Oszczędności z PV i elektryfikacji ciepła: gdzie realnie są

Synergia liczona z rocznych sum

Elektryczna pompa ciepła pobiera ciepło z otoczenia lub innego źródła, np. ciepła odpadowego, i przekazuje je do instalacji grzewczej. Do napędu potrzebuje energii elektrycznej, którą częściowo może dostarczać PV. Zasadę działania opisuje Międzynarodowa Agencja Energetyczna (IEA). Zastąpienie kotła pompą zmniejsza zużycie paliwa w kotle, lecz zwiększa zapotrzebowanie zakładu na prąd. Kiedy taka zmiana ma sens w firmie, opisujemy w artykule o pompie ciepła i elektryfikacji ciepła.

Odjęcie rocznej produkcji PV od rocznego poboru pompy nie wystarcza do policzenia rachunku. Letnia nadwyżka oddana do sieci nie zasila bezpośrednio pompy w zimowy wieczór. Może mieć wartość finansową, lecz jej rozliczenie zależy od umowy i cen. W modelu trzeba osobno uwzględnić zakup energii, zużycie własne i oddawanie nadwyżek.

Jak podchodzimy: synergia czytana na profilu

Najpierw zestawiamy produkcję PV z poborem pompy i pozostałych odbiorników w tych samych przedziałach czasu. Następnie porównujemy pełne koszty wariantów ogrzewania: zakup i utrzymanie urządzeń, paliwo lub prąd oraz rozliczenie nadwyżek PV. Pobór pompy trzeba oszacować z zapotrzebowania na ciepło i jej sprawności w przewidywanych warunkach pracy, w tym wymaganej temperatury zasilania. Jedna katalogowa wartość COP nie zastępuje oceny całego sezonu.

1. Wkład PV zależy od autokonsumpcji

Energia z PV zużyta przez pompę na miejscu zastępuje część zakupu z sieci. Liczy się jednak produkcja dostępna po uwzględnieniu pozostałych odbiorników zakładu. Nie można tej samej kilowatogodziny zaliczyć raz do oszczędności linii produkcyjnej, a drugi raz do ogrzewania. Pomaga w tym profil 15-minutowy.

Zachmurzenie ogranicza produkcję, ale nie musi jej zatrzymywać. Gdy PV nie wystarcza, brakującą energię zapewnia sieć lub odpowiednio skonfigurowany magazyn, o ile pozwala na to jego stan naładowania i moc. Autokonsumpcja oznacza część produkcji PV wykorzystaną na miejscu; nie jest tym samym co procent zapotrzebowania zakładu pokryty przez PV.

2. Sezonowość – najczęstsza pułapka

Przy ogrzewaniu budynków w Polsce największe zapotrzebowanie na ciepło przypada na zimę, kiedy produkcja PV jest niższa niż latem. Zakład zużywający ciepło procesowe lub ciepłą wodę przez cały rok może mieć inny przebieg poboru. Osobno trzeba uwzględnić ewentualne chłodzenie. Profil powinien odpowiadać faktycznemu zastosowaniu pompy, a nie jednemu schematowi dla wszystkich obiektów.

Produkcję PV dla lokalizacji i układu modułów można oszacować na danych godzinowych i miesięcznych, np. z narzędzia PVGIS Komisji Europejskiej. Zestawienie z poborem pokazuje okresy nadwyżek i niedoborów. Wartość sprzedaży nadwyżek należy następnie ująć w rachunku finansowym, bez założenia, że letnia kilowatogodzina daje bezpłatną kilowatogodzinę zimą.

3. Rola magazynu energii

Magazyn może zachować część nadwyżki PV do późniejszego wykorzystania, np. wieczorem. Duża instalacja, której roczna produkcja jest zbliżona do zużycia zakładu, w naszych scenariuszach bez magazynu wykorzystywała na miejscu około 40–55% energii. Dlatego najpierw sprawdzamy magazyn dobrany do nadwyżek PV. Dla produkcji równej 80–100% rocznego zużycia i magazynu 1–2 kWh na każdy kWp autokonsumpcja wyniosła około 70–90%. To wynik modelu godzinowego na pięciu profilach referencyjnych, zależny od profilu i wielkości instalacji. Tam, gdzie magazyn się nie broni, analizujemy mniejszą moc PV. Dobór dla klienta weryfikujemy na jego profilu 15-minutowym. Zależność od profilu, wielkości PV i magazynowania opisuje także raport IEA PVPS o fotowoltaice zintegrowanej z budynkami, sekcja 2.2.1 (PDF).

Przy doborze magazynu do profilu trzeba sprawdzić pojemność użyteczną, moc ładowania i rozładowania, sposób sterowania oraz koszt urządzenia i jego utrzymania. Magazynowanie wiąże się ze stratami energii, co wyjaśnia Departament Energii USA w opisie PV i magazynowania. Większa autokonsumpcja sama nie dowodzi opłacalności. Przesunięcia poboru o kilka godzin nie należy też utożsamiać z pokryciem zimowego niedoboru energią zgromadzoną latem.

Oszczędność, którą da się obronić

Wynikiem analizy powinno być porównanie kosztów obecnego ogrzewania i rozważanych wariantów, z podanym udziałem energii własnej, zakupu z sieci i oddawanych nadwyżek. Warto sprawdzić, jak zmieni się wynik przy innych cenach energii, pogodzie lub harmonogramie pracy. Prognoza oparta na takich założeniach pomaga podjąć decyzję, ale nie gwarantuje przyszłych rachunków.

To samo myślenie obowiązuje przy doborze mocy modułów: większa instalacja nie znaczy automatycznie większa oszczędność, o czym piszemy w artykule Dlaczego mniejsza instalacja PV czasem działa lepiej niż większa. Pełny obraz optymalizacji kosztów energii składamy w przewodniku Jak obniżyć koszty energii w zakładzie produkcyjnym.