A. Zieliński: opłacalność instalacji fotowoltaicznej i pompy ciepła

Artykuł napisał Adam Zieliński - MWS Żyrardów, Prezes Qualienergy Sp. z o.o.

Od kilku lat widzimy wzmożoną działalność firm zajmujących się sprzedażą instalacji fotowoltaicznych. Jest to bardzo dobre, ekologiczne rozwiązanie, ale nie zawsze opłacalne. Szczególnie w przypadku małych instalacji ze złym azymutem i kątem nachylania. Wiadomo, że najlepszym w Polsce położeniem paneli jest kierunek południowy o nachyleniu 39st. Można wtedy z 1kW paneli wyprodukować ok 1000 kWh energii elektrycznej rocznie. Zakładamy, że średnie roczne zużycie domu jednorodzinnego w Polsce wynosi ok 2400 kWh. Cena 1 kWh prądu wynosi 70gr, więc wydajemy 1680 (0,70 X 2400) złotych. Aby dobrać odpowiednie panele należy uwzględnić ustawowe 80% zwrotu energii z sieci, a więc warto zainstalować panele o mocy ok 3kW. Koszt takiej instalacji to ok 18tys. złotych, który będzie się więc zwracać przez ponad 10 lat. 

Te obliczenia sprawdzą się w przypadku optymalnych warunków instalacji. W przypadku południowego zachodu wydajność spada o 7%, a na zachód lub wschód aż o 20% (zwrot 12 lat). Jako ciekawostkę warto zaznaczyć że panele na południowej ścianie są tylko 5% mniej wydajne niż te na dachu skierowane na wschód lub zachód. Głównym elementem instalacji są produkujące prąd panele fotowoltaiczne. Ich cena hurtowa dla 3kW wynosi ok 3000 złotych. Pozostałe składniki dające łącznie 18 tys. złotych to inwerter (w skrócie: odwrotność sieciowej ładowarki do telefonu), okablowanie, koszty instalacji, podatki, reklama, marketing itd... 

Obecnie wiele firm sprzedających panele fotowoltaiczne dołożyło do swojej oferty pompy ciepła. Warto wiedzieć czy jest to opłacalne. Działanie pompy ciepła w skrócie można porównać do działania lodówki lub klimatyzacji domowej. Wykorzystuje się tu dwie właściwości fizykochemiczne gazów. Pierwsza dosyć prosta do sprawdzenia jest taka zasada, że ze wzrostem ciśnienia rośnie temperatura gazu i odwrotnie. Można to sprawdzić pompując powietrze do koła roweru, wtedy temperatura opony wzrośnie ze wzrostem ciśnienia. 

Aby pompa ciepła była wydajna należy dodać do niej jeszcze drugą, o wiele bardziej efektywną właściwość jaką jest uwalnianie i pobieranie dużej energii podczas zmiany stanu skupienia. Dla pary wodnej ciepło utajone kondensacji (ciepło przemiany fazowej) odnosi się do ciepła wydzielonego do powietrza w procesie skraplania, a w przypadku zamarzania ciepło utajone odnosi się do ciepła uzyskanego przez powietrze kiedy woda przechodzi w lód. Doświadczalnie można to sprawdzić wyłączając ogrzewanie w nieszczelnym pomieszczeniu, w którym znajduje się pojemnik z wodą podczas dużych mrozów. Temperatura będzie szybko spadać do 0 stopni, następnie długo utrzyma się na tym poziomie i po zamarznięciu wody szybko spadnie poniżej 0. Dzieje się tak, ponieważ energia wydzielana przez wodę podczas zamarzania jest oddawana do powietrza i ogrzewa je. 

W przypadku pompy ciepła najważniejsze jest doprowadzenie do zmiany stanu skupienia chłodziwa systemu, aby pozyskało jak najwięcej energii z zewnątrz po to, żeby ją oddać wewnątrz podczas skraplania. Wykorzystując przedstawione powyżej właściwości oraz sprężarkę, można uzyskać energię cieplną wystarczającą do podgrzewania pomieszczeń. Nie da się tą metodą uzyskać dużych temperatur takich jak z węgla czy gazu, więc w przypadku dużych i szybkich spadków temperatury w domu konieczne jest posiłkowanie się grzałką elektryczną. Piece spalinowe mogą w szybkim czasie ogrzać wodę w grzejnikach, ponieważ dysponują bardzo szybko uwalnianą energią, w postaci ognia o wysokiej temperaturze. Sama pompa ciepła (bez grzałek) jest wystarczająca jedynie wtedy gdy ograniczymy prawie do zera wyziębianie budynku. Możliwe to jest w przypadku bardzo dobrego docieplenia oraz zastosowania wentylacji mechanicznej z rekuperacją. W przypadku wentylacji grawitacyjnej, zwiększenie różnicy temperatur między wnętrzem i zewnętrzem powoduje niczym nieograniczoną ucieczkę ciepłego, lekkiego powietrza kominem wentylacyjnym i zassanie zimnego z zewnątrz.

Z tego wynika, że zastosowanie ogrzewania pompą ciepła w tradycyjnych domach z grawitacyjną wentylacją jest mało opłacalne. Powodem jest konieczność skorzystania z grzałki elektrycznej wytwarzającej ciepło kilkakrotnie drożej niż pompa ciepła lub gaz. Sprzedawcy pomp ciepła powiedzą, że do zasilenia grzałek elektrycznych można wykorzystać energie słoneczną, jednak cała instalacja będzie wtedy mniej opłacalna. Może się okazać, że zastępując ogrzewanie gazowe pompą ciepła z grzałkami elektrycznymi zasilanymi panelami fotowoltaicznymi będziemy czekać na zwrot z całej inwestycji ponad 20 lat.

 Trzeba też dodać, że polski system energetyczny, aby oddać wyprodukowaną przez nas latem energie słoneczną musi wyprodukować ją zimą. Wtedy energia elektryczna dostarczana do naszych grzejników prawie w całości pochodzi ze spalania węgla.