Jak instalacja fotowoltaiczna współpracuje z magazynem energii i pompą ciepła?

Kilka słów o instalacji fotowoltaicznej

Omówmy krótko naszego głównego bohatera. Instalacja fotowoltaiczna składa się z następujących elementów:

• Modułów fotowoltaicznych, które montuje się na dachu. Każdy moduł zawiera szereg ogniw fotowoltaicznych. Moduły przekształcają energię ze słońca na energię elektryczną w postaci prądu stałego.

• Konstrukcji nośnej (montażowej), która utrzymuje panele na miejscu. Ważny, często pomijany element.

• Inwertera (falownika), czyli jednej dużej skrzynki montowanej w domu lub szeregu małych skrzynek montowanych pod modułami fotowoltaicznymi. Inwerter przekształca prąd stały z modułów w prąd przemienny.

• Kabli i złączek, które łączą moduły fotowoltaiczne ze sobą i z falownikiem. Powinny być odporne na wilgoć i promieniowanie UV (pomimo tego i tak trzeba je chować w peszlu).

Wszystkie te elementy przekształcają energię słoneczną w energię elektryczną, taką samą, jaka płynie w Twoim gniazdku.
 

Jak działa instalacja fotowoltaiczna?

Przeanalizujmy kilka zagadnień związanych z funkcjonowaniem fotowoltaiki.

Po pierwsze, musisz wiedzieć, że fotowoltaika działa wtedy, gdy świeci słońce. Brzmi prosto, prawda? Lecz za tym prostym stwierdzeniem idzie kilka ważnych faktów:

• Panele fotowoltaiczne produkują 5 razy więcej energii latem niż zimą.

• Fotowoltaika skierowana na południe generuje niemal całą energię w ciągu kilku słonecznych godzin w środku dnia.

• Instalacja fotowoltaiczna skierowana na wschód i zachód produkuje energię bardziej „równo” przez cały dzień. Sumarycznie jednak więcej energii wytwarza instalacja na południe.

• Cień to najgorszy wróg fotowoltaiki. Nie istnieje doskonałe rozwiązanie tego problemu, poza unikaniem instalacji modułów w często zacienionych obszarach. Częściowe rozwiązanie to mikroinwertery i optymalizatory.

• W pochmurne dni fotowoltaika działa słabo. W skali roku jednak nie ma to znaczenia i średnio 1 kWp instalacji PV produkuje 1000 kWh rocznie.

W skrócie: Jak świeci słońce, instalacja działa pełną parą i wytwarza dużo więcej energii, niż da się od razu zużyć.

Co więc dzieje się z tą energią? Omówmy to w trzech krokach:

1. Najpierw zielona energia zasila te urządzenia w Twoim domu, które akurat pracują. Dlatego, gdy słońce świeci z pełną mocą, włącz zmywarkę, pralkę, żelazko i podobne urządzenia.

2. Potem sprzedajesz energię swojemu sprzedawcy prądu. Inwerter wypycha energię do sieci, a licznik dwukierunkowy zlicza, ile energii oddałeś. Sprzedawca nalicza Ci określoną ilość pieniędzy za każdą oddaną do sieci kWh. Obecnie cenę ustala się na podstawie średniej ceny prądu na giełdzie z poprzedniego miesiąca. Od lipca 2024 będzie to określane na podstawie ceny godzinowej na giełdzie. Tak czy inaczej — na Twoim koncie naliczają się pieniądze.

3. W tym samym czasie kupujesz energię od Twojego sprzedawcy prądu. Sprzedawca energii ma teraz dwie wartości — to, co od niego w tym miesiącu kupiłeś i to, co w poprzednich miesiącach (w POPRZEDNICH, nie tylko POPRZEDNIM) mu sprzedałeś. Następnie odejmuje jedno od drugiego i wysyła Ci fakturę, a jeśli masz nadpłatę, idzie ona na następny miesiąc.

4. Jeśli po roku wciąż masz nadpłatę, dostaniesz jej zwrot, ale nie cały, tylko 20%. Stąd bardzo duża instalacja PV może nie mieć sensu. Ale mamy tu na myśli bardzo dużą — lekkie przewymiarowanie instalacji jest w naszej opinii korzystne.

W każdym razie - zobaczmy teraz, jak magazyn energii i pompa ciepła usprawniają funkcjonowanie fotowoltaiki.
 

Jak instalacja fotowoltaiczna współpracuje z magazynem energii?

Magazyn energii pozwala, cóż, zmagazynować energię, by wykorzystać ją później. Zatem gdy w środku dnia fotowoltaika generuje energię jak szalona, to część z niej “odłożysz na później” w magazynie energii. Potem, zamiast kupować energię od swojego dostawcy, rozładujesz magazyn energii.

Brzmi jak rozwiązanie wszystkich problemów świata, ale nie jest tak do końca:

• W dobry dzień fotowoltaika produkuje więcej energii, niż możesz włożyć nawet do sporego magazynu. Bez względu na wielkość magazynu, część energii będziesz sprzedawać.

• W dni pochmurne fotowoltaika nie zdoła naładować magazynu do pełna. Bez względu na wielkość magazynu część energii będziesz kupować. W takie dni jednak magazyn energii nie musi stać bezczynnie — może kupować energię w tańszej taryfie i zużywać w droższej. Jest to jednak mniej opłacalne użycie magazynu energii.

Podsumowując, wzrost autokonsumpcji wraz ze wzrostem wielkości magazynu energii wygląda następująco:

• 1 kWp / 0 kWh — autokonsumpcja 22%

• 1 kWp / 0,5 kWh — autokonsumpcja 50%

• 1 kWp / 1 kWh — autokonsumpcja 60%

• 1 kWp / 2 kWh — autokonsumpcja 69%

• 1 kWp / 4 kWh — autokonsumpcja 74%

Wartości przedstawiono jako zależność mocy instalacji fotowoltaicznej od pojemności magazynu energii przy przeciętnym profilu zużycia prądu dla domku jednorodzinnego. Autokonsumpcja roczna.

Od 1 lipca 2024, gdy zostanie wprowadzony przepis o sprzedaży energii po cenie z danej godziny, będzie można dodatkowo korzystać z magazynów energii do sprzedaży energii wieczorem, jeśli ceny będą naprawdę wysokie.

W tym systemie w ciągu dnia ładujesz magazyn energii, potem wieczorem tę energię zużywasz, a jeśli nieco tej energii zostanie, możesz sprzedać ją na giełdzie. Żeby opłacalnie wykorzystywać tę opcję częściej niż kilka dni w roku, potrzebujesz naprawdę dużego magazynu.
 

Jak instalacja fotowoltaiczna współpracuje z pompą ciepła?

Pompa ciepła to kolejny sposób na zwiększenie autokonsumpcji i lepsze korzystanie z instalacji fotowoltaicznej.

Istnieją trzy rodzaje pomp ciepła:

• Takie, które ogrzewają dom, czyli dostarczają ciepła instalacji c.o. (centralnego ogrzewania)

• Takie, które ogrzewają zasobnik na wodę użytkową, czyli dostarczają ciepła instalacji c.w.u. (ciepłej wody użytkowej)

• Takie, które realizują te dwa zadania naraz

Każde wykorzystanie pompy ciepła zwiększa autokonsumpcję, ale szczególnie dobrze służy temu celowi podgrzewanie ciepłej wody użytkowej. Dlaczego?

Możesz zaprogramować pompę ciepła tak, by w ciągu dnia ogrzewania zasobnik na ciepłą wodę użytkową. Wówczas jej podgrzewanie będzie realizowane w znakomitej mierze z darmowej energii z fotowoltaiki. Zasobnik ciepła utrzymuje ciepłą wodę aż do wieczora, gdy Twoja rodzina będzie brać prysznic, a nawet aż do dnia następnego. Zatem przez cały dzień będziesz korzystał z ciepłej wody podgrzanej z fotowoltaiki.

Pompa ciepła do c.w.u. może zwiększyć autokonsumpcję z 22% do 40%!

Ogrzewanie instalacji centralnego ogrzewania nie ma aż takiego wpływu na autokonsumpcję. Jest tak z kilku powodów:

• Pompa ciepła c.o. potrzebuje prądu głównie zimą, gdy fotowoltaika działa najsłabiej i z natury ma i tak dużą autokonsumpcję

• Pompa ciepła c.o. nie zużywa ogromnych ilości prądu w ciągu kilku godzin, tylko działa właściwie cały czas, ale z mniejszą mocą. Dlatego trudniej jest wysterować ją tak, by zużywała energię z fotowoltaiki.

Należy tu zaznaczyć, że każda pompa ciepła c.o. jest - w pewnym stopniu - zasilana z fotowoltaiki bezpośrednio. Jednak zwykle to bezpośrednie wykorzystanie nie jest wysokie. W większości fotowoltaika obniża koszt działania pompy ciepła dzięki net-billingowi, który umożliwia sprzedaż nadprodukcji energii latem, z czego potem obniżane są rachunki zimą.

Istnieją jednak systemy, które jeszcze lepiej starają się optymalizować wykorzystanie fotowoltaiki w budynku z pompą ciepła. Mowa tutaj o zasilaniu tego urządzenia grzewczego za dnia w celu zmagazynowania energii cieplnej na wieczór, kiedy to jest ona bardziej potrzebna.

Dla przykładu, pompa ciepła może lekko przegrzać dom w ciągu dnia (kiedy fotowoltaika działa najwydajniej), aby na wieczór temperatura uzyskała wartość docelową - kiedy energia grzewcza jest tak naprawdę najbardziej potrzebna - jednakże wymagana jest do tego duża bezwładność termiczna budynku. Innym rozwiązaniem jest stosowanie bufora ciepła, który magazynuje energię cieplną w wodzie.

Wybór konkretnego rozwiązania musi być jednak dobrze przeanalizowany na etapie projektowania systemu grzewczego, podczas którego uwzględnia się wiele zmiennych np. rodzaj odbiorników ciepła. Ustalenie krzywej grzewczej i stosowania konkretnych elementów w instalacji to zawsze mocno indywidualna kwestia.

Istnieją jednak systemy, które starają się zrobić to lepiej. Przykładem jest tutaj Mitsubishi Heavy. Ta pompa ciepła może przegrzać dom w ciągu dnia, tak by wieczorem temperatura domu obniżyła się do zadanego poziomu. System ten traktuje strukturę domu — ściany, podłogę, meble itp. jako jeden wielki magazyn ciepła.

Nie trzeba jednak dodawać, że nie wszystkim taki system będzie odpowiadać. Kolejnym rozwiązaniem jest bufor ciepła. W zależności od charakterystyki budynku (zdolności ścian i podłogi do akumulacji ciepła) może to być lepsze lub gorsze rozwiązanie.

Tak czy inaczej, pompa ciepła i instalacja fotowoltaiczna to wymarzony zespół.
 

Urządzenia EMS

Jeśli masz jednocześnie instalację fotowoltaiczną, pompę ciepła i magazyn energii, wówczas być może potrzebujesz jeszcze urządzeń, które będą tym wszystkim zarządzać. W skrócie — potrzebujesz urządzenia EMS!

EMS (z angielskiego energy management system, czyli system zarządzania energią) włącza odpowiednie urządzenia tak, by zielona energia z fotowoltaiki była optymalnie wykorzystana. Jak to działa:

1. O godzinie 8 fotowoltaika zaczyna produkować energię. Cała energia jest jednak wykorzystywana do zasilania urządzeń w domu, świateł, czajnika, ekspresu do kawy itp.

2. O godzinie 10 instalacja fotowoltaiczna zaczyna pracować coraz mocniej, a zużycie energii w domu spada. Energia zaczyna być oddawana do sieci. Urządzenie EMS wykrywa ten fakt i włącza magazyn energii.

3. O godzinie 14 magazyn energii jest pełny, fotowoltaika znowu generuje nadwyżki energii. Urządzenie EMS włącza pompę ciepła do c.w.u. lub przestawią pompę ciepła na tryb grzania c.w.u.

4. O godzinie 15 woda w zasobniku osiągnęła zadaną temperaturę, fotowoltaika znowu generuje nadwyżki energii. Zostają one sprzedane.

To tylko przykład tego, jak mogą działać urządzenia EMS. Przykładowe urządzenia to:

• Fronius Ohmpilot

• SMA EnergyMeter

Materiał Partnera