Magazyn energii do pompy ciepła – jak dobrać moc i pojemność?

Pompa ciepła znacząco zwiększa zużycie prądu w domu, szczególnie w sezonie grzewczym. Jeśli budynek ma również instalację fotowoltaiczną, naturalnym kolejnym krokiem może być magazyn energii. Pozwala on zachować część nadwyżek wyprodukowanych w ciągu dnia i wykorzystać je później – na przykład wieczorem, w nocy albo w godzinach, w których energia z sieci jest droższa.

Samo połączenie trzech urządzeń nie gwarantuje jednak optymalnych efektów. Magazyn energii do pompy ciepła trzeba dobrać na podstawie rzeczywistego zużycia, profilu pracy ogrzewania, produkcji fotowoltaiki oraz parametrów falownika. Zbyt mały akumulator szybko się rozładuje, natomiast zbyt duży może przez znaczną część roku pozostawać niedoładowany.

Jak zatem dobrać moc i pojemność magazynu, aby system miał sens techniczny i ekonomiczny?

Jak współpracują pompa ciepła, fotowoltaika i magazyn energii?

Instalacja fotowoltaiczna produkuje energię głównie w ciągu dnia. Pompa ciepła pracuje natomiast zależnie od temperatury zewnętrznej, zapotrzebowania budynku na ogrzewanie oraz harmonogramu przygotowania ciepłej wody użytkowej. Oznacza to, że produkcja i zużycie energii nie zawsze występują w tym samym czasie.

Magazyn energii pełni w takim układzie funkcję bufora. Gdy instalacja PV produkuje więcej prądu, niż dom aktualnie zużywa, część nadwyżki może zostać zgromadzona w baterii. Zapisana energia jest następnie wykorzystywana wtedy, gdy bieżąca produkcja fotowoltaiki jest za mała – na przykład po zachodzie słońca.

W praktyce dobrze skonfigurowany system może:

• zwiększyć wykorzystanie energii wyprodukowanej na miejscu,
• ograniczyć pobór prądu z sieci w godzinach wieczornych,
• zasilać niektóre urządzenia w okresach wyższych cen energii,
• współpracować z systemem zarządzania energią w domu,
• w odpowiedniej konfiguracji zapewnić zasilanie wybranych obwodów podczas awarii sieci.

Warto przy tym pamiętać, że zarówno uruchomienie pompy ciepła w okresie produkcji PV, jak i ładowanie magazynu zwiększa autokonsumpcję. Więcej praktycznych sposobów opisaliśmy w poradniku Jak zwiększyć autokonsumpcję energii z fotowoltaiki?.

Czy magazyn energii może zasilać pompę ciepła?

Tak, ale możliwość zasilania pompy zależy nie tylko od pojemności baterii. Równie ważne są moc wyjściowa magazynu, moc falownika, liczba faz, sposób wykonania instalacji oraz chwilowy pobór energii przez pompę i pozostałe urządzenia.

Pojemność podawana w kWh informuje, ile energii można zgromadzić. Moc wyrażona w kW określa natomiast, jak duże obciążenie system jest w stanie obsłużyć w danym momencie. Magazyn o dużej pojemności, ale zbyt małej mocy wyjściowej może nie poradzić sobie z jednoczesną pracą pompy ciepła, płyty indukcyjnej i innych odbiorników.

Przed wyborem urządzeń należy sprawdzić między innymi:

• znamionowy i maksymalny pobór mocy przez pompę ciepła,
• możliwość załączenia grzałki elektrycznej oraz jej moc,
• sposób zasilania pompy – jednofazowy lub trójfazowy,
• moc i funkcje falownika hybrydowego,
• dopuszczalną moc ładowania i rozładowania baterii,
• obwody, które mają pracować w trybie awaryjnym.

Jak dobrać pojemność magazynu energii do pompy ciepła?

Nie istnieje jedna pojemność odpowiednia dla każdego domu. Dobór powinien opierać się na danych z konkretnego budynku, a nie wyłącznie na mocy pompy wpisanej na tabliczce znamionowej.

1. Sprawdź rzeczywiste zużycie energii

Najlepszym punktem wyjścia są dane godzinowe lub co najmniej dobowe z licznika energii, aplikacji falownika albo systemu monitorowania. Trzeba oddzielić zużycie samej pompy ciepła od pozostałego zapotrzebowania domu i sprawdzić, ile energii przypada na wieczór oraz noc.

Roczne zużycie jest pomocne, ale nie pokazuje chwilowych szczytów ani różnic pomiędzy sezonami. Dwa domy zużywające tyle samo energii rocznie mogą potrzebować zupełnie innych magazynów, jeśli w jednym pompa pracuje głównie w dzień, a w drugim największy pobór przypada po zachodzie słońca.

2. Przeanalizuj nadwyżki z fotowoltaiki

Magazyn powinien mieć z czego się ładować. Dlatego trzeba sprawdzić, ile energii instalacja PV oddaje do sieci w typowy słoneczny dzień oraz jak sytuacja zmienia się w poszczególnych miesiącach.

Zimą zapotrzebowanie pompy ciepła rośnie, natomiast produkcja fotowoltaiki jest znacznie mniejsza niż latem. Zbyt duży magazyn może więc przez wiele zimowych dni nie zostać naładowany z paneli. Bateria nie wytwarza energii – jedynie przesuwa jej wykorzystanie w czasie.

3. Określ, ile godzin pracy chcesz pokryć

Można przyjąć prostą zasadę obliczeniową:

wymagana energia użytkowa = średni pobór mocy urządzeń × oczekiwany czas zasilania

Jeżeli pompa wraz z podstawowymi odbiornikami pobiera średnio 2 kW, to trzy godziny pracy wymagają około 6 kWh energii użytkowej. W praktyce trzeba uwzględnić także sprawność systemu, dopuszczalny poziom rozładowania baterii i rezerwę pozostawianą na potrzeby awaryjne.

To wyłącznie przykład ilustrujący sposób liczenia. Rzeczywisty pobór pompy zmienia się wraz z temperaturą, zapotrzebowaniem na ciepłą wodę, modulacją sprężarki oraz uruchomieniem dodatkowej grzałki.

4. Uwzględnij pozostałe urządzenia w domu

Magazyn zwykle nie zasila wyłącznie pompy ciepła. Wieczorem pracują również oświetlenie, lodówka, elektronika, wentylacja, płyta indukcyjna czy zmywarka. Ich zużycie należy uwzględnić, zwłaszcza jeśli celem jest ograniczenie poboru z sieci albo zasilanie awaryjne kilku obwodów.

Ogólne zasady obliczania pojemności opisujemy szerzej w poradniku Jak dobrać pojemność magazynu energii do zużycia domu?.

Czy magazyn 10 kWh wystarczy do pompy ciepła?

Magazyn o pojemności około 10 kWh jest często rozważany w domowych instalacjach, ale nie można uznać go za uniwersalny wybór. W dobrze ocieplonym budynku, przy umiarkowanym zapotrzebowaniu i odpowiedniej instalacji PV, może pokrywać znaczną część wieczornego zużycia. W mroźny dzień, gdy pompa pracuje intensywnie lub włącza grzałkę elektryczną, ta sama ilość energii może wystarczyć tylko na kilka godzin.

Przykładowo:

• przy średnim obciążeniu 1,5 kW energia użytkowa 10 kWh odpowiada teoretycznie około 6,5 godziny pracy,
• przy obciążeniu 3 kW ten sam zapas odpowiada około 3 godzinom i 20 minutom,
• dodatkowa praca grzałki lub innych urządzeń jeszcze skróci ten czas.

Są to wartości orientacyjne, nieuwzględniające strat i rezerwy baterii. Nie należy na ich podstawie dobierać gotowego systemu bez analizy pomiarów z konkretnego domu.

Moc magazynu i falownika – parametr równie ważny jak pojemność

W instalacji z pompą ciepła trzeba analizować nie tylko liczbę kWh, lecz także moc ciągłą i chwilową systemu. Falownik oraz bateria muszą być w stanie dostarczyć wymaganą moc w momencie uruchomienia kilku odbiorników.

Znaczenie ma również zgodność komponentów. Magazyn, falownik i system zarządzania baterią powinny być wzajemnie kompatybilne, a cały układ dobrany do rodzaju instalacji elektrycznej. Jeśli w domu działa pompa trójfazowa, nie oznacza to automatycznie, że każdy system backup będzie ją zasilał podczas awarii.

Przed wyborem urządzenia warto przeczytać również poradnik Jak dobrać falownik do magazynu energii? oraz sprawdzić dostępne w SICA EV magazyny energii.

Pompa ciepła jako odbiornik sterowany nadwyżkami PV

Nie każdą nadwyżkę trzeba najpierw zapisywać w baterii. Jeżeli sterownik pompy i system zarządzania energią na to pozwalają, część energii można wykorzystać bezpośrednio w okresie największej produkcji fotowoltaiki.

Przykładowe działania obejmują:

• przygotowanie ciepłej wody użytkowej w godzinach południowych,
• niewielkie podniesienie temperatury w zasobniku lub budynku w okresie nadwyżki,
• automatyczne uruchamianie odbiorników po przekroczeniu określonej produkcji PV,
• ładowanie magazynu energii pozostałą częścią niewykorzystanej nadwyżki.

Takie sterowanie pozwala łączyć magazynowanie energii elektrycznej z wykorzystaniem bezwładności cieplnej budynku i zasobnika wody. Producent pomp ciepła Daikin wskazuje, że współpraca pompy z fotowoltaiką może zwiększać wykorzystanie energii produkowanej na miejscu. Z kolei Fronius opisuje zarządzanie nadwyżkami poprzez kierowanie ich do pompy ciepła albo magazynu energii. Więcej informacji znajduje się w materiałach: Daikin – współpraca pomp ciepła z fotowoltaiką oraz Fronius – inteligentne zarządzanie energią.

Czy magazyn zapewni zasilanie pompy podczas awarii prądu?

Nie każdy system z baterią działa podczas awarii sieci. Standardowa instalacja on-grid wyłącza się po zaniku napięcia ze względów bezpieczeństwa. Aby pompa ciepła mogła pracować w trybie awaryjnym, potrzebne są między innymi odpowiedni falownik, wydzielone obwody, prawidłowo skonfigurowana funkcja backup oraz bateria o wystarczającej mocy i pojemności.

Przy planowaniu backupu należy zdecydować, czy system ma zasilać całą pompę ciepła, czy jedynie podstawowe urządzenia domu. Zasilanie sprężarki i grzałki może szybko zużyć energię zgromadzoną w baterii. Często rozsądniejsze jest utrzymanie wybranych obwodów: sterowania ogrzewaniem, pomp obiegowych, lodówki, oświetlenia, internetu i gniazd niezbędnych urządzeń.

Szczegółowe zasady opisujemy w artykule Zasilanie awaryjne domu – jak działa magazyn energii podczas awarii prądu?.

Najczęstsze błędy przy doborze magazynu do pompy ciepła

Dobór tylko na podstawie rocznego zużycia

Roczna suma nie pokazuje, kiedy energia jest pobierana ani czy w tym samym czasie dostępna jest produkcja z PV. Potrzebny jest profil godzinowy lub dobowy.

Pomijanie mocy chwilowej

Duża pojemność nie pomoże, jeśli falownik lub bateria nie dostarczy mocy wymaganej przez pompę i pozostałe urządzenia.

Założenie, że fotowoltaika pokryje zimowe ogrzewanie

Największe zapotrzebowanie na ciepło przypada na okres najmniejszej produkcji PV. Magazyn nie rozwiązuje sezonowej różnicy pomiędzy letnią produkcją a zimowym zużyciem.

Brak analizy pracy grzałki

Grzałka elektryczna może wielokrotnie zwiększyć chwilowy pobór mocy. Jej działanie trzeba uwzględnić w projekcie albo odpowiednio ograniczyć w trybie awaryjnym.

Traktowanie każdej baterii jako źródła backupu

Funkcja zasilania awaryjnego zależy od całej konfiguracji, a nie od samego posiadania magazynu energii.

Czy połączenie pompy ciepła z magazynem energii się opłaca?

Największy sens ma ono w domu, który posiada odpowiednio dobraną instalację fotowoltaiczną, regularnie wytwarza nadwyżki i zużywa znaczną część energii po zakończeniu produkcji PV. Korzyści mogą być większe także wtedy, gdy użytkownik korzysta z taryfy zależnej od pory dnia i może sterować ładowaniem baterii oraz pracą urządzeń.

Opłacalność trzeba policzyć indywidualnie. Wpływają na nią między innymi cena systemu, profil zużycia, wielkość instalacji PV, warunki rozliczeń energii, sprawność magazynu oraz możliwość inteligentnego sterowania pompą.

W dobrze zaprojektowanym układzie pompa ciepła, fotowoltaika i magazyn energii nie konkurują ze sobą. System zarządzania energią najpierw wykorzystuje bieżącą produkcję tam, gdzie przynosi ona największą korzyść, następnie ładuje baterię, a zapisany prąd udostępnia później.

Jakie dane przygotować przed doborem systemu?

Przed rozmową z instalatorem warto zebrać:

• rachunki za energię z ostatnich 12 miesięcy,
• dane godzinowe z licznika lub aplikacji operatora,
• model i parametry pompy ciepła, w tym moc grzałki,
• moc instalacji fotowoltaicznej i roczną produkcję,
• informacje o ilości energii oddawanej do sieci,
• model obecnego falownika,
• listę obwodów wymagających zasilania awaryjnego,
• planowane nowe odbiorniki, na przykład samochód elektryczny.

Jeżeli fotowoltaika już działa, przed zakupem baterii trzeba również sprawdzić kompatybilność obecnego falownika i sposób rozbudowy instalacji. Omawiamy to w poradniku Czy można dołożyć magazyn energii do istniejącej fotowoltaiki?.

Podsumowanie

Magazyn energii do pompy ciepła może zwiększyć autokonsumpcję, ograniczyć pobór prądu z sieci i – w odpowiedniej konfiguracji – wspierać zasilanie awaryjne. Doboru nie należy jednak sprowadzać do odpowiedzi „5, 10 czy 15 kWh”.

Trzeba równocześnie sprawdzić:

• ilość dostępnych nadwyżek z fotowoltaiki,
• godzinowy profil zużycia domu i pompy,
• wymaganą pojemność użytkową,
• moc ładowania i rozładowania,
• kompatybilność baterii z falownikiem,
• działanie instalacji jedno- lub trójfazowej,
• oczekiwany zakres zasilania awaryjnego.

SICA EV pomoże przeanalizować te dane i dobrać magazyn energii dopasowany do instalacji fotowoltaicznej, pompy ciepła oraz sposobu użytkowania budynku. Skontaktuj się z nami, aby omówić konfigurację systemu.