Czym jest solarna pompa ciepła: działanie, kryteria wyboru i cena

Słoneczna pompa ciepła to połączenie dwóch technologii, które szanują środowisko naturalne bez uszczerbku dla wydajności i komfortu cieplnego mieszkańców: pompy ciepła i energii słonecznej.

Ten praktyczny przewodnik szczegółowo omawia pompę ciepła wykorzystującą energię słoneczną: sposób jej działania, rodzaje paneli słonecznych, zalety i wady, kryteria wyboru, proces instalacji, pomoc i opinie użytkowników.

Co to jest solarna pompa ciepła?

Słoneczna pompa ciepła, zwana czasem solarną pompą ciepła lub solarnym PAC, to system ogrzewania i chłodzenia łączący działanie kolektorów słonecznych (STP) i pompy ciepła typu powietrze-woda (lub woda-woda).

Cel pomocyCelem jest zapewnienie komfortu cieplnego mieszkańcom przy jednoczesnej optymalizacji zużycia energii i zmniejszeniu emisji gazów cieplarnianych (GHG) poprzez wykorzystanie odnawialnego i darmowego źródła energii.

Słoneczna pompa ciepła: jak to działa?

Pompa ciepła solarno-termiczna łączy w sobie mechanizm klasycznej pompy ciepła i energii słonecznej. Jej działanie można streścić w 7 krokach: 

1. Cykl rozpoczyna się od przechwycenia energii słonecznej. Panele słoneczne są instalowane na dachu lub w otwartej przestrzeni wystawionej na działanie słońca. Wykonane z materiałów absorbujących, panele te przekształcają energię słoneczną w ciepło, które jest następnie przekazywane do płynu przenoszącego ciepło (zwykle wody lub mieszaniny wody i płynu zapobiegającego zamarzaniu) wewnątrz rur panelu;
2. Ogrzewane, płyn do wymiany ciepła przepływa przez wymiennik. Ciepło jest następnie przekazywane do innego płyn, który ogrzewa powietrze lub wodę w budynku; 
3. Woda ogrzana przez wymiennik jest rozprowadzana wewnątrz poprzez obieg grzewczy lub chłodzący, zwykle grzejniki, ogrzewanie podłogowe, klimakonwektory itp; 
4. Nadmiar słonecznej energii cieplnej może być przechowywany w zbiorniku termicznym do późniejszego wykorzystania, gdy ilość światła słonecznego jest niewystarczająca; 
5. W tym systemie rola pompy ciepła polega na przejęciu funkcji, gdy energia słoneczna nie wystarcza do zaspokojenia potrzeb mieszkańców. Pompa ciepła pobiera ciepło z powietrza zewnętrznego, gruntu lub wody, w zależności od rodzaju, aby przekazać je do wnętrza (ogrzewanie) lub pobiera ciepło z wnętrza, aby odrzucić je na zewnątrz (chłodzenie).

Aby zapewnić prawidłowe działanie systemu, zastosowano system kontroli i regulacji, który monitoruje temperaturę w pomieszczeniu i zapotrzebowanie na energię w budynku.

Słoneczna pompa ciepła: jakie kolektory słoneczne zastosować?

Solarna pompa ciepła wykorzystuje termiczne panele słoneczne, które absorbują ciepło z promieni słonecznych i przekazują je do płynu grzewczego, który krąży w systemie. Słonecznej pompy ciepła nie należy mylić z systemami typu "pompa ciepła - panele fotowoltaiczne". W tym przypadku panele fotowoltaiczne zasilają pompę ciepła i inne urządzenia w domu w energię elektryczną za pośrednictwem falownika, który przekształca prąd stały w prąd zmienny.

Na koniec należy zaznaczyć, że w słonecznej pompie ciepła można zastosować panele hybrydowe, o ile łączą one działanie termicznych paneli słonecznych (tylna ściana) i fotowoltaicznych (przednia ściana).

Typ panelu słonecznego	Jak to działa	Korzyści	Wady
Kolektory słoneczne	Kolektory słoneczne absorbują ciepło z promieni słonecznych i przekazują je do płynu grzewczego, który krąży w systemie.	Wysoka efektywność energetyczna przy produkcji ciepła. Mniej kosztowne niż panele fotowoltaiczne i hybrydowe. Możliwość magazynowania energii cieplnej do późniejszego wykorzystania.	Nie należy bezpośrednio wytwarzać energii elektrycznej. Wydajność w dużym stopniu zależy od warunków pogodowych i nasłonecznienia.
Hybrydowe panele słoneczne (PVT)	Hybrydowe panele słoneczne łączą w jednym panelu technologie fotowoltaiczne i termiczne.  Produkują one jednocześnie energię elektryczną i ciepło, co pozwala na zasilanie pompy ciepła przy jednoczesnym wytwarzaniu energii elektrycznej do innych zastosowań.	Skojarzona produkcja energii elektrycznej i ciepła. Wyższa efektywność energetyczna niż w przypadku samych paneli fotowoltaicznych lub termicznych. Optymalne wykorzystanie przestrzeni dachowej.	Wyższe koszty instalacji niż w przypadku samych paneli słonecznych i fotowoltaicznych. Zwiększona złożoność systemu wymagająca bardziej rygorystycznej konserwacji.

Słoneczna pompa ciepła: zalety i wady

Zalety są liczne: oszczędność energii i niska emisja gazów cieplarnianych, zwłaszcza jeśli pompa ciepła zostanie połączona z hybrydowymi kolektorami słonecznymi. Takie połączenie wykorzystuje odnawialne i darmowe źródło energii do ogrzewania lub chłodzenia.

Solarna pompa ciepła jest również bardzo wszechstronna i może być stosowana do ogrzewania, chłodzenia i produkcji ciepłej wody użytkowej (CWU). Wreszcie, solarna pompa ciepła jest sprawdzonym i niezawodnym urządzeniem o długiej żywotności.

Jeśli chodzi o wady, wydajność waha się w zależności od sezonu, ale autonomia pozostaje bardzo interesująca, blisko 80 % ... pod warunkiem, że instalacja jest przeprowadzona zgodnie z zasadami handlu i że dom jest nienagannie izolowany (RE 2020).

Należy również wyrazić ubolewanie z powodu wysokiego kosztu początkowego instalacji, który wynosi średnio 13 000 euro bez uwzględnienia instalacji. Jednak inwestycja ta jest łagodzona przez dotacje i programy finansowania, jak również przez oszczędności energii uzyskane w dłuższej perspektywie.

Jakimi kryteriami należy się kierować przy wyborze pompy ciepła do kolektorów słonecznych?

Wybór poszczególnych elementów instalacji solarnej (pompa ciepła - kolektory słoneczne - system sterowania) wymaga pewnej wcześniejszej wiedzy.

O ile nie jesteś dobrze zorientowany w temacie, gorąco polecamy skorzystanie z usług profesjonalisty, który przeanalizuje Twoje potrzeby i doradzi najodpowiedniejszy sprzęt. Poniżej przedstawiamy jednak 6 istotnych kryteriów, podanych orientacyjnie, aby dokonać świadomego wyboru:

1. Typ panelu słonecznego Proszę zapoznać się z powyższą tabelą, aby zdecydować, jaki typ paneli słonecznych należy zastosować w systemie solarnym;
2. Rodzaj płynu do wymiany ciepła Niektóre systemy wykorzystują wodę, inne - mieszaninę wody i glikolu (płynu niezamarzającego). Jeśli mieszkasz w regionie, w którym temperatury regularnie spadają poniżej zera, zalecamy niezamarzający płyn do wymiany ciepła, aby zapobiec zamarzaniu rur;
3. Typ pompy ciepła Wybierz pomiędzy pompami ciepła typu powietrze-woda, powietrze-powietrze, woda-woda i grunt-woda w zależności od dostępnego źródła ciepła (powietrze, woda, grunt) i pożądanego zastosowania (ogrzewanie, chłodzenie, produkcja ciepłej wody użytkowej). Uwaga: pompa ciepła powietrze-woda jest odpowiednia dla regionów gorących lub umiarkowanych, natomiast geotermalna pompa ciepła zapewni lepszą wydajność w regionach zimnych;
4. Współczynnik wydajności COP: COP jest wskaźnikiem efektywności energetycznej pompy ciepła. Im wyższy COP, tym bardziej wydajna jest pompa ciepła przy przekształcaniu energii elektrycznej w energię cieplną. Szukaj pompy ciepła z wysokim COP, aby zmaksymalizować oszczędności energii (i skorzystać z dotacji rządowych);
5. System regulacji i kontroli Powinien on umożliwiać monitorowanie i regulację temperatury w zależności od warunków pogodowych i wymagań dotyczących ogrzewania lub chłodzenia;
6. Kompatybilność z innymi systemami grzewczymi Jeśli posiadasz już instalację grzewczą (kocioł, grzejniki, ogrzewanie podłogowe), sprawdź, czy planowana solarna pompa ciepła jest kompatybilna z tym urządzeniem;
7. Gwarancja Z reguły jest on bardzo długi dla kolektora słonecznego (do 25 lat), a dla pompy ciepła od 5 do 10 lat.

Jak należy dobrać wielkość pompy ciepła do ogrzewania słonecznego?

Tylko wykwalifikowany specjalista będzie w stanie udzielić precyzyjnej odpowiedzi... co nie przeszkadza w zorientowaniu się co do rzędu wielkości. Pamiętaj o następującej zasadzie: w bardzo dużym przybliżeniu jeden metr kwadratowy kolektorów słonecznych ogrzeje powierzchnię 10 m². Załóżmy, że przeciętny panel słoneczny ma powierzchnię 2 m² (w rzeczywistości może to być od 1,5 do 4, a nawet 5 m², przy czym średnia wynosi 2 m²): 

Powierzchnia mieszkalna (m²)	Powierzchnia panelu ciepło słoneczne (m²)	Liczba kolektorów słonecznych (2 m²/panel)
50	5	2,5 (w zaokrągleniu do 3)
75	7,5	3,75 (w zaokrągleniu do 4)
100	10	5
125	12,5	6,25 (w zaokrągleniu do 6)
150	15	7,5 (w zaokrągleniu do 8)
200	20	10

Co należy wiedzieć o instalacji solarnej pompy ciepła

Instalacja słonecznej pompy ciepła musi być przeprowadzona przez wykwalifikowanego specjalistę posiadającego niezbędne certyfikaty i wiedzę. We Francji należy zwrócić się do fachowca, który jest uznany za gwaranta środowiskowego (RGE).

Instalacja solarnej pompy ciepła

Rozpocznie się ona od oceny terenu w celu określenia optymalnej lokalizacji paneli słonecznych i pompy ciepła. Panele słoneczne powinny być skierowane na południe i ustawione pod kątem, aby zmaksymalizować ekspozycję na słońce. Pompa ciepła powinna być zainstalowana w miejscu dostępnym dla łatwej konserwacji i naprawy.

Słoneczna pompa ciepła może być stosowana jako uzupełnienie istniejącego systemu grzewczego, takiego jak kocioł gazowy lub olejowy. Instalator musi zapewnić, że oba systemy są prawidłowo zintegrowane i działają optymalnie. Przy doborze wielkości instalator będzie musiał wziąć pod uwagę powierzchnię mieszkalną, izolację budynku, klimat danego regionu oraz wymagania dotyczące ogrzewania.

Następnie zainstaluje on panele słoneczne, pompę ciepła, zbiornik ciepłej wody i inne elementy zgodnie ze specyfikacją producenta i lokalnymi przepisami. Po zakończeniu instalacji uruchomi on system i przeprowadzi zwykłe kontrole. Instalacja trwa zazwyczaj nieco ponad tydzień (to dużo pracy!).

Ogólnie rzecz biorąc, kolektory słoneczne wymagają niewielkiej konserwacji. Należy jednak zaplanować regularne kontrole, aby zapewnić wydajność i długowieczność systemu oraz uniknąć poważnych awarii, które zagrażają opłacalności inwestycji. Twój instalator dostarczy Ci instrukcję pielęgnacji i konserwacji oraz poinformuje Cię o częstotliwości kontroli.

Pompa ciepła wykorzystująca ciepło słoneczne: koszt instalacji i okres użytkowania 

Jak wyjaśniono powyżej, koszt słonecznej pompy ciepła wynosi około 13 000 EUR, plus koszt instalacji, który wynosi od 4 000 do 6 000 EUR. Roczna konserwacja (obowiązkowa w niektórych krajach, np. we Francji) wynosi od 150 do 300 euro rocznie.

Jeśli chodzi o długość życia, kolektory słoneczne mogą trwać ponad 30 lat, w porównaniu z 15 do 20 lat dla pompy ciepła.

Pompy ciepła wykorzystujące ciepło słoneczne: przysługuje pomoc na sfinansowanie projektu

Kilka krajów UE oferuje programy wsparcia i finansowania, aby zachęcić gospodarstwa domowe do przejścia na czystą energię, zgodnie z celem neutralności węglowej na rok 2050. Weźmy na przykład Francję: 

• Premia energetyczna, wynosząca od 5 000 do 10 000 euro dla najskromniejszych gospodarstw domowych, przeznaczona na sfinansowanie prac remontowych lub wymianę systemu grzewczego w ramach transformacji energetycznej;
• MaPrimeRénov", program dla właścicieli i wynajmujących (oraz współwłaścicieli pod pewnymi warunkami), mający na celu finansowanie prac związanych z poprawą jakości energetycznej budynków mieszkalnych: izolacji, zmiany systemu ogrzewania, instalacji pomp ciepła lub wentylacji mechanicznej itp. Kwota jest zróżnicowana w zależności od poziomu dochodów gospodarstw domowych, rodzaju wykonanych prac i charakterystyki energetycznej po wykonaniu prac. W przypadku słonecznej pompy ciepła kwota premii może wynosić do 10 000 euro;
• Zero procentowa pożyczka ekologiczna: jest to nieoprocentowana pożyczka w wysokości do 30 000 euro;
• Pomoc od władz lokalnych, w zależności od regionu i gminy.

Na koniec należy zwrócić uwagę, że rząd francuski stosuje obniżoną stawkę podatku VAT (10 %) na urządzenia do słonecznych pomp ciepła.

Opinie i referencje: co użytkownicy sądzą o słonecznej pompie ciepła?

Nie jest łatwo przedstawić wyczerpujący przegląd opinii i świadectw użytkowników solarnych pomp ciepła, ponieważ doświadczenia mogą się różnić w zależności od modelu, producenta, jakości instalacji i warunków klimatycznych w regionie. 

Oto jednak kilka wspólnych punktów, które można znaleźć w opiniach użytkowników kolektorów słonecznych:

Z pozytywnej strony :

1. Oszczędność energii osiągnięty dzięki wykorzystaniu energii słonecznej do ogrzewania domu i produkcji ciepłej wody, przy zmniejszonych rachunkach za energię i większej niezależności od dostawców energii;
2. Ekologia Wielu użytkowników jest zadowolonych z pozytywnego wpływu ich solarnej pompy ciepła na środowisko. Wykorzystując energię słoneczną, zmniejszają zużycie paliw kopalnych i przyczyniają się do walki ze zmianami klimatu... nawet jeśli proces produkcji paneli słonecznych jest krytykowany przez niektórych użytkowników jako nieprzyjazny dla środowiska;
3. Niezawodność Słoneczne pompy ciepła: Użytkownicy na ogół informują, że ich słoneczne pompy ciepła są niezawodne i wymagają niewielkiej konserwacji. Przy prawidłowym zaprojektowaniu i zainstalowaniu, systemy te działają przez kilka dziesięcioleci.

Po stronie negatywnej :

1. Wysoki koszt początkowyJednak dopłaty i oszczędności energii w czasie przyspieszą okres zwrotu;
2. Uzależnienie od światła słonecznego Niektórzy użytkownicy zgłaszają niewystarczającą wydajność podczas ostrych zim. Zazwyczaj muszą uciekać się do dodatkowego systemu grzewczego, aby zaspokoić swoje potrzeby energetyczne;
3. Złożoność instalacji.