Φωτοβολταϊκό για αντλία θερμότητας: πόσα kWp και τι καλύπτει τον χειμώνα

Ο οδηγός υπολογίζει μήνα προς μήνα πόσο ρεύμα καίει μια αντλία θερμότητας αέρα-νερού και πόσο από αυτό μπορεί να βγάλει ένα φωτοβολταϊκό στη στέγη. Δείχνει πόσα kWp χρειάζονται, τι μένει ακάλυπτο τον χειμώνα, και τι μικραίνει το κενό: τα σώματα, η μόνωση, η κλίση και το πότε δουλεύει η αντλία. Για το μέγεθος της ίδιας της αντλίας δες τον οδηγό πόσα kW αντλία θερμότητας, και για το φωτοβολταϊκό γενικά τον οδηγό τι φωτοβολταϊκό χρειάζομαι.

Πόσο ρεύμα καίει η αντλία, μήνα προς μήνα

Το παράδειγμα είναι μονοκατοικία 120 m² σε δύο ορόφους στην Καλαμάτα, χτισμένη 1980–2010, με διπλή τούβλα, κεραμοσκεπή, αλουμίνιο χωρίς θερμοδιακοπή και διπλό τζάμι 6 mm. Η αντλία ζεσταίνει καλοριφέρ χαμηλής θερμοκρασίας (νερό 50/40 °C) και ζεστό νερό για τέσσερα άτομα. Ο υπολογιστής αντλίας θερμότητας δίνει φορτίο 6,4 kW στους 2,0 °C και, με τις 1.004 βαθμοημέρες της Καλαμάτας, 8.560 kWh θερμότητας τον χρόνο. Με SCOP 2,8, αυτό είναι 3.060 kWh ρεύματος για τη θέρμανση και 780 kWh για το ζεστό νερό. Ο υπολογιστής τα δείχνει στρογγυλεμένα, 3.100 και 800 kWh.

Τη θέρμανση τη μοιράσαμε στους μήνες με τις βαθμοημέρες κάθε μήνα της ΤΟΤΕΕ 20701-3 (Πίν. 3.7), και το ζεστό νερό με τη θερμοκρασία του νερού δικτύου κάθε μήνα. Δίπλα, τι βγάζει 1 kWp φωτοβολταϊκού τον ίδιο μήνα, και πόσα kWp θα χρειάζονταν για να καλυφθεί η αντλία μέσα στον μήνα:

Ο Ιανουάριος θέλει 819 kWh και ο Ιούλιος 48. Η παραγωγή κάνει το αντίθετο: 1 kWp βγάζει 75 kWh τον Ιανουάριο και 166 τον Ιούλιο. Γι' αυτό τα kWp της τελευταίας στήλης πάνε από 10,9 τον Ιανουάριο σε 0,3 τον Ιούλιο. Ο υπολογισμός χρησιμοποιεί ένα SCOP για όλη τη χρονιά. Στην πράξη η αντλία αποδίδει λιγότερο όταν κάνει κρύο έξω, οπότε το μερίδιο του χειμώνα είναι μάλλον λίγο μεγαλύτερο από το 83%.

Πόσα kWp: μόνο η αντλία ή όλο το σπίτι

Σε ετήσιο ισοζύγιο, η αντλία μόνη της θέλει 3.830 ÷ 1.457 = 2,63 kWp, δηλαδή 6 πάνελ (2,70 kWp). Το σπίτι όμως έχει και τις υπόλοιπες συσκευές. Οι προεπιλογές του υπολογιστή φωτοβολταϊκού βγάζουν περίπου 4.020 kWh τον χρόνο, από τις οποίες 1.460 είναι ο ηλεκτρικός θερμοσίφωνας. Αφού το ζεστό νερό το αναλαμβάνει η αντλία, ο θερμοσίφωνας βγαίνει, και μένουν 2.560 kWh. Μαζί με την αντλία, 6.400 kWh.

• Σπίτι χωρίς αντλία (με θερμοσίφωνα): περίπου 4.000 kWh, 7 πάνελ, όπως στον οδηγό τι φωτοβολταϊκό χρειάζομαι.
• Σπίτι με αντλία για θέρμανση και ζεστό νερό: 6.400 ÷ 1.457 = 4,39 kWp, δηλαδή 10 πάνελ (4,50 kWp), περίπου 22 m² πάνελ με απόδοση γύρω στο 20%.

Με τα 4,50 kWp και κατανάλωση συσκευών σταθερή μέσα στη χρονιά, ο λογαριασμός ανά μήνα:

Από τον Νοέμβριο έως τον Μάρτιο λείπουν συνολικά περίπου 2.320 kWh, και τους υπόλοιπους μήνες περισσεύουν περίπου 2.480 kWh, που πηγαίνουν στο δίκτυο. Τον Ιανουάριο η παραγωγή καλύπτει περίπου το 33% της κατανάλωσης, και αυτό είναι το ανώτερο όριο: ο μηνιαίος λογαριασμός υποθέτει ότι κάθε kWh που παράγεται τον μήνα καταναλώνεται τον ίδιο μήνα.

Γιατί δεν σχεδιάζεις για τον Ιανουάριο

Για να καλύψει το φωτοβολταϊκό τον Ιανουάριο του σπιτιού με την αντλία, θα ήθελε 1.037 ÷ 75 = 13,8 kWp, περίπου 70 m² πάνελ. Τον χρόνο θα παρήγαγε περίπου 20.100 kWh για κατανάλωση 6.400 kWh, τριπλάσια. Τα περισσότερα θα πήγαιναν στο δίκτυο το καλοκαίρι. Γι' αυτό το διασυνδεδεμένο φωτοβολταϊκό σχεδιάζεται σε ετήσιο ισοζύγιο ή μικρότερο, και ο χειμώνας καλύπτεται από το δίκτυο.

Το αν συμφέρει το ισοζύγιο εξαρτάται από το πόσα παίρνεις για τις kWh που δίνεις στο δίκτυο το καλοκαίρι και πόσα πληρώνεις για όσες παίρνεις τον χειμώνα. Αυτά τα ορίζει το εκάστοτε πλαίσιο συμψηφισμού, που αλλάζει, και ο οδηγός δεν τα καλύπτει. Χωρίς αποζημίωση για την ενέργεια που δίνεις στο δίκτυο, το καλοκαιρινό περίσσευμα δεν σου αποδίδει τίποτα, και ένα μικρότερο σύστημα, που καταναλώνεις όσο παράγει, μπορεί να είναι προτιμότερο.

Τα σώματα και η μόνωση αλλάζουν περισσότερο τον χειμώνα

Η αντλία αποδίδει καλύτερα όσο χαμηλότερη είναι η θερμοκρασία του νερού. Ο υπολογιστής χρησιμοποιεί SCOP 2,8 για καλοριφέρ, 3,3 για fan coils και 3,7 για ενδοδαπέδια, ανάλογα με τη μέση θερμοκρασία του νερού. Για το ίδιο σπίτι:

Και με καλοριφέρ, αλλάζοντας μόνο τη μόνωση του κελύφους:

Ένα σπίτι πριν το 1980 χωρίς μόνωση θέλει σχεδόν διπλάσιο ρεύμα από ένα σπίτι 1980–2010, και το 87% του πέφτει τον χειμώνα. Τα πάνελ που θα πρόσθετες γι' αυτό ισοσκελίζουν τη χρονιά, αλλά τον Ιανουάριο το σπίτι θέλει 1.676 kWh για την αντλία έναντι 819. Η μόνωση και τα σώματα χαμηλής θερμοκρασίας μειώνουν την κατανάλωση ακριβώς τους μήνες που το φωτοβολταϊκό δεν φτάνει. Το πώς επιλέγεις σώματα για αντλία εξηγεί ο οδηγός αντλία θερμότητας με καλοριφέρ ή ενδοδαπέδια.

Σε άλλες πόλεις

Το ίδιο σπίτι, με καλοριφέρ χαμηλής θερμοκρασίας και ζεστό νερό για τέσσερα άτομα. Η τελευταία στήλη δείχνει πόσο από την αντλία καλύπτουν τον Ιανουάριο τα kWp που την ισοσκελίζουν στο έτος:

Στη Θεσσαλονίκη το σπίτι θέλει περισσότερη θέρμανση και το φωτοβολταϊκό βγάζει λιγότερο, οπότε χρειάζονται περίπου 4,6 kWp για την αντλία, και τον Ιανουάριο καλύπτουν περίπου το 23%. Για την παραγωγή άλλων πόλεων δες τον οδηγό kWh ανά kWp ανά πόλη.

Πότε μέσα στη μέρα: εκεί κερδίζεις

Τον χειμώνα το πρόβλημα δεν είναι ότι η παραγωγή περισσεύει, είναι ότι δεν φτάνει. Τον Ιανουάριο η αντλία του παραδείγματος καταναλώνει κατά μέσο όρο 26 kWh την ημέρα, περίπου 1,1 kW συνεχώς, ενώ τα 4,50 kWp βγάζουν κατά μέσο όρο 11 kWh την ημέρα. Αν η αντλία και οι συσκευές τραβούσαν σταθερή ισχύ όλο το 24ωρο, σε μια μέση μέρα του Ιανουαρίου θα καταναλωνόταν μέσα στο σπίτι περίπου το 88% της παραγωγής. Στην πράξη η αντλία τραβά περισσότερο τη νύχτα και το πρωί, που κάνει κρύο, και λιγότερο το μεσημέρι, οπότε το μεσημεριανό περίσσευμα είναι μεγαλύτερο.

Σε καθαρή μέρα του Ιανουαρίου, τα πάνελ δίνουν το μεσημέρι έως περίπου 2,5 kW, και με την ίδια σταθερή κατανάλωση θα περίσσευαν περίπου 4 kWh γύρω στο μεσημέρι. Το ζέσταμα του μπόιλερ των 200 λίτρων από κρύο θέλει περίπου 8,7 kWh θερμότητας, δηλαδή 3,1 kWh ρεύματος με SCOP 2,8. Αν το πρόγραμμα του ζεστού νερού γίνεται το μεσημέρι αντί για το βράδυ ή το πρωί, το περίσσευμα αυτό πηγαίνει στο νερό και όχι στο δίκτυο.

Το ίδιο κάνει και το ίδιο το σπίτι όταν έχει μάζα: με ενδοδαπέδια ή βαριά κατασκευή, μια λίγο υψηλότερη θερμοκρασία το μεσημέρι κρατά τη ζέστη για το απόγευμα. Το πόσο μετατοπίζεται δεν το υπολογίζουμε εδώ, γιατί εξαρτάται από το σπίτι και τον αυτοματισμό. Ορισμένες αντλίες δέχονται εξωτερικό σήμα για να ανεβάζουν τη θερμοκρασία όταν υπάρχει περίσσευμα· αυτό ελέγχεται στο φυλλάδιο της αντλίας και του inverter.

Μπαταρία και αντλία θερμότητας

Η μπαταρία μεταφέρει ενέργεια από το μεσημέρι στο βράδυ της ίδιας μέρας. Τον Ιανουάριο, σε μια μέση μέρα, η παραγωγή καταναλώνεται σχεδόν όλη τις ίδιες ώρες, και σε καθαρή μέρα το μεσημεριανό περίσσευμα χωράει στον μπόιλερ. Η μπαταρία έχει λίγα να αποθηκεύσει. Το καλοκαίρι περισσεύουν περίπου 20 kWh σε μια μέρα του Ιουλίου, αλλά αυτά δεν φτάνουν ως τον χειμώνα. Το χειμερινό κενό του πίνακα παραπάνω δεν καλύπτεται με μπαταρία, όσο μεγάλη κι αν είναι. Μια μπαταρία βοηθά τις συσκευές του σπιτιού το βράδυ, όχι τη θέρμανση τον Ιανουάριο. Για το μέγεθός της δες τον υπολογιστή μεγέθους μπαταρίας.

Κλίση για τον χειμώνα: λίγο, όχι αρκετά

Η ΤΟΤΕΕ 20701-1 (Πίν. 5.13) δίνει για την Καλαμάτα βέλτιστη κλίση 27° για όλη τη χρονιά και 46° για χρήση κυρίως τον χειμώνα. Με τη μέθοδο ανά ώρα της ΤΟΤΕΕ 20701-3, νότια πάνελ στις 46° βγάζουν περίπου 12% περισσότερα τον Ιανουάριο και 13% τον Δεκέμβριο από τις 27°, και περίπου 4% λιγότερα στο σύνολο της χρονιάς. Από τον Νοέμβριο έως τον Μάρτιο το κέρδος είναι περίπου 7%. Η μεγαλύτερη κλίση βοηθά, αλλά ο Ιανουάριος παραμένει πολύ κάτω από τον Ιούλιο. Αν η στέγη έχει ήδη κλίση, συνήθως ακολουθείς τη στέγη· δες τον οδηγό προσανατολισμός και κλίση.

Και η ψύξη;

Αν η ίδια αντλία δίνει και ψύξη με fan coils, ή αν το σπίτι έχει κλιματιστικά, η κατανάλωση του καλοκαιριού πέφτει τους μήνες με τη μεγαλύτερη παραγωγή και τις ώρες με ήλιο. Αυτή η κατανάλωση ταιριάζει πολύ καλύτερα με το φωτοβολταϊκό από τη θέρμανση, και μικραίνει το καλοκαιρινό περίσσευμα. Ο υπολογιστής αντλίας θερμότητας δίνει το φορτίο ψύξης σε kW, όχι την ετήσια κατανάλωση, γι' αυτό οι πίνακες του οδηγού δεν περιλαμβάνουν ψύξη.

Τι να κάνεις με τους αριθμούς

• Βρες την κατανάλωση της αντλίας για το δικό σου σπίτι με τον υπολογιστή αντλίας θερμότητας. Αν έχεις ήδη αντλία, πάρε τις kWh από τους λογαριασμούς του χειμώνα.
• Πρόσθεσε τις υπόλοιπες συσκευές και αφαίρεσε τον ηλεκτρικό θερμοσίφωνα, αν το ζεστό νερό το αναλαμβάνει η αντλία.
• Διάλεξε μέγεθος με βάση το πλαίσιο συμψηφισμού που ισχύει όταν θα συνδεθείς: ετήσιο ισοζύγιο αν το καλοκαιρινό περίσσευμα αποζημιώνεται, μικρότερο αν δεν αποζημιώνεται.
• Βάλε τα φορτία που μετατοπίζονται στις ώρες με ήλιο: το ζεστό νερό πρώτα.
• Πριν από περισσότερα πάνελ, δες μόνωση και σώματα. Μειώνουν την κατανάλωση τον χειμώνα, που το φωτοβολταϊκό δεν φτάνει.

Δοκίμασέ το με τα δικά σου στοιχεία

Συχνές ερωτήσεις