W obliczu globalnych zmian klimatycznych i rosnącego zanieczyszczenia powietrza korzystanie z czystych, odnawialnych źródeł energii staje się koniecznością. Jednak zastosowanie nowoczesnych i ekologicznych systemów grzewczych ma również ekonomiczne uzasadnienie.
Modelowym pod tym względem rozwiązaniem jest współpraca pompy ciepła i fotowoltaiki, ale wiele korzyści może przynieść także często łatwiejsze w realizacji połączenie kotła gazowego i paneli fotowoltaicznych. Tego typu systemy hybrydowe cieszą się coraz większym zainteresowaniem także dzięki temu, że wykorzystanie OZE pozwala uzyskać dofinansowanie w ramach programów wspierających redukcję emisji.
SYSTEMY GRZEWCZE
W kontekście ekologicznych systemów grzewczych najczęściej wymienia się pompy ciepła współpracujące z fotowoltaiką, gdzie energia elektryczna wytwarzana przez panele PV zasila pompę ciepła, która ogrzewa, zasila instalację centralnego ogrzewania oraz dostarcza ciepłą wodę użytkową (c.w.u.). Nie tak oczywistym, lecz także przynoszącym wiele korzyści rozwiązaniem jest połączenie z fotowoltaiką kondensacyjnego kotła gazowego. Tego typu instalacja hybrydowa w porównaniu z tradycyjnymi systemami pozwala ograniczyć szkodliwe emisje do atmosfery i koszty, nie wymaga tak dużej inwestycji jak kupno pompy ciepła.
Atrakcyjność tego rozwiązania podnosi też duży i wciąż rosnący dostęp do sieci gazowej oraz możliwość stosunkowo łatwego dostosowania istniejącego już systemu na bazie kotła gazowego do efektywnej współpracy z fotowoltaiką. Kluczowym elementem jest zasobnik na c.w.u. z dodatkową grzałką elektryczną.
Kondensacyjne kotły gazowe to nowoczesne i bardzo wydajne urządzenia grzewcze. Ich sezonowa efektywność energetyczna ogrzewania wynosi nawet powyżej 95%. Oznacza to, że paliwo przetwarzane jest na ciepło niemal bezstratnie. Poza tym, w odróżnieniu od kotłów na paliwa stałe, są praktycznie bezobsługowe. Nowoczesne kotły kondensacyjne oferują możliwość zdalnego sterowania, np. przez smartfona, co pozwala na pełną kontrolę nad systemem grzewczym nawet spoza domu. Jednocześnie charakteryzują się wysoką niezawodnością i łatwością obsługi, co przekłada się na wysoki komfort ogrzewania budynków. Połączenie w jednej instalacji kondensacyjnego kotła gazowego i paneli fotowoltaicznych pozwala ograniczyć emisyjność i podnieść efektywność systemu, co przekłada się na obniżenie kosztów eksploatacji.
Kotły kondensacyjne umożliwiają również dostęp do gazowych paliw alternatywnych, w tym wodoru wymienianego często jako przyszłe paliwo gospodarki światowej. Obecnie dostępne na rynku rozwiązania pozwalają na spalanie mieszanek o niewielkim udziale wodoru, jednak wiodący producenci dysponują również kotłami pozwalającymi na pracę z czystym wodorem. Kocioł kondensacyjny, jako rozwiązanie tanie i o wysokiej sprawności, może okazać się zatem dobrym uzupełnieniem wodorowych systemów magazynowania energii, stanowiąc ekonomiczną alternatywę dla drogich układów ogniw paliwowych i pomp ciepła.
Kocioł kondensacyjny + fotowoltaika = oszczędność na ciepłej wodzie użytkowej (c.w.u.) Mimo że fotowoltaika w tym układzie nie wspiera bezpośrednio systemu ogrzewania budynku, to znacząco może obniżyć koszty pozyskiwania ciepłej wody użytkowej. Dzięki współpracy paneli fotowoltaicznych z kotłem jednofunkcyjnym oraz zasobnikiem c.w.u. wyposażonym w grzałkę elektryczną, nadmiar energii produkowanej przez panele w słoneczne dni może być wykorzystany do podgrzewania wody. Takie rozwiązanie pozwala na optymalne zagospodarowanie wytworzonej energii elektrycznej i minimalizuje koszty eksploatacji budynku, co czyni taki hybrydowy system atrakcyjnym finansowo.
ENERGIA ZE SŁOŃCA OKIEM EKSPERTA
Jak zauważa profesor Politechniki Warszawskiej dr. hab. inż. Michał Marzantowicz, fotowoltaika jako jedna z niewielu technologii daje powszechny dostęp do energii odnawialnej indywidualnym odbiorcom i niewielkim wspólnotom. - Jest szeroko dostępna i łatwa w instalacji – podkreśla naukowiec i dodaje, że pomimo początkowych wątpliwości co do opłacalności tego rozwiązania, technologia ta uległa znaczącej ewolucji. – Opłacalność fotowoltaiki była wielokrotnie kwestionowana, a wiele z podnoszonych przez jej przeciwników argumentów było słusznych. Pierwsze generacje dostępnych komercyjnie paneli były zbyt drogie i zbyt szybko ulegały degradacji, by ich instalacja zwróciła się użytkownikowi indywidualnemu. Obecnie zarówno ceny, jak i jakość paneli uległy zdecydowanej poprawie – mówi profesor Marzantowicz.
Dziś fotowoltaika nie tylko zmniejsza koszty energii elektrycznej w wielu gospodarstwach domowych, lecz także stała się realną alternatywą dla takich technologii grzewczych jak instalacje solarne. – Połączenie kotła gazowego z tak zwanym solarem, w którym światło słoneczne podgrzewa glikol lub inny czynnik obiegowy, jeszcze kilka lat temu było rozwiązaniem stosunkowo popularnym i wydajnym. Dziś już instalacje przepływowe nie są jedynym rozwiązaniem – tłumaczy naukowiec. – Pomimo niższej sprawności pozyskiwania energii ze słońca w systemach fotowoltaicznych, energia elektryczna może być z powodzeniem wykorzystywana do wstępnego ogrzewania wody lub do magazynowania energii w postaci ciepła w bojlerze. Niskie ceny paneli fotowoltaicznych, w połączeniu z wysoką sprawnością i czasem użytkowania sięgającym 20 lat sprawiają, że systemy fotowoltaiczne stają się konkurencją dla solarnych instalacji przepływowych – mówi profesor Marzantowicz.
HYBRYDOWE SYSTEMY GRZEWCZE
– Fotowoltaika daje dostęp do taniej energii, a czas zwrotu inwestycji może okazać się niezwykle krótki, pod warunkiem że energia będzie mogła być wykorzystana na miejscu – mówi profesor Marzantowicz. Taką możliwość daje właśnie instalacja hybrydowa łącząca kocioł gazowy z fotowoltaiką. Warunkiem jest wyposażanie jej w zasobnik z grzałką elektryczną. Wówczas nadmiar energii wyprodukowanej przez panele PV może być wykorzystany do podgrzewania wody w zasobniku, co przekłada się na zmniejszenie zużycia gazu. Takie rozwiązanie jest nie tylko ekologiczne, lecz również ekonomiczne. Dla optymalizacji kosztów eksploatacji domu zasadnicze znaczenie ma efektywne zarządzanie energią. – Moim zdaniem kwestią kluczową dla opłacalności jest nie ilość lub cena komponentów systemu, ale inteligentne gospodarowanie energią – podkreśla ekspert. – System hybrydowy pozwala na maksymalne wykorzystanie energii elektrycznej wytworzonej przez panele fotowoltaiczne w okresach jej nadprodukcji, np. w południe, kiedy zapotrzebowanie na energię elektryczną jest niższe – dodaje.
Pomimo licznych zalet, fotowoltaika nie jest idealnym źródłem energii. - Popularność fotowoltaiki wytworzyła kolejny problem: okresy pozyskiwania energii nie pokrywają się w skali doby z okresami zapotrzebowania na energię. Pomimo dodatniego bilansu energii w skali doby, odbiorcy są skazani na import energii z sieci elektrycznej w godzinach wieczornych i porannych – wyjaśnia profesor Marzantowicz. – Problemem staje się także nadprodukcja energii w godzinach południowych, co wpływa na zmiany w taryfach energetycznych i może zniechęcać niektóre osoby do inwestowania w fotowoltaikę. Jednak niewykorzystanie tej technologii w sytuacji, gdy energia staje się coraz bardziej deficytowym dobrem, byłoby absurdem. Pomimo niższej sprawności pozyskiwania energii ze słońca w systemach fotowoltaicznych, energia elektryczna może być z powodzeniem wykorzystywana do wstępnego ogrzewania wody lub do magazynowania energii w postaci ciepła w bojlerze – tłumaczy ekspert.
KOCIOŁ KONDENSACYJNY + FOTOWOLTAIKA – ZALETY I WADY
Mimo że współpraca fotowoltaiki z kotłem gazowym nie jest tak oczywistym rozwiązaniem jak połączenie fotowoltaiki z pompą ciepła, to umożliwia redukcję emisji do atmosfery szkodliwych gazów i pyłów, a w dodatku pozwala zaoszczędzić na podgrzewaniu wody.
Pewną wadą takiego hybrydowego rozwiązania w porównaniu do tradycyjnej instalacji z kotłem dwufunkcyjnym jest konieczność wygospodarowania miejsca na zasobnik oraz koszt instalacji fotowoltaicznej. Ten ostatni niweluje jednak fakt, że decydując się na instalację kotła i fotowoltaiki, można skorzystać z dofinansowania z różnego rodzaju programów wspierających termomodernizację i rozwój OZE, co obniża koszt inwestycji, oraz pozwala znacznie zredukować przyszłe koszty eksploatacji domu. Oprócz darmowego prądu inwestor zyskuje oszczędności w postaci zmniejszenia zużycia gazu potrzebnego do podgrzania c.w.u.
ROLA ZASOBNIKA W INSTALACJI HYBRYDOWEJ
Dla wydajności instalacji łączącej kocioł gazowy z fotowoltaiką kluczowe znaczenia ma pojemność zasobnika (bufora ciepła). Jego dobór należy dostosować do zapotrzebowania domowników na ciepłą wodę (c.w.u.) i mocy instalacji fotowoltaicznej. Szacunkowo przyjmuje się, że dla typowego gospodarstwa domowego liczącego 2–3 osoby pojemność zasobnika powinna wynosić od 100 do 150 litrów, a dla 4–5 osób – od 200 do 300 litrów.
