Pompy ciepła i panele fotowoltaiczne - oszczędź na rachunkach

Czym jest pompa ciepła?

Pompa ciepła to urządzenie, które wykorzystuje energię elektryczną do poboru ciepła z otoczenia (np. z powietrza, gruntu, wody) i przekazywania go do instalacji grzewczej. Oznacza to, że pompa ciepła nie generuje ciepła bezpośrednio, a jedynie "pompuje" je z jednego miejsca do drugiego. Dzięki temu może być nawet trzykrotnie bardziej wydajna niż tradycyjne kotły grzewcze.

Zasada działania pompy ciepła opiera się na obiegu termodynamicznym. W obiegu tym krąży czynnik chłodniczy, który zmienia swój stan skupienia (z ciekłego na gazowy i odwrotnie) w celu pobrania ciepła z otoczenia i przekazania go do instalacji grzewczej.

Istnieje kilka rodzajów pomp ciepła:

• pompy ciepła powietrze-woda, które pobierają ciepło z powietrza zewnętrznego i przekazują je do instalacji grzewczej.
• Pompy ciepła gruntowe, pozyskują ciepło z gruntu za pomocą specjalnych sond pionowych lub poziomych.
• Pompy ciepła powietrze-powietrze, zasysając ciepło z powietrza zewnętrznego ogrzewają nim powietrze w pomieszczeniach.

Pompy ciepła mogą być wykorzystywane do ogrzewania i chłodzenia pomieszczeń oraz podgrzewania wody użytkowej.

Zalety pomp ciepła to wysoka wydajność, oszczędność kosztów i ekologiczność, ponieważ nie emitują szkodliwych substancji do atmosfery.

Wśród wad pomp ciepła wymienia się wysoki koszt instalacji, konieczność spełnienia wymogów niezbędnych do montażu (w przypadku pomp gruntowych, potrzebna jest odpowiednia działka) oraz niską efektywność przy niskich temperaturach powietrznych pompy ciepła.

Jak działają panele fotowoltaiczne?

Panele fotowoltaiczne to z kolei urządzenia, które przekształcają energię słoneczną w energię elektryczną. Dzieje się to dzięki zjawisku fotowoltaicznemu, zachodzącemu w ogniwach fotowoltaicznych, z których zbudowane są panele. Prąd wyprodukowany przez panele fotowoltaiczne może być wykorzystywany na bieżąco do zasilania urządzeń elektrycznych w domu, a nadwyżka może być magazynowana w sieci energetycznej.

Panel fotowoltaiczny zbudowany jest z:

• ogniw fotowoltaicznych stanowiących podstawowy element panelu fotowoltaicznego. Ogniwa zbudowane są z półprzewodników, najczęściej krzemu, które pod wpływem promieniowania słonecznego generują prąd elektryczny.
• Foli ochronnej, która zapobiega uszkodzeniom mechanicznym ogniw i negatywnym skutkom czynników atmosferycznych.
• Ramy zapewniającej stabilność panelu i umożliwiającej jego montaż.

Zasada działania panelu fotowoltaicznego polega na tym, że promienie słoneczne padają na ogniwa fotowoltaiczne, następnie foton (cząsteczka światła) uderza w elektron w atomie krzemu. W rezultacie czego elektron zostaje wyrwany ze swojego miejsca i staje się wolnym nośnikiem prądu. Wolne elektrony tworzą prąd elektryczny.

Rodzaje paneli fotowoltaicznych:

• monokrystaliczne zbudowane z kryształów krzemu o jednorodnej strukturze. Są najwydajniejsze, ale też najdroższe.
• Polikrystaliczne zbudowane z kryształów krzemu o polikrystalicznej strukturze. Są mniej wydajne, ale też tańsze.
• Amorficzne zbudowane z cienkiej warstwy amorficznego krzemu. Są najmniej wydajne, ale też najtańsze i najbardziej elastyczne.

Panele fotowoltaiczne mogą być wykorzystywane do produkcji energii elektrycznej na potrzeby własne lub do sprzedaży do sieci energetycznej, do ogrzewania wody użytkowej oraz zasilania urządzeń elektrycznych w domu lub firmie.

Zalety paneli fotowoltaicznych to:

• Ekologiczność - nie emitują szkodliwych substancji do atmosfery.
• Oszczędność - panele mogą obniżyć rachunki za prąd.
• Niezależność energetyczna od dostawców prądu.

Wady paneli fotowoltaicznych:

• Wysoki koszt instalacji - panele fotowoltaiczne są drogie w zakupie i montażu.
• Niska efektywność w nocy - nie produkują wtedy prądu.
• Zależność od pogody - praca paneli fotowoltaicznych jest uzależniona od nasłonecznienia.

Falownik - niezbędny element

Falownik to urządzenie elektroniczne, które służy do przekształcania prądu stałego (DC) produkowanego przez panele fotowoltaiczne na prąd zmienny (AC) wykorzystywany w sieci energetycznej i przez urządzenia elektryczne. W przypadku połączenia pompy ciepła z panelami fotowoltaicznymi falownik pełni dwie funkcje obejmujące:

1. Adaptację napięcia.

Pompy ciepła zazwyczaj wymagają zasilania prądem zmiennym o napięciu 230 V lub 400 V. Panele fotowoltaiczne produkują prąd stały o napięciu zależnym od natężenia światła słonecznego. Falownik dostosowuje napięcie prądu stałego z paneli fotowoltaicznych do napięcia prądu zmiennego wymaganego przez pompę ciepła.

2. Maksymalizację wydajności.

Falowniki mogą monitorować produkcję energii przez panele fotowoltaiczne i pobór mocy przez pompę ciepła. Dzięki temu mogą sterować pracą pompy ciepła w taki sposób, aby maksymalnie wykorzystać energię produkowaną przez panele fotowoltaiczne. Na przykład, falownik może włączyć pompę ciepła, gdy panele fotowoltaiczne produkują wystarczająco dużo energii, lub wyłączyć ją, gdy produkcja energii jest zbyt mała.

Rodzaje falowników: 

• falowniki centralne: montowane są w jednym miejscu i obsługują całą instalację fotowoltaiczną.
• Falowniki mikroinwerterowe: montowane są przy każdym panelu fotowoltaicznym zapewniając mu niezależne działanie.

Przy wyborze falownika do połączenia pompy ciepła z panelami fotowoltaicznymi należy wziąć pod uwagę kilka czynników, takich jak:

• moc pompy ciepła.
• Kompatybilność falownika z napięciem prądu stałego produkowanym przez panele fotowoltaiczne.
• Funkcje dodatkowe: niektóre falowniki oferują dodatkowe funkcje, takie jak monitoring online, systemy antykradzieżowe, czy możliwość magazynowania energii.

Jak połączyć pompę ciepła z instalacją PV?

Połączenie pompy ciepła i paneli fotowoltaicznych jest stosunkowo proste. Wystarczy zainstalować falownik, który będzie przekształcał prąd stały produkowany przez panele fotowoltaiczne na prąd zmienny, który może być wykorzystywany przez pompę ciepła.

Korzyści z połączenia pompy ciepła i paneli fotowoltaicznych:

• obniżenie rachunków za energię nawet o 80%,
• zwiększenie niezależności energetycznej,
• zmniejszenie emisji CO2,
• podniesienie wartości nieruchomości.

Dofinansowanie na fotowoltaikę

W Polsce istnieje wiele programów dofinansowania, które umożliwiają uzyskanie dotacji (mogącej pokryć nawet do 50% kosztów instalacji) na zakup i montaż pomp ciepła i paneli fotowoltaicznych. Aktualnie dostępne programy to m.in.:

• Czyste Powietrze. Program skierowany do właścicieli domów jednorodzinnych lub wydzielonych w budynku wielorodzinnym lokali mieszkalnych, którzy chcą wymienić stare źródło ciepła na nowe, spełniające wymagania emisyjne. Dofinansowanie można uzyskać na zakup i montaż instalacji fotowoltaicznej, a także innych elementów, takich jak magazyny energii. Maksymalna wysokość dotacji to 47 000 zł (w przypadku montażu pompy ciepła) lub 37 000 zł (w przypadku kotła na biomasę). Wnioski o dofinansowanie można składać online lub w urzędzie gminy.

• Mój Prąd. Program skierowany do właścicieli domów jednorodzinnych, którzy chcą zamontować mikroinstalację fotowoltaiczną o mocy do 2 kWp. Dofinansowanie wynosi do 4 000 zł na instalację fotowoltaiczną. Wnioski o dofinansowanie można składać online.

• Kogeneracja to program skierowany do przedsiębiorców, którzy chcą zainwestować w kogenerację, czyli skojarzone wytwarzanie ciepła i energii elektrycznej. Dofinansowanie można uzyskać na zakup i montaż instalacji kogeneracyjnej o mocy do 1 MW. Maksymalna wysokość dotacji to 80% kosztów kwalifikowanych. Wnioski o dofinansowanie można składać online.

Powyższe informacje są krótkim podsumowaniem programów dofinansowania. Przed złożeniem wniosku o dofinansowanie należy zapoznać się z regulaminem danego programu.

Oprócz wyżej wymienionych programów istnieje wiele innych opcji dofinansowania instalacji fotowoltaicznych, zarówno na poziomie krajowym, jak i regionalnym. Informacje o dostępnych programach można znaleźć na stronach internetowych urzędów administracji publicznej, a także w serwisach branżowych. 

Przed podjęciem decyzji o zakupie pompy ciepła, paneli fotowoltaicznych lub skorzystaniem z programu dofinansowania należy skonsultować się z ekspertem.

Zobacz również:

Dotacje na fotowoltaikę dla gospodarstw domowych w 2024 roku

Mój Prąd 6.0”: Program dofinansowania fotowoltaiki - kompletny przewodnik