Fotowoltaika z pompą ciepła - dobór mocy, autokonsumpcja, zysk

Fotowoltaika z pompą ciepła - na czym polega połączenie

Pompa ciepła zamienia prąd na ciepło z wydajnością kilkukrotnie większą niż grzałka, a fotowoltaika ten prąd produkuje. Na papierze to idealna para: panele zasilają pompę, a rachunki za ogrzewanie znikają. W praktyce o wyniku decyduje to, ile energii z dachu pompa zużyje w momencie produkcji, a ile trzeba będzie przesunąć w czasie, czy to w sieci, czy w baterii, o której piszemy w kompendium magazyn energii do fotowoltaiki.

Problem jest jeden i zasadniczy: pompa ciepła zużywa najwięcej prądu od listopada do lutego, a fotowoltaika produkuje najwięcej od kwietnia do sierpnia. W net-billingu ta rozbieżność ma swoją cenę, bo energia oddana latem do sieci jest wyceniana po cenach rynkowych, a kupowana zimą po cenach detalicznych.

Poniżej pokazujemy, jak policzyć zużycie pompy, jak dobrać do niego moc paneli, jaką autokonsumpcję realnie da się osiągnąć i co zrobić, żeby pompa pracowała na energii z dachu jak najczęściej. Działanie samej pompy, jej rodzaje i dobór opisuje kompendium pompa ciepła.

Krok 1: ile prądu zużyje pompa ciepła

Zużycie energii elektrycznej pompy to roczne zapotrzebowanie domu na ciepło podzielone przez sezonową efektywność pompy, czyli SCOP dla ogrzewania i średnią efektywność przy podgrzewaniu ciepłej wody użytkowej. Najpewniejszym źródłem zapotrzebowania jest projekt lub świadectwo energetyczne, a w domu już ogrzewanym: dotychczasowe zużycie paliwa przeliczone na energię.

Dom (orientacyjnie)	Ciepło na ogrzewanie	Ciepło na CWU	Prąd dla pompy rocznie
Nowy dom 120-150 m2, dobrze ocieplony, podłogówka	6000-9000 kWh	2500-3500 kWh	ok. 2500-4000 kWh
Dom po termomodernizacji 150 m2, grzejniki niskotemperaturowe	10000-14000 kWh	2500-3500 kWh	ok. 3700-6000 kWh
Starszy dom 150 m2, częściowo ocieplony	18000-25000 kWh	2500-3500 kWh	ok. 6000-9700 kWh

Tabela zakłada SCOP ogrzewania ok. 3-3,5 i efektywność podgrzewania wody ok. 2,5-3. Dokładne wyliczenie dla Twojego domu, z wpływem temperatury zasilania i klimatu, omawiamy w artykule ile prądu zużywa pompa ciepła. Do zużycia pompy dolicz zwykłe zużycie domu, najczęściej 2500-4500 kWh rocznie.

Krok 2: kiedy pompa zużywa prąd, a kiedy panele go produkują

Okres	Produkcja PV	Zużycie pompy	Co z tego wynika
Grudzień-styczeń	bardzo niska	najwyższe	prawie cały prąd dla pompy kupujesz z sieci
Luty, listopad	niska	wysokie	panele pokrywają niewielką część dziennej pracy
Marzec, październik	średnia	średnie	najlepszy okres na bezpośrednie zasilanie ogrzewania z dachu
Kwiecień-maj, wrzesień	wysoka	niskie, głównie CWU i ranne dogrzewanie	pojawiają się duże nadwyżki
Czerwiec-sierpień	najwyższa	tylko CWU (ewentualnie chłodzenie)	pompa zużywa ułamek produkcji

Wniosek: fotowoltaika nie „ogrzeje” domu zimą. Bezpośrednio z dachu pompa pobierze głównie energię na ciepłą wodę przez cały rok oraz na ogrzewanie w okresach przejściowych. Zimowe ogrzewanie finansuje się w net-billingu depozytem z letnich nadwyżek, ale depozyt pokrywa tylko koszt energii czynnej, a nie dystrybucji.

Krok 3: jaka moc fotowoltaiki do pompy ciepła

W systemie opustów opłacało się dobrać instalację na pełne roczne zużycie z zapasem. W net-billingu lepiej wypada instalacja, która pokrywa ok. 70-100% rocznego zużycia domu z pompą. Dalsze kilowaty produkują głównie letnie nadwyżki o niskiej wartości. Ogólną metodę doboru opisujemy w artykule jaka moc fotowoltaiki do domu.

Przykład z jawnymi założeniami

• Nowy dom 140 m2, pompa powietrze-woda, podłogówka.
• Ciepło na ogrzewanie 8000 kWh, SCOP 3,5: ok. 2290 kWh prądu.
• Ciepło na CWU 3000 kWh, efektywność 2,8: ok. 1070 kWh prądu.
• Pozostałe zużycie domu: 3500 kWh.
• Razem: ok. 6860 kWh rocznie.

Instalacja ok. 6-7 kWp na dachu południowym wyprodukuje ok. 6000-7000 kWh, czyli pokryje 85-100% rocznego bilansu. Przy mocy powyżej 6,5 kW trzeba doliczyć uzgodnienie przeciwpożarowe projektu.

W takim domu autokonsumpcja całej instalacji wyniesie orientacyjnie 30-40%: pompa zużyje bezpośrednio sporą część produkcji przy podgrzewaniu wody i w okresach przejściowych, ale zimą i tak większość jej energii pochodzi z sieci. To szacunek przy założonym profilu, a nie wynik pomiaru, i warto go zweryfikować na danych z falownika po pierwszym roku pracy.

Jak zwiększyć autokonsumpcję pompy ciepła

Pompa ciepła ma tę zaletę, że ciepło magazynuje się taniej niż prąd. Zamiast przenosić energię w baterii, można przenosić ją w wodzie i w masie budynku.

1. Grzanie CWU w godzinach produkcji. Ustaw podgrzewanie zasobnika na 11-15 zamiast w nocy. To najprostszy i najskuteczniejszy krok, bo ciepła woda potrzebna jest przez cały rok.
2. Wyższa temperatura zasobnika przy nadwyżce. Gdy falownik wykrywa nadwyżkę, pompa może podnieść temperaturę wody o kilka stopni. Do sterowania służy wejście w pompie, na przykład zgodne ze standardem SG Ready, albo integracja z falownikiem lub systemem zarządzania energią.
3. Bufor i masa budynku. Bufor ciepła albo podłogówka w wylewce mogą przyjąć więcej ciepła w słoneczne południe okresu przejściowego i oddawać je wieczorem.
4. Korekta krzywej grzewczej w dzień. Niewielkie podniesienie temperatury w godzinach produkcji i obniżenie w nocy przesuwa część pracy pompy na energię z dachu. Ustawienia trzeba jednak robić ostrożnie, by nie pogorszyć efektywności. Szczegóły w artykule krzywa grzewcza pompy ciepła.
5. Chłodzenie latem. Pompa rewersyjna z podłogówką lub klimakonwektorami chłodzi dom głównie w słoneczne dni, czyli wtedy, gdy panele produkują najwięcej.
6. Unikanie grzałki elektrycznej. Grzałka ma wielokrotnie niższą efektywność niż sprężarka. Używaj jej do dezynfekcji termicznej i awarii, a nie do zagospodarowania nadwyżek, jeśli pompa może to zrobić sama.

Jak połączyć falownik z pompą ciepła w praktyce

Sterowanie pompą według nadwyżek nie wymaga drogiego systemu, ale wymaga planu jeszcze przed montażem. Najczęściej spotyka się trzy sposoby.

• Harmonogram w sterowniku pompy. Najprostszy: podgrzewanie wody i podniesienie temperatury budynku w stałych godzinach około południa. Nie reaguje na pogodę, ale nic nie kosztuje.
• Styk lub wyjście sterujące falownika. Falownik po wykryciu nadwyżki o zadanej mocy przez określony czas zamyka styk, który przełącza pompę w tryb podwyższonej pracy. Wymaga licznika energii w rozdzielnicy i odpowiedniego wejścia w pompie.
• System zarządzania energią w domu. Łączy dane z falownika, licznika i pompy, a czasem także prognozę pogody i ceny energii. Daje najwięcej możliwości, ale też najwięcej punktów, które mogą przestać działać po aktualizacji oprogramowania.

Niezależnie od sposobu ustaw próg nadwyżki wyższy niż moc elektryczna pompy, by krótkie zachmurzenie nie przełączało jej co kilka minut. Częste starty skracają życie sprężarki i obniżają efektywność.

Jak sprawdzić efekt po pierwszym roku

Po roku pracy masz dane, które pozwalają ocenić, czy połączenie działa. Porównaj w aplikacji falownika i w portalu operatora sieci energię oddaną i pobraną miesiąc po miesiącu. Sprawdź, ile prądu zużyła pompa (wiele modeli ma licznik energii, w innych warto zamontować podlicznik) i jaki udział jej zużycia przypadł na godziny produkcji.

Jeśli latem do sieci trafia większość produkcji, a zasobnik CWU grzeje się w nocy, zacznij od zmiany harmonogramów. Jeśli depozyt pod koniec roku wyraźnie przekracza koszt kupowanej energii, instalacja jest za duża w stosunku do zużycia i rozbudowa nie ma sensu, nawet jeśli dom zimą kupuje dużo prądu.

Bateria, taryfa czy depozyt - co wybrać zimą

Zimowej luki nie zamknie bateria: w grudniu panele nie mają czym jej naładować. Przy pompie ciepła lepiej sprawdzają się inne narzędzia.

• Taryfa dwustrefowa. Tańsze godziny nocne i popołudniowe pozwalają grzać budynek i wodę w tańszej strefie. Opłacalność zależy od cennika sprzedawcy i operatora sieci.
• Umowa z ceną dynamiczną. Przy dynamicznych cenach energii pompa sterowana według cen może pracować w najtańszych godzinach doby. Wymaga to automatyki i akceptacji zmienności rachunków.
• Depozyt z letnich nadwyżek. Pokrywa część kosztu energii zimą. Jak jest liczony i ile da się odzyskać, wyjaśniamy w tekście net-billing.
• Bateria. Ma sens dla wieczornego zużycia domu od wiosny do jesieni i przy rozliczeniu godzinowym, a nie jako źródło energii na zimowe ogrzewanie.

Zasady rozliczeń prosumentów i najczęstsze pytania o nie publikuje także Ministerstwo Klimatu i Środowiska.

Czy fotowoltaika z pompą ciepła się opłaca

Pompa ciepła podnosi opłacalność fotowoltaiki z dwóch powodów. Po pierwsze, zwiększa zużycie domu, więc depozyt z nadwyżek nie przepada, tylko w całości pokrywa koszt energii kupowanej zimą. Po drugie, zwiększa autokonsumpcję latem i w okresach przejściowych dzięki podgrzewaniu wody.

Uproszczony rachunek dla przykładu wyżej: przy autokonsumpcji 35% z 6500 kWh dom zużyje na miejscu ok. 2280 kWh, co przy cenie ok. 1,05 zł/kWh brutto oznacza ok. 2390 zł oszczędności rocznie. Pozostałe 4220 kWh trafi do sieci; przy średniej cenie rynkowej 0,25 zł/kWh i współczynniku 1,23 da to ok. 1300 zł depozytu, w całości wykorzystanego zimą. Łączna korzyść to ok. 3,7 tys. zł rocznie, przy założeniach podanych w tym artykule.

Typowe błędy

1. Dobór PV „pod zimę”. Instalacja, która miałaby pokryć grudniowe zużycie pompy, byłaby kilkukrotnie za duża latem.
2. Grzanie CWU w nocy. Fabryczne harmonogramy często ustawiają podgrzewanie wody w nocy, marnując darmową energię z dachu.
3. Zagospodarowanie nadwyżek grzałką. Grzałka zużywa kilka razy więcej prądu niż pompa na to samo ciepło.
4. Brak komunikacji między falownikiem a pompą. Bez sterowania pompa nie wie, kiedy jest nadwyżka.
5. Bateria jako „magazyn na zimę”. Przy tej samej kwocie większy efekt dają zwykle zasobnik CWU, bufor i dobre ustawienia pompy.

Więcej poradników o pompach ciepła znajdziesz w dziale pompy ciepła, a tematy dla właścicieli domów zbieramy w strefie dom.

Najczęściej zadawane pytania

Ile paneli potrzeba do pompy ciepła?

Dla samej pompy w nowym, dobrze ocieplonym domu zwykle wystarczy dodatkowe 3-4 kWp, czyli 7-9 paneli o mocy 450 W. Całą instalację dobiera się jednak do łącznego zużycia domu z pompą, co daje najczęściej 6-8 kWp. W starszym domu o dużym zapotrzebowaniu na ciepło moc będzie wyższa.

Czy fotowoltaika pokryje ogrzewanie pompą ciepła zimą?

Nie bezpośrednio. W grudniu i styczniu produkcja paneli jest bardzo mała, a zapotrzebowanie pompy największe. Zimowe ogrzewanie pokrywa się w net-billingu częściowo depozytem z letnich nadwyżek, ale opłaty dystrybucyjne trzeba zapłacić w całości.

Czy pompa ciepła może pracować bezpośrednio z paneli?

Typowa pompa powietrze-woda zasilana jest z instalacji elektrycznej domu, a energia z paneli trafia do niej przez falownik i rozdzielnicę. Pompa nie wie jednak, skąd pochodzi prąd. Żeby pracowała głównie na energii z dachu, trzeba ustawić harmonogramy lub połączyć ją sterowaniem z falownikiem.

Co to jest SG Ready w pompie ciepła?

To standard sterowania, który pozwala zewnętrznemu sygnałowi, na przykład z falownika lub systemu zarządzania energią, przełączać pompę w tryby pracy. Przy nadwyżce z PV pompa może podnieść temperaturę ciepłej wody lub bufora, a przy braku energii pracować oszczędnie. Funkcję trzeba skonfigurować przy montażu.

Czy opłaca się taryfa G12 z pompą ciepła i fotowoltaiką?

Często tak, bo pompa może grzać budynek i wodę w tańszych godzinach nocnych i popołudniowych, a energia z paneli pokrywa część zużycia w dzień. Opłacalność zależy od cennika sprzedawcy i stawek dystrybucyjnych w Twoim regionie. Warto porównać koszty na danych z poprzedniego roku.

Czy można dostać dotację na pompę ciepła i fotowoltaikę razem?

Programy dotacyjne zmieniają zakres z edycji na edycję, a Mój Prąd jest już zakończony. Na pompę ciepła w istniejącym domu najważniejszy jest program Czyste Powietrze, w nowym domu Moje Ciepło, a wydatki na mikroinstalację PV w istniejącym domu można odliczyć w uldze termomodernizacyjnej. Przed zakupem sprawdź aktualne regulaminy.