Innowacyjne zastosowanie fotowoltaiki.
Czy możliwe jest połączenie zalet kolektorów słonecznych i paneli fotowoltaicznych i jednocześnie pozbycie się wad obu technologii? Reasumując, chcemy grzać wodę wykorzystując energię słoneczną nie mając problemów z przegrzewającą się instalacją i nie interesuje nas sprzedaż energii elektrycznej do sieci. Czy to w ogóle możliwe?
W pierwszej części artykułu omówiliśmy podstawowe zalety i wady dwóch dostępnych na rynku – i często mylonych, technologii wykorzystujących energię słoneczną.
Panele fotowoltaiczne czy kolektory słoneczne?
Zakończyliśmy pytaniem: czy możliwe jest połączenie zalet kolektorów słonecznych i paneli fotowoltaicznych i jednocześnie pozbycie się wad obu technologii?
Przeanalizujmy:
Jakie zalety nas interesują?
- wykorzystanie energii słonecznej
- produkcja ciepła (c.w.u.)
Jakich wad chcemy uniknąć?
- awaryjność
- problemy ze sprzedażą energii (a dokładnej z uzyskiwaną ceną za sprzedaną energię)
- wysokie koszty
Reasumując, chcemy grzać wodę wykorzystując energię słoneczną nie mając problemów z przegrzewającą się instalacją i nie interesuje nas sprzedaż energii elektrycznej do sieci.
Czy to w ogóle możliwe?
Żeby uniknąć awaryjności systemu wynikającej z przegrzewania układu w gorące dni, nie stosujemy kolektorów słonecznych – czyli wybieramy technologię fotowoltaiczną. Ale nie chcemy sprzedawać energii do sieci – czyli nie stosujemy drogich inwerterów (przy okazji obniżamy koszt instalacji) i budujemy układ na napięciu DC. Chcemy ogrzewać wodę – czyli podłączamy nasze panele fotowoltaiczne do grzałki zainstalowanej w zbiorniku.
Oczywiście wszystko to jest proste w teorii. A jak to zrealizować w praktyce?
W praktyce układ też wydawał się prosty. Przynajmniej w założeniach ogólnych i do momentu gdy zaczęliśmy go praktycznie projektować. Na szczęście, dzięki współpracy inżynierów specjalizujących się w energetyce, automatyce, ciepłownictwie oraz gospodarce wodnej, udało się nam stworzyć unikalny produkt. W efekcie naszych poszukiwań naukowo – technologicznych istniejące technologie wykorzystujące energię słoneczną i służące ogrzewaniu wody znalazły nowe zastosowania.
Po pierwsze – skutecznie rozwiązaliśmy problem efektywnego wykorzystania energii słońca dzięki zastosowaniu opatentowanego sterownika regulującego moc grzania w zależności od nasłonecznienia. Warto zaznaczyć, że właścicielem patentu jest polska firma z którą nawiązaliśmy na tyle ścisłą współpracę, że w efekcie uzyskaliśmy rozwinięcie sterownika od produktu sterującego tylko grzaniem, do produktu odpowiedzialnego za automatykę hydrauliczną. Przy okazji uprościliśmy układ dzięki pracy na napięciu DC. W skrócie – nie stosujemy drogich inwerterów.
Po drugie – skutecznie wykorzystujemy zgromadzone w zbiorniku wody ciepło. Dzięki naszemu bogatemu doświadczeniu, potrafiliśmy zdefiniować podstawowe parametry techniczne takie jak wielkość zbiornika, moc grzałek czy sposób podłączenia układu do instalacji. Naszym credo jest maksymalne wykorzystanie każdej zainwestowanej złotówki w sposób zapewniający uzyskanie wymiernego efektu ekonomicznego – oszczędności przy ogrzewaniu c.w.u. W skrócie, układ powinien być tak zaprojektowany, aby 100 % energii uzyskanej ze słońca było wykorzystane w formie ciepłej wody użytkowej.
Po trzecie – w związku z tym, iż układ pracuje jako off-grid, czyli nie jest elektrycznie podłączony do sieci energetycznej unikamy procedury przyłączeniowej i oczywiście nie martwimy się problemem sprzedaży, energii elektrycznej – my nie produkujemy prądu tylko ciepło. Przy okazji, nie mamy problemu z uzgodnieniami z dostawcą ciepła, gdyż wszelkie prace wykonujemy na naszej instalacji wewnętrznej.
Czy jest to rewolucja w sposobie wykorzystania OZE? Na pewno jest to innowacyjne wykorzystanie istniejących rozwiązań, dzięki połączeniu ich w jeden nowatorski produkt.
Na czym polega ta innowacyjność? Otóż jako pierwsi w Polsce rozwiązaliśmy problem wykorzystania energii elektrycznej wyprodukowanej w panelach fotowoltaicznych do podgrzewu ciepłej wody użytkowej w budynkach wielorodzinnych. Po prostu, zgodnie ze starą zasadą – jeżeli nie wiesz, że nie da się czegoś zrobić, znajdziesz rozwiązanie jak to zrobić.
Pojawia się pytanie – czy jesteśmy w stanie zapewnić wystarczającą ilość ciepła?
Odpowiedź brzmi dwuznacznie. Ciepła grzewczego nie, gdyż ciepła potrzebujemy w zimie, a wtedy energii ze słońca jest zbyt mało. Natomiast ciepła w formie ciepłej wody użytkowej – tak. Najlepiej przeanalizujmy przykład:

Pobór c.w.u. a produkcja ciepła z PV
Niebieski wykres obrazuje typowy dobowy rozkład poboru ciepłej wody użytkowej. Jak widać mamy dwa szczyty – poranny i wieczorny. W okresie pomiędzy szczytami, pobór wody osiąga od 5 % do 10 %. System PVDC z założenia wymyślony został do produkcji ciepła w zakresie Pefektywna. Oznacza to, że moc systemu jest dobrana w taki sposób, by zapewnić dogrzanie ciepłej wody użytkowej pobieranej w okresie poza szczytami. Dzięki temu wykorzystujemy całą dostępną energię słoneczną w sposób efektywny. Dobranie systemu na wartość Pmaksymalna skutkowałby koniecznością budowy systemu o znacznie wyższej mocy oraz tym, że moc ta marnowałaby się – po prostu w okresie największego nasłonecznienia nie ma odpowiednio dużego zapotrzebowania na c.w.u.
Warto zadać sobie jeszcze jedno zasadnicze pytanie. Czy to się opłaca?
Po pierwsze musimy zastanowić się gdzie szukamy oszczędności?

Struktura zużycia energii w gospodarstwach domowych. Źródło: GUS
Jak można zauważyć na powyższym wykresie, aż 15 % energii zużywamy na podgrzanie gorącej wody użytkowej. W związku z tym, że energii tej potrzebujemy także latem, wykorzystanie energii słonecznej do szukania oszczędności w tym obszarze jest oczywiste.
Analizując dalej, musimy sobie odpowiedzieć, jak szybko nasza inwestycja przyniesie zyski. I tu odpowiedź jest prosta. Natychmiast po uruchomieniu. Każda porcja energii „podarowana” nam przez naszą gwiazdę, zostanie efektywnie zamieniona na energię cieplną zgromadzoną w naszym zbiorniku buforowym. Pozostaje tylko ją zużyć.
Poniżej prezentujemy szacunkowe dane obrazujące okres zwrotu z inwestycji w system PVDC o mocy około 4 kW w zależności od pierwotnego źródła ciepła (budynek wielorodzinny):
Szacunkowe okresy zwrotu z inwestycji
Nakład inwestycyjny netto 36000 zł | |||
Miesięczne zapotrzebowanie na c.w.n. | |||
133 m3 | 133 m3 | 133 m3 | 100 m3 |
Koszt ogrzewania c.w.u. | |||
Ciepło miejskie – 30 zł/m3 | Ciepło miejskie – 45 zł/GJ | Ciepło miejskie – 62 zł/GJ | Olej opałowy – 41 zł/m3 |
Szacunkowo roczna oszczędność (bez dofinansowania z UE) | |||
4100 zł | 4400 zł | 5900 zł | 5600 zł |
Szacowany okres zwrotu | |||
ok. 8 lat | ok. 7 lat | ok. 5,5 lat | ok. 6 lat |
Jak widać, szacunkowy okres zwrotu jest bardzo krótki, choć oczywiście należy pamiętać, że rzeczywiste efekty mogą nieco odbiegać od szacunkowych, za sprawą zmienności warunków nasłonecznienia w poszczególnych latach.
Reasumując:
Inwestycja w system PVDC służący do podgrzewu c.w.u. przynosi wymierne korzyści. Efekt ekonomiczny opiera się na:
- prostocie systemu -brak przekształcania napięcia na AC, brak problemów formalno-prawnych na etapie przyłączania. Układ jest dostosowany do każdego rodzaju systemu grzewczego, gdyż nie ingeruje w sam system grzewczy, a jedynie go wspomaga.
- modułowej budowie systemu – nie zawsze istnieje potrzeba montażu wszystkich elementów systemu (np. można wykorzystać istniejące zbiorniki buforowe), system mocowania paneli PV można dobrać do każdego rodzaju dachów
- innowacyjności – dzięki zastosowaniu opatentowanego rozwiązania serownika DC potrafimy efektywnie zarządzać dostępną energią słoneczną, zniwelowano wady kolektorów słonecznych dotychczas wykorzystywanych do podgrzewu wody.
- opłacalności – korzyści ekonomiczne z instalacji systemu PVDC są oczywiste, tym bardziej, że jako system fotowoltaiczny kwalifikuje się do dofinansowania na fotowoltaikę.
System PVDC o mocy 4 kW dedykowany jest do budynków wielorodzinnych.
W przypadku instalacji systemu PVDC o mocy 4 kW będziemy potrzebowali około 27m2 powierzchni dachowej. Jak widać, nie jest to powierzchnia zbyt duża, zwłaszcza w kontekście dostępnej powierzchni na typowym budynku wielorodzinnym. System PVDC jest systemem off grid – pracującym autonomicznie. Jego instalacja nie musi być poprzedzona uzgodnieniami dostawców mediów (prądu i ciepła). Jego instalacja nie wymaga również uzyskania pozwolenia na budowę.
Panele fotowoltaiczne stosowane w naszych zestawach są mocne i odporne na uszkodzenia. Zostały zaprojektowane tak, aby wytrzymać niszczące działanie sił natury. Są odporne na śnieg, deszcz, wiatr a nawet grad. W ramach standardowego zestawu PVDC dostarczamy panele o ponadstandardowej wytrzymałości na obciążenia statyczne (8000 Pa).
Zestawy kompletujemy wyłącznie z elementów polskich producentów, co zapewnia Państwu pewniejszy i krótszy łańcuch dostaw, gwarancję dostępności części zamiennych, wsparcie techniczne polskich inżynierów.
O autorze:
mgr inż. Adam Chmielewski – specjalista ds. energetyki i OZE, z doświadczeniem w pracy w Zakładzie Energetycznym, w tym na stanowisku dyrektora departamentu oraz w ramach własnej działalności. Współtwórca innowacyjnego projektu PVDC (fotowoltaika do podgrzewu ciepłej wody użytkowej) z powodzeniem wdrażający go w spółdzielniach mieszkaniowych w północno-wschodniej Polsce.
Współzałożyciel oraz Prezes WES Sp. z o.o.