Ideální kombinace pro energetickou soběstačnost a úspory

Text a graf Pavel Skalník, foto Pixabay, placený článek

Pátek, 1. listopadu 2024

Sdílet na:

Kombinace tepelného čerpadla a fotovoltaické elektrárny představuje chytrý způsob, jak snížit náklady na energii a zvýšit energetickou soběstačnost domácností i firem. V tomto článku si přiblížíme, jak tyto technologie fungují a jaké výhody jejich spojení přináší.

Fotovoltaická elektrárna: Slunce jako zdroj energie

Fotovoltaická elektrárna přeměňuje sluneční záření na elektřinu. Tato energie může být okamžitě využita k napájení domácích spotřebičů, nebo ji lze uložit do bateriového úložiště pro pozdější použití.

Tepelné čerpadlo: Efektivní využití tepla z okolí

Tepelné čerpadlo odebírá teplo z okolního prostředí, jako je vzduch, voda nebo země, a využívá ho k vytápění a ohřevu vody. Pro svůj provoz však potřebuje elektřinu. Důležité je, že na každou jednotku elektrické energie, kterou spotřebuje, dokáže vyrobit 3 až 5 jednotek tepla. To znamená, že jde o velmi efektivní způsob vytápění.

Výhody kombinace fotovoltaiky a tepelného čerpadla

Spojením těchto dvou technologií lze využít elektřinu vyrobenou fotovoltaickou elektrárnou k pohonu tepelného čerpadla. Tím se výrazně sníží spotřeba elektřiny z distribuční sítě, což vede k dalším úsporám na vytápění a ohřev vody.

Limity systému

Fotovoltaická elektrárna je značně závislá na době osvitu, proto vyrábí nevíce elektřiny v letních měsících, kdy je více slunečných dní. Naopak tepelné čerpadlo je provozováno převážně v chladnějších měsících, kdy je potřeba vytápět a také spotřeba teplé vody je vyšší. Tento nesoulad vede k přebytkům elektřiny v letních měsících a využívání elektřiny ze sítě v těch zimních. Do určité míry jde tomuto nedostatku předcházet, kombinací chytrého řízení a dostatečně velké akumulační nádoby na teplou vodu, případně bateriovým úložištěm. Bateriové úložiště ale významně zvyšuje pořizovací cenu instalace.

Tepelné čerpadlo je vhodný zdroj pro zateplené budovy s dostatečnou plochou radiátorů či s podlahovým topením. Pro budovy s větší tepelnou ztrátou nemusí mít radiátory dostatečný výkon (tepelné čerpadlo je nízkopotenciální zdroj), a tak může být problém v zimních měsících budovu vytopit. Vždy je tedy vhodné uvažovat specifické vlastnosti daného objektu a topného systému.

Názorný příklad instalace

Aplikaci zmíněných technologii můžeme dobře ilustrovat na příkladu menšího zatepleného rodinného domku s podlahovým vytápěním. Dům se nachází poblíž Broumova, kde jsou zimy poměrně tvrdé. Roční potřeba tepla uvažovaného domu je 10 MWh na vytápění a 2,5 MWh na přípravu teplé vody. Uvažujeme fotovoltaickou elektrárnu s instalovaným výkonem 5,5 kWp a tepelné čerpadlo se sezonním topným faktorem rovným třem (sCOP – poměr mezi vyrobeným teplem a spotřebovanou elektřinou).

Elektřina je využívána na pohon tepelného čerpadla, které zajištuje ohřev teplé vody (900 kWh/rok), vytápění (3 300 kWh/rok) a běžný provoz domácích spotřebičů (2 200 kWh/rok).

V níže připojeném grafu vidíme, že v zimních měsících převyšuje spotřeba nad výrobou. Naopak v letních měsících bude elektřiny dostatek, a ještě budou z fotovoltaické elektrárny vznikat přebytky.

Fotovoltaická elektrárna ročně vyrobí 5,7 MWh, v našem případě jsme schopní pro vytápění, ohřev teplé vody a běžný provoz domácích spotřebičů využít maximálně 3,6 MWh. V ideálním případě tedy spotřebujeme přibližně 65 % vyrobené elektřiny. (bez bateriového úložiště bude tato hodnota nižší.)

Náklady a návratnost investice

Investice do kombinace fotovoltaické elektrárny a tepelného čerpadla může na první pohled vypadat nákladně, ale díky dostupným dotacím a pečlivému plánování se tyto náklady v průběhu let vrátí. Významnou výhodou je i značná nezávislost na proměnlivých cenách energií na trhu, což přináší dlouhodobou stabilitu. Návratnost se liší v závislosti na specifických vlastnostech budovy a stávajícího topného systému. Tepelné čerpadlo v kombinaci s fotovoltaickou elektrárnou může být velmi zajímavá alternativa k poměrně častým elektrokotlům.

Obecně, kombinace fotovoltaické elektrárny a tepelného čerpadla nabízí nejen ekonomické výhody, ale také přispívá k ochraně životního prostředí. Díky využívání obnovitelných zdrojů energie a efektivního vytápění se jedná o moderní a dlouhodobě udržitelné řešení.

Článek vznikl v rámci evropského projektu DIGIT podporující udržitelnou energetiku na Broumovsku.