnych do pełnego zbilansowania potrzeb energetycznych nieruchomości.
– Jako studium przypadku użyjmy budynku jednorodzinnego o powierzchni 150 mkw., budowanego w standardzie NF 40 (zapotrzebowanie na ciepło 40 kWh/m2/rok), zamieszkiwanego przez czteroosobową rodzinę. Średnie dobowe zużycie c.w.u. to 50l/os. Roczne zapotrzebowanie na energię cieplną potrzebną do zapewnienia komfortu cieplnego w tym budynku to 6 000 kWh/rok, zaś roczne zapotrzebowanie na energię cieplną potrzebną, aby codziennie podgrzać 200 litrów c.w.u. to 3 387 kWh/rok – proponuje Magda Turecka, Manager ds. marki NIBE i wylicza:
– Aby pokryć zapotrzebowanie na energię elektryczną pompy ciepła pracującej na cele c.o. oraz c.w.u., potrzebujemy instalacji fotowoltaicznej o mocy ok. 2,88 kW, czyli 9 paneli o mocy 320 Wp. Przyjmując średnią cenę za wykonanie kompleksowej instalacji fotowoltaicznej na poziomie 4 500 zł za 1 kW mocy instalacji, koszt wykonania instalacji wyniesie około 12 960 zł.
W takim samym budynku z innym elektrycznym urządzeniem grzewczym, do pokrycia zapotrzebowania na energię potrzebowalibyśmy instalacji fotowoltaicznej o mocy 11,2 kW, czyli aż 35 paneli. W związku z tym, koszt wykonania takiej instalacji wyniósłby ponad 50 000 zł.
Zarówno w przypadku ogrzewania jak i przygotowywania ciepłej wody użytkowej na dachu budynku jednorodzinnego najczęściej po prostu nie ma tyle miejsca, by zamontować tak dużą instalację fotowoltaiczną potrafiącą zasilać maty grzewcze czy kocioł elektryczny. Wymagana moc systemu fotowoltaicznego przekroczyłaby w takiej konfiguracji moc 10 kWp i byłaby mniej opłacalna z punktu widzenia bilansowania energii.
Możliwości i ograniczenia prosumenta
Dodatkowo trzeba jeszcze wziąć pod uwagę różne uwarunkowania prawne. By korzystać z wszelkich praw i dotacji przy budowie i korzystaniu z instalacji fotowoltaicznej na własny użytek trzeba ją podłączyć do sieci; zostaje się wówczas tzw. prosumentem. Zgodnie z aktualnie obowiązującym prawem prosumenci produkują OZE w mikroinstalacjach, czyli instalacjach wytwarzających maksymalnie 50 kW mocy.
Dowiedz się:
Dlaczego dzięki jednoczesnemu wykorzystaniu pompy ciepła i fotowoltaiki, powierzchni dachu wystarczy by panele słoneczne w pełni zaspokoiły potrzeby energetyczne budynku i domowników – łącznie z ładowaniem samochodów elektrycznych
– Ilość energii, którą właściciel mikroinstalacji może odebrać z sieci zależy od jej mocy. Instalacje do 10 kW pozwalają na odebranie 80% energii oddanej do sieci, zaś instalacje powyżej 10 kW umożliwiają odbiór 70% energii oddanej do sieci. Najkorzystniej jest więc jak najwięcej energii konsumować w czasie rzeczywistym. Wtedy możliwe jest wykorzystanie 100% wyprodukowanej energii. Należy zaznaczyć, że po roku niewykorzystany w ramach opustu nadmiar energii elektrycznej staje się przychodem zakładu energetycznego, z tego względu moc instalacji PV powinna być optymalnie dobrana do przewidywanego zużycia energii – wyjaśnia Magda Turecka.
W związku z tym zastosowanie pompy ciepła, która może ogrzewać, chłodzić, grzać c.w.u., jest w tym momencie najbardziej optymalnym rozwiązaniem, zarówno w nowych budynkach jak i istniejących. Pompa ciepła to niezwykle wielofunkcyjne i praktycznie bezobsługowe urządzenie. Zapewnia ogrzewanie w sezonie grzewczym, chłodzenie w okresie letnim, a ciepłą wodę użytkową przez cały rok.
– Instalacja fotowoltaiczna przynosi najwięcej korzyści, kiedy zapotrzebowanie budynku na energię elektryczną jest duże. Oznacza to, że „prąd słoneczny” wykorzystywany jest nie tylko na potrzeby urządzeń elektrycznych w domu, ale także do ogrzewania budynku zimą, chłodzenia latem oraz produkcji ciepłej wody użytkowej przez cały rok. Zastosowanie systemu grzewczego na bazie pompy ciepła zasilanej energią elektryczną pozwala na efektywne wykorzystanie energii na własne potrzeby. Produkowana energia elektryczna bilansuje się z energią zużywaną, a rachunki za prąd sprowadzają się do niewielkich opłat stałych – dodaje Magda Turecka.
Zamiast klimatyzacji i wentylacji
Pompa ciepła doskonale sprawdza się do chłodzenia domu. Proces chłodzenia pompą ciepła może być realizowany w trybie pasywnym lub aktywnym. Jak sugeruje sama nazwa, „pasywne chłodzenie” zapewnia chłodzenie budynku bez użycia sprężarki, przy wykorzystaniu procesu wymiany ciepła.
– Latem temperatura wód gruntowych i gruntu jest znacznie niższa niż temperatura otoczenia. Na głębokości około 15 metrów temperatura utrzymuje się na poziomie 10÷12 o C. Pompa obiegowa dolnego źródła transportuje chłodną solankę do wymiennika ciepła. Odwrócony obieg wody grzewczej natomiast dostarcza do wymiennika wodę ogrzaną do temperatury panującej w pomieszczeniach. Ciepło przekazywane jest do solanki, a schłodzona woda grzewcza daje możliwość dalszego odbierania ciepła z pomieszczeń. Przykładem może być kompaktowa pompa ciepła NIBE S1255 PC z wbudowaną funkcją chłodzenia pasywnego, ale także zastosowanie modułu pasywnego chłodzenia np. NIBE PCM jako wyposażenia dodatkowego.
Poza ogrzewaniem i chłodzeniem domu ważna jest też sprawna wymiana powietrza. Co zapewnia np. oddzielnie montowana klasyczna klimatyzacja. Jednak lepszym także z ekonomicznego punktu widzenia rozwiązaniem jest system grzewczy z pompą ciepła uzupełniony o rekuperator, który dostarczy optymalną ilość świeżego powietrza do budynku i usunie z niego powietrze zanieczyszczone.
Rekuperatory NIBE ERS sterowane są z poziomu sterownika pompy ciepła, dzięki czemu pracę całego systemu (pompy ciepła i rekuperatora) można zdalnie monitorować przez Internet za pomocą aplikacji NIBE Uplink lub witryny nibeuplink.com
A w garażu samochód elektryczny
„Wyobraź sobie, że samochód elektryczny można ładować ze zwykłego gniazdka, a w budynku, w którym mieszkasz, masz własne panele fotowoltaiczne, które dostarczają prąd do ładowania samochodu elektrycznego. Czy rozważałbyś zakup samochodu elektrycznego, mając własne panele fotowoltaiczne dające prąd do ładowania takiego samochodu?” 45 proc. ankietowanych przeprowadzonego niedawno badania już badania InsightOut Lab odpowiedziało na takie pytanie pozytywnie.
Przeczytaj:
Rozmowę z dr inż. Małgorzatą Smuczyńską z NIBE_BIAWAR, a przekonasz się, że dla pomp ciepła zarezerwowano główną rolę w walce budownictwa we śladem węglowym
Można więc powiedzieć, że duży popyt na fotowoltaikę zwiększa zainteresowanie samochodami elektrycznymi – i odwrotnie.
Nie dziwi więc, że twórcy programu Mój Prąd planują rozszerzenie go niebawem o dodatkowe rozwiązania, które pomogą prosumentom w lepszym wykorzystywaniu wytworzonego prądu. Dofinansowanie może więc objąć nie tylko zakup i montaż samych paneli fotowoltaicznych, ale i takich przedsięwzięć jak punkty ładowania dla samochodów elektrycznych, inteligentne systemy zarządzające energią w domu oraz magazyny ciepła lub chłodu.
Jest to więc zdecydowanie krok w stronę lepszego czyli bardziej uniwersalnego a zarazem wydajnego wykorzystywania energii słonecznej. Jeśli do tego dodamy środki, które można równolegle uzyskać w ramach programu „Czyste Powietrze” lub Szwedzkiej Dotacji do pomp ciepła, ideę domu bez rachunków uda nam się wcielić w życie łatwiej i szybciej niż kiedykolwiek wcześniej!
Patrząc na ogromny wzrost zainteresowania Polaków fotowoltaiką aż się marzy, by polskie domy stawały się smart, a wykorzystanie energii ze słońca było optymalne – produkowany prąd służył także do dostarczania ciepła (w klasycznym smart home za pośrednictwem pompy ciepła) a zaoszczędzona w ten sposób powierzchnia dla paneli fotowoltaicznych posłużyła do produkcji prądu potrzebnego do ładowania samochodu lub samochodów elektrycznych domowników!
Zbigniew Biskupski