Grzanie wody z fotowoltaiki

W tym artykule przyjrzymy się, w jaki sposób grzanie wody z fotowoltaiki może stanowić alternatywę lub uzupełnienie dla magazynu energii. Wykorzystując energię z instalacji fotowoltaicznej można w ten sposób zaoszczędzić znaczną ilość pieniędzy, jednocześnie zmniejszając nie tylko zużycie w domu energii elektrycznej pobieranej sieci, ale także rachunki za gaz.

Grzanie wody z fotowoltaiki – jak zapewnić ciepłą wodę

Grzanie wody z fotowoltaiki odbywa się za pomocą sterownika fotowoltaicznego do grzania wody z paneli fotowoltaicznych (inne nazwy to sterownik bojlera do instalacji PV, lub sterownik do grzania wody z paneli). Jest to urządzenie elektroniczne, które przesyła nadwyżkę energii elektrycznej z fotowoltaiki do bojlera z grzałką elektryczną. Zmniejsza to lub czasami nawet eliminuje potrzebę korzystania z energii elektrycznej pobieranej z sieci do podgrzewania wody.

Sterowniki współpracują z klasycznymi bojlerami elektrycznymi (zwanymi również magazynami energii cieplnej), które składają się z bojlera z grzałką (lub kilkoma grzałkami).

To, czy sterownik się opłaci, zależy od szeregu czynników. Obejmują one wielkość zużycia ciepłej wody w domu, wielkość produkcji energii z fotowoltaiki oraz dostępną nadwyżkę prądu z fotowoltaiki, cenę odsprzedaży energii z fotowoltaiki, cenę zakupu prądu z elektrowni.

Jeśli instalacja fotowoltaiczna jest wystarczająco duża lub zużycie ciepłej wody jest wystarczająco niewielkie, możliwe jest, że sterownik sprawi, że ciepła woda użytkowa będzie całkowicie zasilana fotowoltaiką. Jednak zimą, gdy produkcja energii z fotowoltaiki jest niska, a zużycie ciepłej wody jest wysokie, w wielu domach nie będzie wystarczającej nadwyżki prądu z fotowoltaiki, aby utrzymać ciepłą wodę podczas długich okresów zimnej i pochmurnej pogody.

Może się wówczas okazać, że potrzeba pobrać dodatkową energię elektryczną z sieci lub z gazu, aby podgrzać wodę.

Energia z fotowoltaiki do grzania wody

Sterowniki są w stanie przesyłać nawet niewielkie ilości nadwyżki prądu z fotowoltaiki do grzałki. Ale ponieważ ta moc nie jest dostarczana w sposób ciągły (moc dostarczana przez instalację fotowoltaiczną nieustannie się zmienia, z powodu np. zmieniającego się zachmurzenia), nie może być używana do sterowania urządzenia wyposażonego w pompę, silnik czy elektronikę.

W rezultacie nie można ich używać do pomp ciepła, ale można ich używać np. do wspomagania kolektorów słonecznych.

Chociaż ich najczęstszym zastosowaniem jest zasilanie ciepłej wody użytkowej, mogą być również wykorzystywane do ogrzewania np. basenu lub łazienkowego grzejnika elektrycznego. W zależności od sterownika, możliwe jest przesyłanie nadwyżki prądu z fotowoltaiki do więcej niż jednej grzałki.

Jak działają sterowniki do grzania wody z paneli?

Ilość energii elektrycznej wytwarzanej przez instalację PV w ciągu dnia zmienia się w zależności od pory dnia oraz ze względu na zmiany pogody. Ponadto ilość energii elektrycznej zużywanej w domu może gwałtownie zwiększać się lub zmniejszać się. Zwykle skutkuje to dużymi wahaniami nadwyżki dostępnej energii z fotowoltaiki. Dlatego często nie jest ona wystarczająca, aby zapewnić klasycznej grzałce moc, do której została zaprojektowana.

Sterownik fotowoltaiczny do grzania wody umożliwia natomiast płynną regulację mocy (np. od 0W do 3kW), dzięki czemu można wykorzystać dostępną nadwyżkę energii z fotowoltaiki do podgrzania wody, niezależnie od tego ile ta nadwyżka wynosi (w zakresie parametrów pracy sterownika i grzałki).

Ile można zaoszczędzić korzystając ze sterownika do grzania wody z paneli

Kwota zaoszczędzona przez sterownik bojlera do instalacji PV to każda kilowatogodzina energii z instalacji fotowoltaicznej, wykorzystana do podgrzania wody. W ten sposób unikamy poboru prądu z sieci, czyli w przy obecnych cenach ok 1 zł / kWh. Jednak tę wartość należy pomniejszyć o cenę odsprzedaży energii z fotowoltaiki do sieci – gdybyśmy nie podgrzali wody, prąd z fotowoltaiki trafiłby do sieci, za co otrzymalibyśmy środki na depozycie prosumenckim (chyba że, cena odsprzedaży prądu jest ujemna, co czasami się zdarza).

W zależności od przyjętych założeń, można zaoszczędzić rocznie na ogół od kilkuset złotych do kilku tysięcy złotych.

Jeżeli mamy instalację np. 10 kW i wykorzystujemy nadwyżki energii z fotowoltaiki w wysokości powiedzmy 2.000 kWh rocznie, wówczas można zaoszczędzić ok. 2.000 zł rocznie na rachunkach za prąd (zobacz ceny instalacji fotowoltaicznych).

Dla obliczenia opłacalności montażu sterownika do grzania wody z paneli, powyższą kwotę należy jednak pomniejszyć o utraconą sprzedaż prądu z fotowoltaiki. Gdyby woda nie była podgrzewana, wówczas prąd z fotowoltaiki zostałby sprzedany do sieci po cenie RCE. Ceny sprzedaży energii z PV są dość niskie (szczególnie w okolicach godzin południowych, kiedy to właśnie najkorzystniej zasilać grzałkę prądem z fotowoltaiki) i można przyjąć stawkę 0,2 zł/kWh (zobacz ceny najpopularniejszy paneli fotowoltaicznych).

A zatem zaoszczędzony w tym przykładzie koszt prądu 2.000 zł należy pomniejszyć o utraconą sprzedaż w wysokości 400 zł (2.000 kWh x 0,2 zł/kWh). Sumaryczna oszczędność wyniesie zatem 1.600 zł rocznie.

Biorąc pod uwagę cenę sterownika do grzania wody w okolicach 4.000 zł z montażem, okres spłaty takiej inwestycji wyniósłby poniżej trzech lat. Ilość energii potrzebna do ogrzania wody dla jednej osoby przyjmowana jest na poziomie ok. 850 kWh rocznie (50 litrów na osobę dziennie), czyli 2.000 kWh odpowiada zużyciu ciepłej wody użytkowej w domu zamieszkiwanym przez dwie / trzy osoby.

Trzeba jednak mieć również na uwadze, iż do poprawnego funkcjonowania sterownika do grzania wody z fotowoltaiki, potrzebny jest dodatkowy licznik, tzw. smart meter do pomiaru kierunku i ilości przepływu prądu. Sterownik musi uzyskać informacje, czy występuje nadwyżka prądu z fotowoltaiki i jak jest duża. Liczniki smart meter są standardowo montowane wraz z magazynami energii (zobacz ceny najpopularniejszych magazynów energii).

Co należy wziąć pod uwagę przed zakupem przełącznika

Potencjalne oszczędności, które mogą wynikać z montażu sterownika bojlera do instalacji PV będą zależeć od ilości wody jaką należy podgrzać, czy dostępnej nadwyżki energii z z fotowoltaiki. Może się okazać, że w przypadku niewielkiego zapotrzebowania na ciepłą wodę lub jeśli instalacja fotowoltaiczna ma niewielkie nadwyżki energii, montaż sterownika będzie nieopłacalny.

Warto również sprawdzić, jak szybko schładza się woda w bojlerze. Na ogół tempo wychładzania nie powinno przekraczać 1 stopień Celsjusza na godzinę. Jeżeli woda schładza się szybciej, przyczyną może być niedostateczna izolacja bojlera, cyrkulacja wody może również przyczyniać się do szybszego spadku temperatury.

Programator czasowy do grzania wody

Wodę można podgrzewać energią z instalacji fotowoltaicznej również za pomocą programatora czasowego. Ustawiamy wówczas godzinę uruchomienia grzałki, o której spodziewana jest duża produkcja prądu z fotowoltaiki i jednocześnie największy eksport energii do sieci.

Problemem jest to, że nie ma gwarancji, iż w tym okresie produkcja prądu z instalacji fotowoltaicznej będzie największa, np. z powodu deszczu lub chmur, nie mówiąc już o okresie jesienno-zimowym. Jeśli w czasie, gdy programator załączy grzałkę w bojlerze, ilość prądu z fotowoltaiki będzie zbyt niska, brakująca część zostanie pobrana z sieci.

Jednak programator czasowy jest bardzo tanim rozwiązaniem i nawet jeśli spowoduje niewielki pobór prądu z sieci, może być bardzo opłacalny.

Ile potrzeba energii do ogrzania wody

Załóżmy, że chcemy ogrzewać 150 litrów wody dziennie (dla 3 osób).

Ogrzanie 150 litrów wody do temperatury 50 stopni Celsjusza (temperatura wejściowa 10 stopni), wymaga dostarczenia ok. 7 kWh energii.

Aby zatem ogrzać bojler o pojemności 150 l, potrzebujemy, w zależności od mocy grzałki:

• 1,5 kW – 4 godziny 40 minut
• 2 kW – 3 godziny 30 minut
• 3 kW – 2 godziny 20 minut
• 4,5 kW – 1 godzina 33 minuty

Jeśli więc posiadasz 150-litrowy zbiornik do ciepłej wody z grzałką o mocy 2 kW, możesz ustawić programator czasowy tak, aby działał przez ponad 4 godziny dziennie. Wiosną i latem bojler osiągnie maksymalną temperaturę i wyłączy się przed upływem 4 godzin, ale w dni o dużym zużyciu ciepłej wody lub przy gorszej pogodzie może działać przez pełne 4 godziny.

Jeśli programator zostanie ustawiony na włączenie o godzinie 11:00, to na ogół temperatura powinna osiągnąć wymagany poziom przed godziną 15:00.

Podgrzewanie wody z fotowoltaiki gdy falownik wytwarza określoną moc

Innym sposobem na grzanie wody z fotowoltaiki, jest załączanie grzałki, gdy instalacja fotowoltaiczna generuje określoną moc (np. gdy produkcja z falownika osiągnie moc 3 kW).

W tym wypadku wadą jest ryzyko, iż pobór energii w domu przed załączeniem grzałki będzie na tyle duży, że uruchomienie grzałki spowoduje pobór prądu z sieci.

To rozwiązanie mogą jednak w bardzo prosty sposób zastosować posiadacze falowników Fronius serii SnapInverter czyli Fronius Symo lub Primo. Szczegóły tego rozwiązania opisano tutaj.

Sterowniki fotowoltaiczne do grzania wody z płynną regulacją mocy

Gdy regulator podgrzewania wody jest połączony z licznikiem energii (smart meter) i zintegrowany z instalacją fotowoltaiczną, grzałka może być załączana lub wyłączana w płynny sposób w zależności od dostępnej mocy.

Poniżej kilka przykładów sterowników do grzania wody z płynną regulacją.

Fronius Ohmpilot

Fronius Ohmpilot to regulator sterujący odbiornikami rezystancyjnymi, który wykorzystuje nadwyżki energii z instalacji fotowoltaicznej. Grzałka jest odbiornikiem rezystancyjnym, podobnie jak promiennik podczerwieni czy grzejnik elektryczny.

Dzięki bezstopniowej regulacji w zakresie od 0 do 9 kW, można precyzyjnie wykorzystać nadwyżkę energii z fotowoltaiki i zapobiec jej eksportowi do sieci.

Grzałka ze sterownikiem ATON

ATON to zestaw do wykorzystania nadwyżek energii fotowoltaicznej. Grzałka o mocy 3 kW może być regulowana w sposób ciągły (od 50W), dzięki czemu mamy możliwość płynnego wykorzystania nadwyżki energii z fotowoltaiki.

Grzałka ze sterownikiem MyPV

Produkty firmy MyPV są podobne do wymienionych wcześniej. MyPV AC ELWA-E umożliwia płynne wykorzystanie nadwyżki energii z instalacji fotowoltaicznej od 0 watów.

Regulator grzałki SolarEdge

Sterownik CWU SolarEdge Home również przekierowuje energię do zasilania grzałki w bojlerze. Urządzenie posiada regulację mocy do 5 kW.