Fotovoltaická elektrárna a tepelné čerpadlo patří mezi technologie, které se mohou velmi dobře doplňovat. Fotovoltaika vyrábí elektřinu, kterou může tepelné čerpadlo využívat pro vytápění, přípravu teplé vody nebo v některých systémech také chlazení. Správně navržená kombinace tak může zvýšit využití vlastní vyrobené elektřiny a snížit množství energie odebírané z distribuční sítě.
Neznamená to ale, že stačí instalovat fotovoltaické panely a tepelné čerpadlo a dům bude automaticky energeticky soběstačný. Největší potřeba tepla přichází právě v zimě, kdy fotovoltaika zpravidla vyrábí podstatně méně elektřiny než během slunečných měsíců. Proto rozhoduje především správný návrh výkonu obou technologií, skutečná spotřeba domu, způsob vytápění, možnost akumulace a chytré řízení jednotlivých spotřebičů.
Jak spolu fotovoltaika a tepelné čerpadlo fungují?
Princip je poměrně jednoduchý.
Fotovoltaická elektrárna přeměňuje sluneční záření na elektrickou energii. Vyrobenou elektřinu může domácnost okamžitě spotřebovat například pro běžné spotřebiče, ohřev vody nebo právě pro provoz tepelného čerpadla.
Tepelné čerpadlo využívá elektřinu především pro pohon kompresoru a dalších částí systému. Většinu tepelné energie však získává z okolního prostředí – podle typu zařízení například ze vzduchu, země nebo vody.
Pokud tedy v daném okamžiku fotovoltaika vyrábí elektřinu a tepelné čerpadlo ji potřebuje, může se část jeho spotřeby pokrýt přímo z vlastní výroby.
Zjednodušeně řečeno: fotovoltaika nevyrábí teplo pro dům přímo, ale může vyrábět elektřinu potřebnou pro provoz tepelného čerpadla.
To je také důvod, proč je při návrhu vhodné neposuzovat fotovoltaiku a vytápění jako dvě úplně oddělené technologie.
Vyplatí se kombinovat fotovoltaiku s tepelným čerpadlem?
V řadě rodinných domů ano. Největší smysl má tato kombinace tam, kde je celý energetický systém navržen jako jeden celek.
Typicky se jedná například o:
novostavby a energeticky úsporné rodinné domy,
rekonstruované domy s vhodně navrženou otopnou soustavou,
objekty s vyšší spotřebou elektrické energie,
domácnosti, které mohou část spotřeby přesouvat do doby výroby fotovoltaiky,
domy, kde se elektřina z FVE využívá také pro přípravu teplé vody,
systémy doplněné vhodnou regulací nebo bateriovým úložištěm.
Výhodnost ale nelze určit jen podle toho, že je v domě instalováno tepelné čerpadlo. Každý objekt má jinou tepelnou ztrátu, spotřebu, střechu, orientaci fotovoltaických panelů i provozní režim domácnosti.
Proto je vhodné před instalací vycházet z reálných nebo odborně odhadnutých energetických potřeb konkrétního domu.
Dokáže fotovoltaika napájet tepelné čerpadlo i v zimě?
Ano, ale pouze v rozsahu, který odpovídá aktuální výrobě fotovoltaické elektrárny.
A právě zde vzniká jeden z nejčastějších omylů.
V zimních měsících má dům největší potřebu vytápění, a tedy obvykle roste také spotřeba elektřiny tepelného čerpadla. Současně jsou ale kratší dny, slunce je níže nad horizontem a množství dostupné sluneční energie je nižší než v létě.
Fotovoltaická elektrárna přitom vyrábí elektřinu i v zimě. Její výroba však závisí na konkrétní lokalitě, orientaci a sklonu panelů, zastínění, počasí i dalších podmínkách. Pro seriózní návrh se proto používají dlouhodobá data slunečního záření a modeluje se předpokládaná výroba pro konkrétní místo.
Není proto správné počítat s tím, že běžná fotovoltaika bude po celou zimu kompletně pokrývat spotřebu tepelného čerpadla.
Naopak během jara a podzimu může být souběh výroby a potřeby vytápění velmi zajímavý. A v létě lze vyrobenou elektřinu využívat například pro přípravu teplé vody, chlazení nebo další spotřebu domácnosti.
Proč je důležité správně navrhnout výkon fotovoltaiky?
Velikost fotovoltaické elektrárny by se neměla určovat pouze podle výkonu tepelného čerpadla.
Při návrhu je potřeba posoudit celý energetický profil domu:
celkovou roční spotřebu elektřiny,
spotřebu tepelného čerpadla,
průběh spotřeby během dne a roku,
tepelnou ztrátu budovy,
způsob přípravy teplé vody,
další významné spotřebiče,
možnosti střechy,
orientaci a sklon panelů,
případné stínění,
způsob využití přebytků,
plánovanou baterii nebo další budoucí spotřebu.
Jiný systém bude dávat smysl rodině, která přes den téměř není doma, a jiný domácnosti s vysokou denní spotřebou.
Stejně tak není automaticky nejvýhodnější instalovat největší možné množství panelů. Důležité je vědět, kolik elektřiny dokáže objekt skutečně využít a co se bude dít s případnými přebytky.
Jak zvýšit využití elektřiny z fotovoltaiky pro tepelné čerpadlo?
Klíčová není pouze výroba energie, ale také okamžik, kdy se energie spotřebovává.
Pokud fotovoltaika vyrábí nejvíce například kolem poledne, zatímco největší spotřeba domu nastává večer, část výroby a spotřeby se časově míjí.
Proto má velký význam regulace a řízení systému.
1. Ohřev teplé vody v době výroby FVE
Jednou z možností je využívat období vysoké fotovoltaické výroby pro přípravu teplé vody.
Místo aby systém ohříval vodu bez ohledu na aktuální výrobu, může vhodná regulace část ohřevu přesunout právě do doby, kdy je k dispozici vlastní elektřina.
Zásobník teplé vody tak do určité míry funguje jako tepelná akumulace.
2. Přizpůsobení provozu tepelného čerpadla
Moderní regulace může podle možností konkrétní technologie upravovat provoz tepelného čerpadla s ohledem na dostupnou energii.
Neznamená to, že se vytápění zapíná pouze při svitu slunce. Prioritou musí zůstat požadovaná teplota a komfort v objektu.
Určitou část spotřeby ale lze při vhodně navrženém systému přesunout do výhodnějšího času.
3. Využití akumulačních schopností domu
Také samotná budova má určitou tepelnou setrvačnost. Výrazně se může projevit například u dobře navrženého podlahového vytápění.
Tepelné čerpadlo obecně pracuje efektivněji při nižších teplotách otopné vody. Proto se velmi dobře kombinuje například s nízkoteplotním podlahovým vytápěním. Vyšší požadovaná teplota topné vody naopak zvyšuje nároky na kompresor a může snižovat topný faktor systému.
Je k fotovoltaice a tepelnému čerpadlu potřeba baterie?
Baterie není podmínkou pro propojení fotovoltaiky s tepelným čerpadlem.
Může ale pomoci zvýšit využití vlastní vyrobené elektřiny.
Fotovoltaika může během slunečné části dne vyrábět více energie, než domácnost právě potřebuje. Bateriové úložiště umožňuje část této elektřiny uložit a využít později – například večer nebo v noci.
Je však důležité rozlišovat denní a sezónní akumulaci.
Běžná domácí baterie může přesouvat energii mezi jednotlivými hodinami dne nebo kratšími obdobími. Není určena k tomu, aby uchovala velké množství letních přebytků až do zimní topné sezóny.
Proto by se kapacita baterie měla opět navrhovat podle konkrétní výroby a spotřeby domácnosti, nikoli automaticky podle co nejvyšší dostupné kapacity.
Tepelné čerpadlo, fotovoltaika a podlahové vytápění
Velmi zajímavým řešením může být propojení tří technologií:
fotovoltaiky, tepelného čerpadla a teplovodního podlahového vytápění.
Podlahové vytápění pracuje s velkou plochou, a proto zpravidla nepotřebuje tak vysokou teplotu topné vody jako některé klasické radiátorové soustavy.
Nižší požadovaná výstupní teplota může vytvořit vhodnější podmínky pro provoz tepelného čerpadla a zlepšit jeho účinnost. Skutečná efektivita ale vždy závisí na konkrétním zařízení, návrhu otopné soustavy, tepelných ztrátách domu a provozních podmínkách.
Fotovoltaika potom může část elektrické energie potřebné pro provoz systému dodat z vlastní výroby.
U novostavby je proto výhodné řešit tyto technologie společně už ve fázi projektu.
A co starší dům s radiátory?
Ani starší dům není automaticky překážkou.
Před instalací je ale potřeba důkladněji posoudit jeho tepelnou ztrátu a parametry stávající otopné soustavy.
Důležitá je zejména teplota vody, kterou radiátory potřebují k vytopení objektu při nízkých venkovních teplotách. Čím vyšší výstupní teplotu musí tepelné čerpadlo dlouhodobě vytvářet, tím náročnější mohou být podmínky jeho provozu.
V některých domech může pomoci například:
zateplení části objektu,
výměna nebo zvětšení některých radiátorů,
hydraulické vyvážení soustavy,
změna regulace,
kombinace více opatření.
Teprve potom lze smysluplně určit vhodný výkon tepelného čerpadla a navazující fotovoltaiky.
Má smysl instalovat fotovoltaiku a tepelné čerpadlo současně?
Pokud se obě technologie plánují, společný návrh má velkou výhodu.
Projektant může od začátku pracovat s budoucí spotřebou tepelného čerpadla a podle ní posoudit vhodnou velikost fotovoltaiky, elektroinstalaci, jištění, regulaci, přípravu teplé vody i případnou baterii.
Při připojování výrobny je navíc potřeba pracovat s technickými parametry odběrného místa, instalovaným výkonem výrobny, střídačem, akumulací a připojovanými spotřebiči. U některých způsobů připojení může být nové tepelné čerpadlo z pohledu distribuční soustavy relevantní změnou odběru.
Společné řešení proto často znamená méně kompromisů než postupné doplňování jednotlivých technologií bez původního celkového konceptu.
Jak poznat, zda se kombinace FVE a tepelného čerpadla vyplatí právě vám?
Univerzální odpověď neexistuje.
Před rozhodnutím je vhodné znát alespoň:
Tepelnou ztrátu domu
Určuje, kolik tepla objekt potřebuje a jaký výkon zdroje vytápění dává smysl.
Současnou a budoucí spotřebu elektřiny
Do návrhu je potřeba zahrnout nejen dnešní spotřebu, ale také plánované tepelné čerpadlo, elektrický ohřev vody, elektromobil nebo další významné spotřebiče.
Parametry střechy pro fotovoltaiku
Rozhoduje využitelná plocha, orientace, sklon, zastínění a technický stav střechy.
Otopnou soustavu
Podlahové vytápění a radiátory mohou mít výrazně rozdílné požadavky na teplotu topné vody.
Denní průběh spotřeby
Čím větší část vyrobené elektřiny dokáže domácnost spotřebovat ve vhodném čase, tím lépe lze vlastní výrobu využívat.
Možnost řízení a akumulace
Přebytky mohou být využity například pro ohřev vody, baterii nebo další řízené spotřebiče.
Teprve z těchto údajů lze vytvořit realistickou energetickou bilanci a navrhnout systém, který bude odpovídat konkrétnímu domu.
Nejčastější chyba? Posuzovat každou technologii zvlášť
Fotovoltaika, tepelné čerpadlo, ohřev vody, podlahové vytápění, baterie a regulace spolu v moderním domě stále více souvisejí.
Pokud se každá část navrhne samostatně, může vzniknout systém, který technicky funguje, ale nevyužívá svůj potenciál.
Lepší je začít otázkou:
Jak má energetika celého domu fungovat během celého roku?
Teprve potom dává smysl určit výkon tepelného čerpadla, velikost fotovoltaické elektrárny, způsob přípravy teplé vody, případnou kapacitu baterie a logiku řízení.
Fotovoltaika a tepelné čerpadlo jako jeden funkční celek
Kombinace fotovoltaiky a tepelného čerpadla může být velmi efektivním řešením pro rodinný dům. Největší přínos ale nevzniká pouhým nákupem dvou moderních technologií.
Rozhodující je správný návrh celého systému.
Fotovoltaika by měla odpovídat spotřebě a možnostem objektu. Tepelné čerpadlo musí být navrženo podle tepelných potřeb domu a otopné soustavy. Regulace by měla pomoci využívat elektřinu v době, kdy je k dispozici, a případná baterie má mít kapacitu odpovídající reálnému provozu.
V E-Sea se věnujeme návrhu a realizaci fotovoltaických elektráren, tepelných čerpadel, podlahového vytápění, rekuperace i souvisejících elektroinstalací. Díky tomu lze jednotlivé technologie řešit jako vzájemně propojený celek, nikoli jen jako samostatná zařízení.
Pokud plánujete fotovoltaiku, tepelné čerpadlo nebo kompletní energetické řešení domu, obraťte se na nás. Navrhneme řešení podle konkrétního objektu, jeho spotřeby a vašich požadavků.
Nejčastější otázky k fotovoltaice a tepelnému čerpadlu
Může fotovoltaika napájet tepelné čerpadlo?
Ano. Pokud fotovoltaická elektrárna v daném okamžiku vyrábí elektřinu, může být tato energie využita také pro provoz tepelného čerpadla. Množství vlastní energie závisí na aktuální výrobě FVE a současné spotřebě domu.
Funguje fotovoltaika s tepelným čerpadlem i v zimě?
Ano, fotovoltaika vyrábí elektřinu i během zimy. Výroba je však obecně nižší než ve slunečné části roku, zatímco potřeba vytápění je vyšší. Proto nelze počítat s tím, že běžná FVE bude po celou zimu plně zásobovat tepelné čerpadlo.
Jak velká fotovoltaika je potřeba k tepelnému čerpadlu?
Univerzální velikost neexistuje. Návrh musí vycházet z celkové spotřeby domu, spotřeby tepelného čerpadla, parametrů střechy, místních podmínek a způsobu využívání vyrobené elektřiny.
Je k tepelnému čerpadlu a fotovoltaice nutná baterie?
Není. Baterie ale může zvýšit využití vlastní vyrobené elektřiny tím, že ukládá část přebytků pro pozdější spotřebu. Její vhodná kapacita závisí na konkrétním energetickém profilu domácnosti.
Je vhodnější tepelné čerpadlo s podlahovým vytápěním?
Tepelné čerpadlo zpravidla pracuje výhodněji při nižší požadované teplotě topné vody. Proto může být nízkoteplotní podlahové vytápění velmi vhodným partnerem. Tepelné čerpadlo lze ale použít také s vhodně navrženou radiátorovou soustavou.
Lze využít přebytky z fotovoltaiky pro ohřev vody?
Ano. Příprava teplé vody patří mezi praktické možnosti využití přebytků z fotovoltaické elektrárny. Vhodné řízení může část ohřevu přesunout do období vyšší výroby FVE.