Pompa ciepła zwiększa zużycie energii instalacji fotowoltaicznej o około 10%. Procentowy wzrost samowystarczalności energetycznej przynosi korzyści finansowe dla użytkowników rzędu 80–120 euro rocznie czyli pomiędzy 8% a 20% średniego zużycia (studium przypadku z instalacją fotowoltaiczną o mocy 5 kWp i 250-litrowym zbiornikiem, obliczenia wykonano na podstawie ceny energii elektrycznej 0,293 euro/kWh i taryfy gwarantowanej 0,078 euro/kWh).
Połączenie pompy ciepła i paneli słonecznych (PV) to świetny sposób na oszczędzanie energii. Pompa ciepła może być częściowo zasilana darmową energią elektryczną dzięki instalacji fotowoltaicznej. W dalszej części tej sekcji przytoczono wewnętrzne studium przypadku firmy Daikin w celu wskazania oszczędności, jakie można uzyskać, łącząc pompę ciepła z technologią fotowoltaiczną.
Pompy ciepła i instalacje fotowoltaiczne
Panele fotowoltaiczne generują energię elektryczną poprzez konwersję energii słonecznej, która:
- może być używana w domu, co pozwala obniżyć rachunki za energię elektryczną na koniec miesiąca (zużycie własne)
- może być transportowana z powrotem do sieci, za co uiszczana jest opłata pieniężna (taryfa gwarantowana).
Taryfy gwarantowane to narzędzie polityki promujące inwestycje w panele fotowoltaiczne poprzez oferowanie gospodarstwom domowym wyższej niż rynkowa ceny za energię dostarczaną do sieci. Ponieważ rynek fotowoltaiki dojrzewa, zachęta ta jest mniej potrzebna, a taryfy gwarantowane są obniżane w wielu krajach w całej Europie. Oznacza to, że zwiększenie zużycia własnego staje się coraz ważniejsze dla optymalnego wykorzystania instalacji fotowoltaicznych. Ogrzewanie domu i ciepłej wody za pomocą pompy ciepła zamiast gazu to świetny sposób. Zamiast gazu wykorzystywana jest (częściowo darmowa) energia elektryczna.
Zazwyczaj domy ogrzewane są tylko w sezonie zimowym i wiosenno-jesiennym, podczas gdy panele fotowoltaiczne generują najwięcej energii elektrycznej latem. Pompy ciepła są jednak również wykorzystywane do podgrzewania zbiorników z ciepłą wodą użytkową na potrzeby pryszniców i wanien. Zapotrzebowanie na ciepłą wodę pozostaje na tym samym poziomie przez cały rok. Ponadto pozwala to zoptymalizować czas codziennego dogrzewania zbiornika. Gospodarstwa domowe korzystające z paneli fotowoltaicznych powinny zaplanować ogrzewanie zbiornika w południe, kiedy zazwyczaj dostępna jest ich duża moc, a zapotrzebowanie gospodarstwa domowego na energię elektryczną jest niskie. W ten sposób pompa ciepła wykorzystuje dostępną energię słoneczną. Zapewnienie darmowej ciepłej wody jest bardziej interesujące niż eksportowanie dostępnej energii słonecznej do sieci po niekorzystnych taryfach gwarantowanych.
Po drugie, zbiornik ciepłej wody w połączeniu z pompą ciepła może pełnić funkcję „akumulatora energii”. Nadmiar energii słonecznej może być wykorzystany do produkcji dodatkowej ciepłej wody, w ilości większej niż ta, której gospodarstwo domowe zwykle potrzebuje w ciągu dnia, skutecznie magazynując energię do późniejszego wykorzystania.
Pompy ciepła firmy Daikin są wyposażone w zoptymalizowane algorytmy maksymalizujące wykorzystanie nadmiaru energii słonecznej.
Studium przypadku
Studium przypadku firmy Daikin przedstawia wpływ instalacji pompy ciepła zoptymalizowanej panelami fotowoltaicznymi. To studium przypadku przeprowadzono w Belgii w czerwcu 2022 r. i obejmowało pompę ciepła Daikin Altherma z 250-litrowym zbiornikiem oraz instalację fotowoltaiczną o mocy 5 kWp.
Ponieważ taryfy gwarantowane ulegają obniżeniu, korzyści z energii słonecznej można zoptymalizować poprzez zwiększenie współczynnika zużycia własnego. Współczynnik zużycia własnego to procent całkowitej produkcji energii fotowoltaicznej, która jest wykorzystywana przez gospodarstwo domowe, a zatem nie jest eksportowana do sieci.
Wzór na zużycie własne jest następujący:
𝑍𝑢ż𝑦𝑐𝑖𝑒 𝑤ł𝑎𝑠𝑛𝑒 = (𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘𝑐𝑗𝑎 𝑐𝑎ł𝑘𝑜𝑤𝑖𝑡𝑎 − 𝐸𝑘𝑠𝑝𝑜𝑟𝑡)
𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘𝑐𝑗𝑎 𝑐𝑎ł𝑘𝑜𝑤𝑖𝑡𝑎
W tym studium przypadku współczynnik zużycia własnego zwiększono na 2 sposoby:
Zwiększenie zużycia energii elektrycznej poprzez wytwarzanie ciepłej wody za pomocą pompy ciepła zamiast kotła gazowego, a tym samym eksportowanie mniejszej ilości energii do sieci;
Przechowywanie nadmiaru energii w zbiorniku ciepłej wody użytkowej poprzez zwiększenie temperatury o dodatkowe 10°C w czasie dostępności energii słonecznej. Pozwala to magazynować energię cieplną w zbiorniku i zmniejsza zapotrzebowanie na energię elektryczną z sieci w późniejszym czasie, gdy energia fotowoltaiczna może nie być dostępna.
Miejsce, w którym przeprowadzono test, wykazało bardzo wyraźną poprawę wskaźnika zużycia własnego: z 33% bez pompy ciepła do 40% z pompą ciepła i algorytmem optymalizacji instalacji fotowoltaicznej w czerwcu 2022 roku. Ekstrapolując te wyniki na cały rok, 35% do 50% energii potrzebnej do produkcji ciepłej wody użytkowej można pokryć darmową energią fotowoltaiczną, co daje (przy cenach energii z czerwca 2023 r.) oszczędność od 90 do 120 euro na samo wytwarzanie ciepłej wody użytkowej. To więcej niż 23 euro, które można by zyskać na eksporcie tej dodatkowej energii do sieci. Biorąc pod uwagę również ogrzewanie i/lub chłodzenie pomieszczeń, oszczędności energii są większe.
Wnioski
Pompa ciepła zwiększa zużycie energii instalacji fotowoltaicznej o około 10%. Korzyści finansowe dla użytkowników osiągają wartość rzędu 80–120 euro rocznie (obliczenia na podstawie stawki energii elektrycznej wynoszącej 0,293 euro/kWh i taryfy gwarantowanej 0,078 euro/kWh).
Więcej szczegółów na temat studium przypadku lub bardziej szczegółowe wyjaśnienie działania optymalizacji pompy ciepła można znaleźć w pełnej wersji dokumentu.