Fotowoltaica z prętem grzejnym: Jak generować ciepłą wodę za pomocą energii słonecznej
%25203%2520(1).webp)
Stefano Fonseca jest inżynierem energii i środowiska z ponad sześcioletnim doświadczeniem w zakresie technicznego wyposażenia budynków (TGA). Łączy wiedzę techniczną z pasją do zrozumiałej komunikacji. Od ponad pięciu lat pisze jako niezależny redaktor na temat energii odnawialnej i zrównoważonego życia, w szczególności o fotowoltaice i pompach ciepła.
Wykorzystanie energii słonecznej do ciepłej wody — czy jest to możliwe nawet bez pompy ciepła? Każdy z systemem fotowoltaicznym może przekształcić nadmiar energii bezpośrednio w gorącą wodę za pomocą prostego pręta grzewczego. W tym artykule dowiesz się, jak działa system, ile kosztuje i kiedy jest tego wart.
Co to jest element grzejny fotowoltaiczny i jak działa?
Pręt grzewczy PV to elektryczny element grzejny, który wykorzystuje energię słoneczną z systemu fotowoltaicznego do podgrzewania wody. Element grzejny znajduje się bezpośrednio w zbiorniku ciepłej wody lub zbiornik buforowy i jest aktywowany za pomocą kontrolera lub menedżera energii, gdy tylko nadmiar mocy fotowoltaicznej jest dostępny. W ten sposób można zwiększyć zużycie własne systemu fotowoltaicznego.
Projekt systemu: W ten sposób element grzejny jest zintegrowany z systemem fotowoltaicznym
Element grzejny fotowoltaiczny można zintegrować z systemem fotowoltaicznym na różne sposoby. Ważne jest, aby nadmiar energii słonecznej był wykorzystywany specjalnie do podgrzewania wody.
System DC
Najprostszym, ale najbardziej wymagającym technicznie rozwiązaniem jest bezpośrednie podłączenie do generatora fotowoltaicznego (system DC). Element grzejny jest obsługiwany bezpośrednio prądem stałym modułów słonecznych — falownik nie jest wymagany. Ten wariant oszczędza koszty i straty konwersji, ale wymaga, aby element grzejny dokładnie odpowiadał napięciu modułów słonecznych. Z reguły do tego celu stosuje się specjalne elementy grzejne prądu stałego o napięciu nominalnym około 120 do 350 woltów. Moduły zasilają energię elektryczną bezpośrednio do elementu grzejnego, który podgrzewa wodę bezpośrednio w zbiorniku. Elementy bezpieczeństwa, takie jak wyłączniki prądu stałego i ochrona przeciwprzepięciowa, są absolutnie konieczne, podobnie jak staranna konstrukcja.
System AC
Powszechną alternatywą jest połączenie przez sieć AC. Tutaj energia słoneczna jest najpierw zasilana do sieci domowej za pośrednictwem falownika. Pręt grzejny jest następnie obsługiwany przy napięciu 230 woltów, tak jak każde inne urządzenie elektryczne. Rozwiązanie to jest łatwe do zintegrowania z istniejącymi systemami fotowoltaicznymi i pozwala na wykorzystanie energii sieciowej, gdy wydajność fotowoltaiczna jest niewystarczająca. Element grzejny jest instalowany w zbiorniku i włączany za pomocą przekaźnika lub timera - sterowanie często odbywa się ręcznie lub za pomocą prostej technologii.
menedżer energii
Najbardziej wydajnym i wygodnym rozwiązaniem jest integracja za pomocą menedżera energii lub inteligentnego sterowania elementami grzejnymi. W tym przypadku inteligentny system monitoruje przepływ energii elektrycznej w domu i wykrywa, kiedy system fotowoltaiczny wytwarza więcej energii elektrycznej niż jest obecnie zużywana. Gdy tylko zostanie wykryty nadmiar, system aktywuje element grzejny. Zapobiega to niepotrzebnemu dostarczaniu energii elektrycznej do sieci i znacznie zwiększa zużycie własne. Oprócz odpowiedniego elementu grzejnego i magazynu wariant ten wymaga również menedżera energii lub systemu inteligentnego domu, który komunikuje się z falownikiem.
Wszystkie trzy warianty wymagają podstawowych elementów, takich jak system fotowoltaiczny, zbiornik ciepłej wody lub buforowy oraz odpowiedni element grzejny. Różnice leżą w regulacji, kosztach instalacji i elastyczności systemu. Modernizacja z menedżerem energii jest najbardziej praktycznym rozwiązaniem, szczególnie w przypadku istniejących systemów.
Ile kosztuje element grzejny PV?
Element grzejny fotowoltaiczny kosztuje łącznie około 1000 do 1500 euro. Sam element grzejny wynosi od 200 do 600 euro, w zależności od wersji. Inteligentny kontroler lub menedżer energii kosztuje dodatkowe 300 do 700 euro. Instalacja przez specjalistyczną firmę zwykle kosztuje od 300 do 500 euro. Dokładne koszty zależą od istniejącego systemu magazynowania, systemu fotowoltaicznego i pożądanego systemu sterowania.
Kiedy opłaca się element grzejny z fotowoltaicą?
Element grzejny z fotowoltaiką jest opłacalny, jeśli nadmiar energii słonecznej jest regularnie dostępny i można go opłacalnie wykorzystać do podgrzewania wody. Jest szczególnie przydatny w przypadku istniejących systemów fotowoltaicznych o wysokim zapotrzebowaniu na ciepłą wodę, na przykład w gospodarstwach domowych z czterema lub więcej osobami lub gdy dostępny jest zbiornik buforowy.
Poniższe porównanie kosztów pokazuje, jak działa ogrzewanie ciepłej wody za pomocą energii słonecznej w porównaniu z tradycyjnym gazowym ogrzewaniem kondensacyjnym. Podstawą jest typowy dom jednorodzinny z 4 osobami i rocznym zapotrzebowaniem na ciepłą wodę około 73 000 litrów.
Jeśli dobrze wykorzystasz nadwyżkę fotowoltaiczną, możesz znacznie obniżyć koszty energii dla ciepłej wody. W tym przykładzie około 200 euro rocznie. Inwestycja opłaca się po około 7 latach. Decydującym czynnikiem jest to, że system fotowoltaiczny wytwarza więcej energii elektrycznej niż jest zużywana w gospodarstwie domowym w miesiącach słonecznych — tylko wtedy element grzejny może być eksploatowany ekonomicznie
Ile fotowoltaiki potrzebuje element grzejny?
Moc fotowoltaiczna około 1,5 do 3 kWp jest wystarczająca do podgrzewania wody za pomocą elementu grzejnego w domu jednorodzinnym. Należy zaplanować co najmniej 0,4 do 0,8 kWp mocy fotowoltaicznej dla każdej osoby w gospodarstwie domowym, aby dostępna była wystarczająca ilość energii elektrycznej do podgrzewania wody.
Jak długo pręt grzewczy potrzebuje do podgrzewania wody?
W zależności od wydajności i ilości wody pręt grzewczy potrzebuje od 1,5 do 3 godzin na wytworzenie ciepłej wody. Na 150 litrów wody w temperaturze od 10 °C do 50 °C element grzejny o mocy 3 kW zajmuje około 2,5 godziny. Dokładny czas trwania zależy od objętości, różnicy temperatur i wydajności grzewczej.
Czy mogę zmodernizować pręt grzewczy?
W większości przypadków pręt grzejny można łatwo zmodernizować. Warunkiem wstępnym jest istniejący zbiornik ciepłej wody lub zbiornik buforowy z odpowiednim otworem wkręcanym. Podłączenie elektryczne do systemu fotowoltaicznego lub sieci domowej musi być również możliwe technicznie. Szczególnie łatwo jest modernizować nowoczesne systemy pamięci masowej z połączeniem zapasowym.
Czy element grzejny może być podłączony bezpośrednio do systemu fotowoltaicznego?
Pręt grzejny można podłączyć bezpośrednio do systemu fotowoltaicznego, jeśli zastosowany jest odpowiedni element grzejny DC. Jest zasilany bezpośrednio z prądu stałego modułów fotowoltaicznych bez falownika. Warunkiem wstępnym jest to, aby napięcie i moc modułów pasowały do wkładu grzewczego i odpowiednie środki ochronne, takie jak wyłączniki prądu stałego.