Czy nowoczesne ogniwa fotowoltaiczne skutecznie zastąpią tradycyjne kolektory słoneczne? W tym artykule przeanalizujemy, jak działają instalacje fotowoltaiczne do podgrzewania wody, jakie mają zalety, a jakie ograniczenia. I czy rzeczywiście są warte inwestycji.
Spis treści:
W poprzedniej części naszych rozważań na temat wykorzystania energii słonecznej w gospodarstwie domowym skupiłem się na najstarszej metodzie spośród powszechnie wykorzystywanych w gospodarstwach domowych, tj. bezpośrednim podgrzewaniu wody z użyciem tzw. kolektorów słonecznych.
SPRAWDŹ: Energia ze słońca: Kolektory słoneczne – czy to się opłaca?
Obecnie przeanalizujemy możliwość podgrzania ciepłej wody użytkowej za pomocą grzałki elektrycznej podłączonej do ogniw fotowoltaicznych. Zestaw takich ogniw nazywany jest panelem fotowoltaicznym, ale my w niniejszym artykule będziemy używać nazwy ogniwa fotowoltaiczne. Pozwoli to lepiej odróżnić dwa porównywane systemy – fotowoltaikę i kolektory słoneczne.
W jakim celu? Ponieważ obecnie można spotkać się z ofertami takich właśnie zestawów na różnych platformach zakupowych. Oferowane są jako zamienna technologia względem kolektorów słonecznych.
Fotowoltaika kontra kolektor. Czy lepsze jest wrogiem dobrego?
W dalszej części wyjaśnię, skąd ten nieco prowokacyjny tytuł, natomiast na wstępie przeanalizujmy budowę takiej instalacji.
Aby uzyskać ciepłą wodę użytkową z użyciem ogniw fotowoltaicznych potrzebujemy w najprostszym przypadku zestawu ogniw, sterownika/falownika, który dobierze optymalne parametry zasilania oraz bojlera z grzałką elektryczną.
Jak to działa? Bardzo prosto. Ogniwa fotowoltaiczne zamieniają światło słoneczne na prąd stały, sterownik dba o to, aby przy zmiennych warunkach oświetleniowych grzałka otrzymywała prąd o jak najlepszych parametrach.
Końcowym elementem jest grzałka elektryczna, która bezpośrednio zamienia energię elektryczną na energię cieplną.
Wygląda bardzo prosto i estetycznie, prawda?
No tak, ale w teorii. W praktyce zaś musimy odpowiedzieć sobie na kilka pytań. I odpowiedzi na te pytania zapewne dostarczą pytań kolejnych. Oto one:
- dla ilu osób potrzebujemy dostarczyć ciepłą wodę?
- gdzie umieścimy ogniwa słoneczne?
- czy planujemy wnioskować o dofinansowanie?
- czy chcielibyśmy dodatkowo produkować prąd elektryczny na potrzeby gospodarstwa domowego (a może już mamy taką instalację)?
- czy mamy już działającą instalację CWU?
Aby odpowiedzieć na nie załóżmy na początek, żeby mieć odniesienie do instalacji z kolektorami słonecznymi z poprzedniego artykułu, że mamy rodzinę 2+2, której potrzeby zabezpieczy bojler na wodę o pojemności 300 l. Zakładana temperatura wody użytkowej to 50 stopni Celsjusza. Załóżmy też, że bojler podłączony jest do istniejącej instalacji CWU działającej w oparciu o np. kocioł gazowy.
POLECAMY: Samochód elektryczny dla Kowalskiego – czy to się opłaca?
W takim przypadku potrzebujemy jedynie dodatkowej grzałki elektrycznej zainstalowanej w bojlerze. Najlepszym rozwiązaniem jest zadbanie na etapie zakupu bojlera, aby miał on zainstalowaną grzałkę oraz wężownicę do klasycznego podgrzewania wody. Grzałka powinna mieć moc minimum 2500 W aby skutecznie nagrzać taką ilość wody.
Skąd taka moc? Jeśli przyjmiemy, że potrzebujemy 300 litrów wody podgrzanej od temperatury 5 st. C do temperatury 50 st. C, to przy mocy grzałki wynoszącej 2500 W czas grzania wynosiłby ponad 6 godzin (źródło: Kalkulator czasy nagrzania wody).
Oczywiście te obliczenia dotyczą pełnej mocy instalacji przy największym nasłonecznieniu, więc w warunkach np. przejściowego zachmurzenia czas ogrzewania wydłużyłby się. Natomiast porównując taki układ do instalacji z kolektorami słonecznymi widać pewną przewagę fotowoltaiki, ponieważ nawet przy zachmurzonym niebie dostarcza ona prąd do ogrzewania.
Jest to zasługa wspomnianego wcześniej regulatora, który (zwłaszcza jeśli posiada tzw. układ MPPT) potrafi pozyskać i przetworzyć nawet niewielkie ilości światła słonecznego przy zachmurzonym niebie. Kolektor słoneczny w takiej sytuacji zazwyczaj nie pracuje.
No więc są przewagi. A niedogodności?
Cóż, są i to poważne…
- Przy dobrych warunkach pogodowych ogniwa fotowoltaiczne mają ponad trzykrotnie niższą sprawność energetyczną od kolektorów słonecznych na metr kwadratowy powierzchni. Pomijam straty na regulatorze/falowniku, ponieważ ciepło z kolektorów słonecznych też w niewielkim stopniu „ucieka” po drodze do bojlera.
Prosty rachunek wskazuje, że aby pozyskać analogiczną ilość energii jak z użyciem kolektorów, powierzchnia instalacji musi być około trzykrotnie większa. Trzeba więc to przewidzieć podczas projektowania instalacji. - Instalacja służąca jedynie do podgrzania wody, a więc niepodłączona do sieci energetycznej nie kwalifikuje się do programów dotacyjnych.
- Podgrzewając wodę jedynie do ekonomicznej temperatury „prysznicowej” (poniżej 50 st. C) musimy liczyć się z możliwością rozwoju bakterii Legionella. Co jakiś czas trzeba wtedy podgrzewać wodę w bojlerze do temperatury min. 70 st. C, aby zdezynfekować bojler. Instalacje oparte na kolektorach słonecznych w miesiącach letnich osiągają nawet wyższe temperatury (co niekiedy może być problemem w sytuacji instalacji zbyt dużej powierzchni kolektorów słonecznych w stosunku do pojemności zbiornika, łatwo wtedy o przegrzanie instalacji).
- Mając ogniwa fotowoltaiczne można sobie od razu zadać pytanie: A może tak również produkować prąd w celu zasilania urządzeń elektrycznych? W takim przypadku musimy przygotować się na nieco inny sposób realizacji instalacji i sporo formalności związanych z przyłączeniem naszej instalacji do sieci. A przecież naszym celem miało być jedynie łatwe pozyskanie ciepłej wody użytkowej.
Fotowoltaika do podgrzewania wody. Czy to się w takim razie opłaci?
W związku z tym, że naszą myślą przewodnią jest opłacalność inwestycji policzmy koszty według następujących założeń:
Mamy już zainstalowany bojler z wężownicą podłączoną do istniejącego pieca CO/CWU (np. gazowego). Bojler jest już wyposażony w grzałkę elektryczną – my założyliśmy pojemność bojlera 300 litrów i moc grzałki 2500 W. Potrzebujemy więc około 8 ogniw o mocy 300 W. Powierzchnia ogniwa to około 1,7 metra kwadratowego, więc musimy zarezerwować na dachu około 14 mkw.
PRZECZYTAJ TEŻ: Wodorowe autobusy dla Rzeszowa. Dostarczy je polski producent
Pamiętamy jednocześnie, że przy dachach wielospadowych o krawędziach przylegających ukośnie do siebie ogniwa nie wkomponują się idealnie. Wymagana jest więc jeszcze większa powierzchnia na dachu. Oczywiście niezacieniona.
Ogniwa podłączamy do specjalnej przetwornicy pracującej w systemie MPPT, która umożliwia pracę instalacji również przy zachmurzeniu (z niższą mocą). Przetwornica nie umożliwia podłączenia innych urządzeń elektrycznych niż grzałka.
Taki zestaw z montażem możemy zakupić za około 6 – 7 tysięcy złotych. Analogiczny zestaw bazujący na kolektorach słonecznych (bez bojlera) możemy zainstalować za podobne pieniądze.
Czy więc warto?
Moim zdaniem – niekoniecznie.
Przemawiają za tym następujące argumenty:
- Powierzchnia instalacji fotowoltaicznej na dachu jest ponad trzykrotnie większa niż analogiczna, bazująca na kolektorach słonecznych.
- Musimy dbać o czystość mikrobiologiczną instalacji opartej o fotowoltaikę, jeśli nie chcemy zbyt mocno podgrzewać wody (jest to bowiem dodatkowy wydatek energetyczny dla instalacji). Dla kolektorów słonecznych zaś w lecie wysoka temperatura to nie problem.
- Zapomnijmy o dotacjach – przysługują one dla instalacji podłączonych do sieci energetycznej, a my skupiamy się przecież tylko na ogrzewaniu wody. Po uwzględnieniu dotacji oraz ulgi podatkowej instalacja oparta o kolektory słoneczne powinna być nawet tańsza od fotowoltaicznej.
Po co więc o tych instalacjach pisać?
Ponieważ są dostępne w handlu, a sprzedawcy niekoniecznie informują klienta o wszystkich aspektach zakupu takiej instalacji. Bywa, że dla ograniczenia ceny zestawu podaje się klientowi maksymalną moc falownika, a już nie wspomina wyraźnie o mocy dołączonych ogniw.
I tak dla falownika o mocy 3000 W dołącza się czasem ogniwa o mocy np. 1500 W, które nie zapewnią odpowiednich parametrów.
Oczywiście można dokupić dodatkowe ogniwa, ale cena zestawu nie będzie wtedy już tak atrakcyjna. Moim zdaniem, praktyki takie to pewna forma manipulacji.
A czy zestawy fotowoltaiczne do podgrzewania wody mają jakieś zalety?
- Są na pewno prostsze w serwisowaniu – nie ma w nich obiegu czynnika grzewczego, jak w przypadku kolektorów słonecznych.
- Mogą pracować efektywnie również przy zachmurzonym niebie.
- Można próbować obniżyć cenę instalacji instalując ogniwa używane, ale zazwyczaj brak jest na nie gwarancji, więc ryzyko wystąpienia problemów znacząco wzrasta. Nie każdy instalator podejmie się też montażu takich ogniw, aby uniknąć późniejszych kłopotów w przypadku potencjalnych awarii.
Podsumujmy. Czy lepsze jest wrogiem dobrego?
W tym przypadku pozornie nowocześniejsza technologia niekoniecznie jest bardziej efektywna finansowo i użytkowo.
Natomiast ogrzewanie wody z użyciem instalacji fotowoltaicznej podłączonej do sieci energetycznej jest moim zdaniem dobrym pomysłem na optymalizację kosztów w nowym systemie rozliczania prosumentów (net-billing).
I o opłacalności budowy domowych instalacji fotowoltaicznych w kontekście nowego systemu rozliczeń porozmawiamy w następnym odcinku naszej serii. Dowiemy się też, dlaczego instalacje czasem wyłączają się, gdy mocno świeci słońce, czym różnią się systemy rozliczania prosumentów i jakie są tego praktyczne konsekwencje.
Tradycyjnie będę wdzięczny za uwagi i komentarze.
Masz pytania? Wstaw komentarz, wyślij maila: re******@*******ow.pl, albo napisz do nas na Facebooku.
