W kierunku samowystarczalności energetycznej: integracja pomp ciepła i systemów fotowoltaicznych

Do 2050 roku kraje członkowskie Unii Europejskiej muszą zakończyć transformację energetyczną na odnawialne źródła energii i osiągnąć pełną dekarbonizację.  Trzeba przyznać, że cel jest ambitny.

Aby to osiągnąć, Unia Europejska działa na kilku frontach.  Pierwszym z nich jest badanie badań i innowacji, na których koncentrujemy się, aby znaleźć innowacyjne rozwiązania do produkcji czystej energii.  Na drugim froncie jest wsparcie, które instytucje UE zobowiązały się udzielać w wdrażaniu wszystkich technologii, które dziś umożliwiają zaspokojenie potrzeb energetycznych osób i firm w sposób zrównoważony.  Trzecim i ostatnim frontem jest kwestia regulacyjna. Zmiana o takiej skali, która może zostać przeprowadzona w stosunkowo krótkim czasie, wymaga ram zasad i regulacji, które są tak solidne, jak i zrównoważone, zdolne towarzyszyć transformacji bez negatywnego wpływu na życie ludzi i organizacji. 

W tym kontekście istnieją dwie technologie, które odgrywają kluczową rolę w procesie transformacji energetycznej. Są to pompy ciepła i systemy fotowoltaiczne, które wraz z technologiami wykorzystującymi energię wiatrową i pojazdy elektryczne stanowią dziś fundament transformacji energetycznej.  Zintegrowane ze sobą pompy ciepła i systemy fotowoltaiczne okazują się idealną parą do maksymalizacji efektywności energetycznej budynku. To zwycięskie rozwiązanie, które pozwala obniżyć koszty energii i emisję CO2, budując tym samym samowystarczalność budynku.

Aby zrozumieć, jak integracja tych dwóch technologii może uwolnić te zalety, konieczne jest zrozumienie sposobu działania pomp ciepła i systemów fotowoltaicznych.

Pompy ciepła to urządzenia przesyłające ciepło z naturalnego źródła (powietrze, woda lub ziemia) do wnętrza budynku, zapewniając ogrzewanie zimą, a w niektórych przypadkach chłodzenie latem.  Podstawą ich działania jest termodynamika: pompy ciepła wykorzystują cykl sprężania i rozszerzania płynu chłodniczego, aby wychwytywać ciepło z zewnętrznego źródła i uwalniać je wewnątrz budynku. W przeciwieństwie do tradycyjnych kotłów, które nagrzewają się spalaniem paliw kopalnych, pompy ciepła wypierają ciepło, zużywając mniej energii elektrycznej niż wytwarzana przez siebie energia cieplna.

Istnieją różne typy pomp ciepła, wśród nich należą:

• Pompy ciepła powietrze-powietrze: pobierają ciepło z powietrza zewnętrznego i przekazują je do wnętrza, często przez rozdzielniki, takie jak klimatyzatory.
• Pompy ciepła powietrze-woda: wykorzystują powietrze zewnętrzne do podgrzewania wody przeznaczonej do grzejników, paneli promienników lub wentylatorów.
• Pompy ciepła woda-woda: wykorzystują ciepło obecne w warstwach wodonośnych lub podziemnych ciekach wodnych.
• Pompy ciepła geotermalne: pobierają ciepło z podłoża za pomocą pionowych lub poziomych sond.

Efektywność energetyczna jest jedną z głównych zalet pomp ciepła. Wyraża się go jako współczynnik wydajności (COP), który mierzy stosunek między wytwarzaną energią cieplną a zużywaną energią elektryczną.  COP na poziomie 4 oznacza, że na każde pochłonięcie kWh energii elektrycznej pompa generuje 4 kWh ciepła.  Do tego dochodzi kolejny współczynnik, tzw. SCOP (Seasonal Coefficient of Performance), który oszacuje efektywność sezonową, uwzględniając zmiany klimatyczne. Dzięki tym wysokim wartościom pompy ciepła pozwalają na znaczne oszczędności energii w porównaniu z konwencjonalnymi systemami grzewczymi.

Systemy fotowoltaiczne przekształcają światło słoneczne w elektryczność dzięki efektowi fotowoltaicznemu, zjawisku fizycznemu, które pozwala niektórym materiałom półprzewodnikowym, takim jak krzem, wytwarzać energię elektryczną, gdy są uderzane przez fotony słoneczne.  System fotowoltaiczny składa się z trzech podstawowych elementów: paneli słonecznych, falownika oraz, w niektórych przypadkach, systemu magazynowania energii w bateriach.  Panele fotowoltaiczne składają się z ogniw krzemowych, które pochłaniają promieniowanie słoneczne i generują prąd stały (DC). Inwerter natomiast odpowiada za przekształcanie wytworzonej energii w prąd zmienny (AC), który jest kompatybilny z siecią domową i urządzeniami domowymi. Energia ta może być natychmiast wykorzystana w domu, zasilona krajową siecią energetyczną lub przechowywana w bateriach na późniejsze wykorzystanie.

Elektrownie dzielą się na dwie główne kategorie:

• Elektrownie podłączone do sieci: pozwalają na samodzielne zużycie wyprodukowanej energii, a nadwyżkę na przeniesienie do sieci, uzyskując wynagrodzenie ekonomiczne poprzez mechanizm "wymiany na miejscu" lub inne formy zachęt.
• Systemy poza siecią (niezależne od sieci): wykorzystują akumulatory magazynujące, aby zapewnić dostawy energii nawet w nocy lub w pochmurne dni, czyniąc dom samowystarczalnym.

Sprawność systemu zależy od kilku czynników, takich jak orientacja i nachylenie paneli, warunki klimatyczne oraz jakość komponentów. Ponadto najnowsze technologie, takie jak panele heterozłączne czy dwustronne, zwiększają wydajność energetyczną, poprawiając produkcję nawet w warunkach rozproszonego światła.

Biorąc pod uwagę pojedynczo, pompy ciepła i systemy fotowoltaiczne są dość korzystnymi urządzeniami z punktu widzenia energii.  Pierwsze wykonują powierzone im zadanie bez bezpośredniego spalania, co zmniejsza wpływ na środowisko i koszty utrzymania. Te drugie natomiast produkują, przekształcają i gromadzą energię elektryczną, wykorzystując źródło światła słonecznego, które nie emituje dwutlenku węgla i ma ograniczony wpływ na środowisko.  Jednak to właśnie dzięki pracy w parach pompy ciepła i systemy fotowoltaiczne dają swoje najlepsze rezultaty. 

Jak widzieliśmy, pompy ciepła potrzebują energii elektrycznej do działania, którą można produkować w sposób zrównoważony dzięki systemom fotowoltaicznym.  Integracja między nimi a pompami ciepła jest zatem idealnym rozwiązaniem do maksymalizacji samozużywania energii słonecznej.  W ciągu dnia energia wytwarzana przez panele może zasilać pompę ciepła, zmniejszając jej zależność od sieci i obniżając koszty energii niezbędne do jej działania. Ponadto, w połączeniu z systemem magazynującym, zintegrowany system gwarantuje dostęp do energii elektrycznej nawet w nocy, poprawiając autonomię budynku pod względem energii.

Oprócz zrównoważonego rozwoju i oszczędności energii, integracja pomp ciepła z panelami fotowoltaicznymi ma jeszcze jedną zaletę. Aby pobudzić ich wdrożenie, państwa członkowskie Unii Europejskiej oraz sama Unia opracowały różne zachęty, premie i ulgi podatkowe na korzyść obywateli i firm wybierających te technologie.

Integracja pomp ciepła i systemów fotowoltaicznych to pierwszy, doskonały krok w kierunku samowystarczalnego zarządzania zużyciem energii, ale sama integracja nie wystarcza.  Aby w pełni z niej wyciągnąć, trzeba ją zoptymalizować.  Pierwszym krokiem do optymalizacji jest prawidłowe dopasowanie rozmiaru systemu, wybierając komponenty o mocy odpowiedniej do rozmiaru i potrzeb budynku, na którym zostanie zainstalowany.  Oprócz odpowiedniego rozmiarowania, połączenie systemu magazynującego z systemem fotowoltaicznym pozwala magazynować wyprodukowaną energię i dostarczać ją pompom ciepła nawet w nocy.  Wdrożenie automatyki domowej, automatyki domowej czy systemów inteligentnego domu umożliwia również maksymalizację efektywności integracji poprzez inteligentne sterowanie systemami domowymi.  Wreszcie, wykorzystanie warunków rynkowych dzięki dogłębnej znajomości najbardziej korzystnych taryf i przedziałów czasowych zużycia energii elektrycznej pozwala na dalsze oszczędności.

Zgodnie z naszą wieloletnią odpowiedzialnością za energię i środowisko, w Hoval od dawna inwestujemy dużo w pompy ciepła. Technologia, która dla nas stanowi idealny sposób na zapewnienie niskich kosztów energii i zrównoważonego rozwoju środowiska, redukując emisję CO2 niezbędną do produkcji domowych pomieszczeń z ciepłą wodą, ogrzewaniem i chłodzeniem. 

Wszystkie pompy ciepła powietrze-woda, które należą do naszej gamy produktów, są w stanie realizować te trzy funkcje, które są niezbędne do zapewnienia komfortu osobom mieszkającym i pracującym w budynku.  Należą do nich te z serii UltraSource, idealne zarówno dla odnowionych, jak i nowo budowanych domów jedno- i bliźniaczych, oraz te z serii Belaria, których pompy ciepła są również w stanie zaspokoić potrzeby domów wielorodzinnych oraz średniej wielkości budynków komercyjnych, przemysłowych lub administracyjnych zarówno w kontekście renowacji, jak i nowych budownictw.

Oprócz pomp ciepła powietrze-woda, istnieją pompy ciepła grunt-woda i woda-woda, takie jak te z serii Thermalia, które również są produktami  zaprojektowanymi tak, aby spełniać potrzeby budynków każdej wielkości. 

Zaprojektowane z myślą o integracji z panelami fotowoltaicznymi, wszystkie nasze produkty gwarantują użytkownikom niższe zużycie energii oraz wysoką wydajność pod względem zrównoważonego rozwoju.