2021-07-19 07:54:54 
Ile energii potrzebujemy do przygotowania CWU?
Zapotrzebowanie na ciepła wodę w domu jednorodzinnym zależy nie tylko od liczby mieszkańców , ale ich trybu życia, nawyków higienicznych i bywa znacznie zróżnicowane. Pod względem zapotrzebowania energetycznego rocznie przy przeciętnej intensywności użytkowania zużywamy na jej podgrzanie ok. 1200 kWh energii w przeliczeniu na każdego mieszkańca, co stanowi znaczna pozycję w bilansie energetycznym całego domu.
Zależnie od systemu przygotowywania ciepłej wody użytkowej - centralnie czy oddzielnie dla poszczególnych przyborów - wykorzystujemy różne urządzenia grzejne zużywające paliwa gazowe lub stałe, energię elektryczną bądź zasilane z odnawialnego źródła energii (OZE) w postaci kolektorów słoneczny lub paneli fotowoltaicznych.
Natomiast zasadniczy wpływ na koszty korzystania z c.w.u. ma rodzaj energii wykorzystywanej do podgrzewania wody i oczywiście najtańszym nośnikiem będzie czerpanie jej z OZE, choć wymaga to poniesienia dość znacznych wydatków inwestycyjnych.
Ponieważ podgrzewanie wody użytkowej odbywa się najczęściej w połączeniu z instalacją grzewczą budynku, obieg c.w.u. powinien mieć możliwość niezależnego funkcjonowania, gdy poza sezonem grzewczym system c.o. nie pracuje.
Problem ten dotyczy głównie kotłów opalanych paliwem stałym, gdyż ich cykliczne uruchamianie na potrzeby c.w.u. jest uciążliwe i generuje niepotrzebne straty energii. Dlatego w praktyce w takich sytuacjach instalowane jest dodatkowe, niezależne źródło podgrzewania wody najczęściej z wykorzystaniem energii elektryczne lub kolektorów słonecznych.
Solary czy PV w instalacji CWU?
Wykorzystanie ekologicznych źródeł energii doskonale sprawdza się w instalacjach przygotowania c.w.u., choć przy bezpośrednim zasilaniu dostarczają one dostateczna ilość energii (oczywiście przy użyciu paneli o rozsądnych wymiarach) na bieżące potrzeby jedynie w słonecznych miesiącach roku. Doskonale więc nadają się jako źródła energii wykorzystywanej w okresie letnim, jako alternatywny sposób zasilania instalacji przystosowanej standardowo do współpracy z kotłem na paliwo stałe.
Oczywiście ten sposób wykorzystania energii można zastosować przy instalacjach ogrzewanych gazem czy olejem, instalując biwalentne zbiorniki akumulacyjne c.w.u. i wyposażając instalację w odpowiednie urządzenia sterujące.
Oczywiście przy wyborze hybrydowego sposobu przygotowania c.w.u. rodzi się pytanie jaki dodatkowy system wybrać - kolektory słoneczne czy panele fotowoltaiczne. Oba rozwiązania mają swoje blaski i cienie, a najczęściej decydująca cechą dla użytkowników jest koszt i rentowność takiej inwestycji.
PV vs solary - względy funkcjonalne
Pod względem funkcjonalnym podstawową różnicą między tymi systemami pozyskiwania energii jest możliwość jej akumulowania oraz efektywność wykorzystania energii słonecznej.
Ciepła woda z solarów
Za pomocą kolektorów słonecznych pozyskujemy wyłącznie energię cieplną zakumulowana następnie w wodzie, którą trudno przechowywać przez dłuższy czas - po prostu samoczynnie stygnie. Instalacja pracuje więc głównie na bieżące potrzeby, a zmiany pogodowe czy zwiększone zapotrzebowanie na ciepłą wodę wymagają dostarczania energii z innego źródła - najczęściej z instalacji elektrycznej. Z kolei okresach mniejszego zapotrzebowania na c.w.u. pozyskiwana ze słońca energia jest praktycznie bezpowrotnie tracona, co wymaga też zapewnienia ochrony przed „przeładowaniem” instalacji.
Solary charakteryzują się jednak wysoka efektywnością pozyskiwania energii w szczytowych warunkach na poziomie nawet 600-800 W z metra kwadratowego kolektora, co pozwala na montowanie instalacji o stosunkowo niewielkiej powierzchni (przeciętnie 1,5-2 m2 na mieszkańca) i zmniejsza koszty oraz ogranicza negatywny wpływ na estetykę np. dachu czy elewacji.
Ciepła woda z domowej elektrowni PV
Panele fotowoltaiczne, które przetwarzają energię słoneczną na energię elektryczną umożliwiają znacznie łatwiejsze przechowywanie wytworzonej energii - lokalnie w ograniczonym zakresie w akumulatorach i w znacznie większym zakresie z wykorzystaniem sieci elektroenergetycznej. Dzięki możliwości uniwersalnego wykorzystania wytworzonego prądu - przynajmniej teoretycznie - pozyskaną energię można zakumulować i długo przechowywać w innej postaci np. energii potencjalnej wody przepompowanej na wyższy poziom.
Jednak w porównaniu z solarami PV ma znacznie mniejsza efektywność pozyskiwania energii - na poziomie ok. 200 W/m2 - czyli panele fotowoltaiczne zajmą 3-4 większą powierzchnię dla uzyskania takiej samej mocy. Trzeba jednak zaznaczyć, że niewykorzystaną na potrzeby c.w.u., energię elektryczną można zużyć do zasilania innych urządzeń elektrycznych lub zależnie od konfiguracji instalacji przekazać do sieci i później częściowo odebrać.
Zbiorniki akumulacyjne
Oczywiście każda instalacja wymaga oprócz przetworników energii słonecznej (kolektorów czy paneli) szeregu elementów zapewniających jej prawidłowe działanie, co decyduje również o koszcie inwestycyjnym. Po stronie zasadniczych elementów współpracujących z instalacją c.w.u. będą zbiorniki akumulacyjne o stosunkowo dużej pojemności , przy czym do współpracy z instalacją solarna zbiornik musi posiadać dodatkowa wężownicę, ale przy zasilaniu z PV wystarczy możliwość wmontowania grzałki elektrycznej.
Jak dobrać powierzchnię i moc kolektorów lub paneli fotowoltaicznych?
Wyjściowym parametrem niezbędnym do stosownych wyliczeń będzie dobowe zapotrzebowanie na energię do zasilania instalacji c.w.u. oraz ustalenie „buforu bezpieczeństwa”, czyli czasu przez jaki może nie być zasilania ze źródeł OZE, choć w praktyce jako zabezpieczenie przewiduje się również dostarczanie energii pobieranej z sieci elektrycznej.
Przemyślany dobór poszczególnych elementów instalacji solarnej powinien zapewniać wysoką efektywność pozyskiwania energii słonecznej w różnych warunkach pogodowych, komfort korzystania z ciepłej wody jak i bezpieczne użytkowanie.
Podstawowe elementy takiej instalacji to zespół kolektorów, zasobnik c.w.u. , pompa cyrkulacyjna, zbiornik wyrównawczy z zaworem bezpieczeństwa oraz układ sterujący pracą systemu. Instalacja wypełniona jest płynem niezamarzającym (glikolem) a wszystkie elementy układu powinny być dostosowane do pracy w systemach solarnych.
Przejęta w kolektorze energia słoneczna przekazywana jest za pośrednictwem glikolu do wężownicy umieszczonej w zasobniku, przy czym jego obiegiem steruje pompa cyrkulacyjna. Zostanie ona uruchomiona w przypadku gdy temperatura cieczy w kolektorze będzie odpowiednio wyższa niż w dolnej strefie zasobnika. Kolektory słoneczne dobierane są pod względem powierzchni czynnej zależnie od wymaganej wydajności pozyskiwania ciepła.
Panele fotowoltaiczne to tylko część rozbudowanej instalacji, która musi zapewnić bezpieczne i efektywne funkcjonowanie. Oprócz niezbędnego do działania instalacji inwertora zwanego tez falownikiem montowane są wymagane zabezpieczenia po stronie prądu stałego jak i w instalacji domowej.
W praktyce instalacja fotowoltaiczna oferowana jest jako kompletny zestaw elementów elektrycznych i montażowych, dostosowanych do konkretnego obiektu i posiadający wymagane certyfikaty.
Sercem instalacji jest inwertor, który oprócz przetworzenia prądu stałego na zmienny, dba o utrzymanie wielu parametrów takich jak np. napięcie i częstotliwość, zapewnia synchronizację z siecią elektroenergetyczną, a także zawiera np. wyłącznik instalacji w przypadku przekroczenia dopuszczalnego napięcia czy umożliwienie ładowania i zasilania z akumulatorów.
Aparatura sterująco-zabezpieczająca instalacji fotowoltaicznej z reguły umieszczana jest w oddzielnej rozdzielnicy w pobliżu falownika, który ze względu na wytwarzany hałas - choć niewielki - lokalizuje się w pomieszczeniu technicznym. Przykładowe podstawowe parametry takich instalacji dla 4 - osobowej rodziny, która potrzebuje do podgrzania wody użytkowej to ok. 15 kWh energii cieplnej dziennie i zakumulowania ok. 300 litrów.
W przypadku zasilania wyłącznie z kolektorów ich powierzchnia to przynajmniej 6 m2, co powinno umożliwić pokrycie pełnego zapotrzebowania w okresie maj-wrzesień. Z kolei przy panelach fotowoltaicznych podobną efektywność w tym okresie, zapewnią ogniwa o łącznej mocy ok. 3 kW, a akumulatory 12 V o pojemności 200 Ah, pozwolą np. nocą utrzymać pożądaną temperaturę wody.
autor: Redakcja BudownicwaB2B
opracowanie: Aleksander Rembisz
zdjęcia: BDR Thermea Poland (marka De Dietrich), Galmet, MP Solar Group (Growatt), L. Jampolska dla budujemydom.pl
Komentarze