Solarne pompy ciepła

Od kiedy dział o ogrzewaniu wyodrębniłem do osobnego bloga, staram się pisywać tu w miarę regularnie nowe artykuły. Niestety, idzie mi to niespecjalnie, co widać, bo nowe teksty pojawiają się rzadko. Teraz jeszcze jestem na urlopie i jest mi jeszcze trudniej coś napisać. Dlatego z entuzjazmem przyjąłem motywacyjnego kopniaka, który mi zaserwowano. Ostatnio pod wpisem Jak działają pompy ciepła czytelniczka spytała, czy możliwe jest takie skonstruowanie pompy ciepła, by była zasilana przez energię słoneczną.

Jest to możliwe, i to co najmniej na kilka sposobów. Ja znam trzy. I te trzy sposoby połączenia pompy ciepła i systemu solarnego właśnie opiszę tu w artykule.

Pompy ciepła są urządzeniem, które pozwala pobrać ciepło ze źródła o niskiej temperaturze (np. zimowe powietrze, gruntowy wymiennik ciepła, podziemny ciek wodny) i oddać je w wyższej temperaturze w użytecznej dla nas formie — w grzejnikach albo w ogrzewaniu podłogowym. Ich zaletą jest to, że do pozyskania jednej jednostki użytecznego ciepła zużywa się ledwie 1/4 czy 1/3 jednostki energii elektrycznej. Z kolei energia elektryczna jest bardzo łatwo dostępna, i to do tego w olbrzymich ilościach. Na każdy metr kwadratowy powierzchni ziemi w Polsce trafia rocznie ok. 1 000 kWh energii słonecznej. To tyle, że wystarczyłoby do ogrzania domu pasywnego o powierzchni ponad 65 metrów kwadratowych, gdybyśmy byli w stanie całą tę energię pozyskać i przetworzyć na ciepło. Połączenie pompy ciepła z systemem solarnym pozwala korzystać z energii słonecznej efektywniej, niż w przypadku na przykład kolektorów słonecznych czy ogrzewania słonecznego.

A zatem — same zalety. Ale jak to wygląda w szczegółach?

Wariant pierwszy. Fotowoltaika i sprężarkowa pompa ciepła.

Ten wariant wydaje się być najbardziej oczywisty i chyba najwcześniej przychodzi do głowy. W końcu pompy ciepła, te popularne, czyli sprężarkowe, zużywają energię elektryczną. A energię elektryczną łatwo przecież wyprodukować z pomocą ogniw fotowoltaicznych, czyli baterii słonecznych. Potem ten prąd z ogniw fotowoltaicznych wystarczy zaprząc do zasilenia sprężarki pompy ciepła i pozamiatane.

W tym wariancie nie ma kompletnie znaczenia, skąd pompa ciepła bierze ciepło, czyli co jest jej tzw. dolnym źródłem. Może to równie dobrze być pompa ciepła powietrze-powietrze (co w najpopularniejszej postaci jest po prostu klimatyzatorem z funkcją grzania), pompa ciepła woda-woda czy dowolna inna.

Ten wariant wydaje się być prosty, ale niestety nie jest aż tak kolorowo. Ogniwa fotowoltaiczne produkują prąd stały, o natężeniu zależnym od natężenia padającego na nie promieniowania słonecznego. Typowa sprężarka pompy ciepła wymaga zaś prądu zmiennego, jedno- lub trzyfazowego. Czyli aby zasilać pompę ciepła energią elektryczną z baterii słonecznych, potrzeba kilka dodatkowych urządzeń. Absolutne minimum to bateria akumulatorów, które będą magazynować prąd — i przetwornica (falownik), która zamieni prąd stały z akumulatorów na prąd zmienny.

Sprawność takiego układu nie przeraża. Energia słoneczna w ogniwach fotowoltaicznych zamieniana jest na prąd ze sprawnością ledwie kilkunastu procent — dla równego rachunku przyjmijmy 15%. Sprawność akumulatorów jest zazwyczaj rzędu 65%, sprawność przetwornicy pewnie nie przekracza 90-95%. Uwzględniając wszystkie straty po drodze, do zasilenia pompy ciepła zużyjemy ledwie 10% energii słonecznej! Wprawdzie pompa ciepła zamieni ten prąd na kilkukrotnie większą ilość ciepła, ale i tak uzysk ciepła stanowić będzie ledwie 30-40% energii słonecznej trafiającej do ogniw fotowoltaicznych.

Niewiele, prawda? Nie dość, że układ drogi (bo drogie są baterie słoneczne), to jeszcze mało efektywny…

Kolejne strony artykułu: [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]

Opublikował 26.08.2009 mgr inż. Krzysztof Lis i oznaczył hasłami , , , ,

9 komentarzy do artykułu “Solarne pompy ciepła”

  1. A co z możliwością zastosowania silnika prądu stałego na 48V ( napęd z melexa)? To powinno trochę poprawić efektywność układu Nr 1

  2. @andy492: rzeczywiście efektywność nieco wzrośnie w porównaniu do układu na 12V ze względu na niższe prądy w kablach a zatem niższe straty energii. No i wyeliminujemy straty na falowniku. Cudów bym się jednak nie spodziewał…

  3. A może tak,
    Z kolektora podgrzewać zbiornik z olejem, który ma sporą pojemność cieplną (akumulator ciepła), a olej ten będzie dolnym źródłem pompy.
    To może chodzić na okrągło przez cały rok , ogrzewać budynek i wodę użytkową. Istotnie wzrośnie sprawność pompy, czyż nie?

  4. tak sobie myślałem o tych solarkach i poco tyle płacić na dachu pod odpowiednik kątem montujemy stelaż a w nim prowadzimu na płasko wąż gumowy np 100 mb fi 16mm wszystko puszczone przez wężownice w buforze do instalacji trzeba dokupić pomke wody czujnik temperatury na wężownicy i zbiorniczek wyrównawczy. ciekawe czy taki samochodowy by mugł być . dziś zrobiłem experyment w weżu o długości 1 m fi 16 zalany woda z kranu temp ok 8 st na dworze -8 wystawiony na słońce po 2 godzinach temp 58 st całość zalewamy płynem do chłodnic i mamy darmową ciepłą wode

  5. Nie wiem, czy nie lepiej byłoby ułożyć ten wąż między papą a pokryciem dachu. Nie dość, że to łatwiejsze, to jeszcze na pewno nie zostanie uszkodzony np. przez zsuwający się śnieg.

  6. Mam pytanko moze ktos mi pomoże bo googluje i niemogę znależć
    czy można kupić szkło powiekszające o powierzchni 1 m kw tak by przykryc opisany przezemnie kolektor i skupiało światło na kolektorze np o 30%.Lub podłożyć lustro tak zakrzywione by odbijało skupine światło między szczelinkami na rurki.
    I ciekawe ile to kosztuje.

  7. I niestety niemogę ułożyc między papą i pokryciem dachu ponieważ dach ma nachylenie 11 stopni musi byc zrobione rusztowanie z obudowa i jednocześnie regulacja kąta zima lato o 2/ 3 stopnie chyba wystarczy

  8. Andrzej — poszukaj tzw. Soczewki Fresnela. Ale nie wiem, czy to dobre rozwiązanie. Już zwierciadło będzie lepszym wyjściem.

  9. Współpraca źródeł energii odnawialnej w szczególności takich jak pomp ciepła (PC) z kolektorami słonecznymi (KS) jest bardzo wskazana a nawet pożądana.
    Przedstawiony w artykule 2 wariant współpracy: KS i PC (sprężarkowa) wydaje się najbardziej oczywistym i najprostszym w realizacji. Zgłębiając tematykę i wchodząc z poziomu teorii do praktyki ma się pewne pytania / wątpliwości:
    – Czy KS o mocy ok. 0,7 kW z 1m2 w okresie letnim, zimowym ok. 0,1 (a nawet mniejszej) zaspokoi zapotrzebowanie na moc chłodniczą rzędu 6kW dla małych PC?
    – W grudniu (wydaje mi się) iż energii nie pozyskamy. Statystycznie niebo w 80% jest zakryte całkowicie chmurami a w takim przypadku nawet najlepsze urządzenia energii nie dostarczą
    – O jakiej powierzchni KS trzeba myśleć, aby takiego połączenia dokonać?
    – Czy nie lepiej byłoby „ładowanie gruntu” a dopiero pobieranie ciepła do wykorzystania. Grunt stanowi dobry magazyn energii, którym nie może być działający stochastycznie KS.
    – KS i dolne źródła ciepła (DŹ) PC pracują zwykle na różnych roztworach. Temperatura w kolektorze osiągnąć może temperaturę otoczenia, czyli znacznie poniżej -20C (stosuje się roztwory do -35C), temperatura W DŹ nie spadnie poniżej -10C (-15C).

Pozostaw komentarz

Subscribe without commenting