Pompa ciepła, instalacja fotowoltaiczna i magazyn energii mogą pracować jako jeden zintegrowany system, ale samo połączenie trzech urządzeń nie oznacza jeszcze efektywnego zarządzania energią. Coraz większego znaczenia nabiera EMS (Energy Management System), który monitoruje produkcję, zużycie i magazynowanie energii oraz pozwala sterować jej przepływem zgodnie z przyjętym scenariuszem. Przy projektowaniu takiego układu trzeba uwzględnić również taryfę energii elektrycznej. G11 nie zawsze będzie najkorzystniejszym rozwiązaniem dla domu wyposażonego w magazyn energii – w zależności od profilu zużycia warto przeanalizować taryfy wielostrefowe, np. G12 lub G12W, a także oferty z ceną dynamiczną.
Punktem wyjścia powinno być jednak zapotrzebowanie energetyczne konkretnego budynku. Najpierw należy określić potrzeby grzewcze i właściwie dobrać pompę ciepła, następnie oszacować przyszłe zużycie prądu i zaprojektować instalację fotowoltaiczną. Dopiero na tej podstawie można określić zasadność i parametry magazynu energii oraz sposób zarządzania całym układem.
Jak współpracują pompa ciepła, instalacja fotowoltaiczna i magazyn energii?
Każdy element systemu realizuje inne zadanie.
Pompa ciepła wykorzystuje energię elektryczną do ogrzewania budynku, a zależnie od konfiguracji również do przygotowania ciepłej wody użytkowej lub chłodzenia. Instalacja fotowoltaiczna produkuje energię elektryczną, natomiast magazyn pozwala przechować część nadwyżki produkcji i wykorzystać ją w późniejszym czasie.
Kluczowa różnica dotyczy momentu produkcji i zużywania energii. Zapotrzebowanie związane z ogrzewaniem jest największe przede wszystkim w chłodniejszej części roku. Produkcja instalacji fotowoltaicznej zależy natomiast od nasłonecznienia, pory dnia i sezonu.
Magazyn energii pozwala częściowo ograniczyć niedopasowanie produkcji i zużycia przede wszystkim w krótkim okresie. Energia wyprodukowana w ciągu dnia może zostać zmagazynowana i wykorzystana np. wieczorem lub w nocy. Magazyn domowy nie służy natomiast do przechowywania letniej produkcji energii aż do sezonu grzewczego.
Dlatego pompy ciepła i fotowoltaika powinny być analizowane jako element większego systemu energetycznego budynku. Jeżeli do układu dodawany jest magazyn energii, trzeba określić nie tylko jego pojemność, ale również zasady ładowania i rozładowywania oraz sposób współpracy wszystkich urządzeń.
Dlaczego samo połączenie urządzeń już nie wystarcza?
W domu posiadającym pompę ciepła, instalację fotowoltaiczną i magazyn energii występuje jednocześnie kilka kierunków przepływu energii.
Energia może być:
- produkowana przez instalację fotowoltaiczną,
- natychmiast zużywana przez urządzenia w domu,
- wykorzystywana przez pompę ciepła,
- kierowana do magazynu energii,
- pobierana z magazynu,
- pobierana z sieci,
- oddawana do sieci.
Dlatego coraz ważniejsze staje się nie tylko pytanie „ile energii produkujemy?”, ale również „kiedy, skąd i do czego ją kierujemy?”.
Właśnie tutaj pojawia się rola systemu zarządzania energią EMS.
Co to jest EMS i dlaczego jest ważny przy pompie ciepła, instalacji fotowoltaicznej i magazynie energii?
EMS (Energy Management System) to system zarządzania energią, którego zadaniem jest monitorowanie oraz sterowanie przepływami energii pomiędzy jej źródłami, magazynem, siecią i odbiornikami.
W rozwiązaniach przeznaczonych dla gospodarstw domowych spotyka się również określenie HEMS – Home Energy Management System.
EMS może otrzymywać informacje m.in. o:
- aktualnej produkcji instalacji fotowoltaicznej,
- bieżącym zużyciu energii w budynku,
- poziomie naładowania magazynu,
- poborze i oddawaniu energii do sieci,
- pracy wybranych odbiorników,
- cenach energii, jeżeli zastosowany system i model rozliczeń umożliwiają ich uwzględnianie.
Na podstawie tych danych odpowiednio skonfigurowany system może realizować określone strategie energetyczne.
Nie należy przy tym utożsamiać EMS ze zwykłą aplikacją pokazującą produkcję instalacji. Monitoring dostarcza informacji, natomiast zadaniem systemu zarządzania jest również wykorzystywanie tych informacji do sterowania pracą systemu.
Jak EMS może zarządzać energią w domu?
Wyobraźmy sobie słoneczny dzień, podczas którego instalacja fotowoltaiczna produkuje więcej energii, niż wynosi aktualne zapotrzebowanie domu.
Bez odpowiedniej strategii nadwyżka może zostać przekazana do sieci.
W systemie wyposażonym w magazyn energii i odpowiednie sterowanie możliwe jest ustalenie innych priorytetów. Energia może najpierw pokrywać bieżące zapotrzebowanie domu, następnie zostać wykorzystana przez elastyczne odbiorniki lub skierowana do magazynu, a dopiero pozostała nadwyżka trafić do sieci.
W domu z pompą ciepła możliwości zarządzania są jeszcze większe. Jeżeli pozwala na to konfiguracja urządzeń i potrzeby mieszkańców, okres zwiększonej produkcji może zostać wykorzystany np. do przygotowania ciepłej wody użytkowej.
W takim przypadku budynek może częściowo wykorzystywać również magazynowanie energii w postaci ciepła, a nie wyłącznie w akumulatorze.
Nie oznacza to jednak, że pompę ciepła należy uruchamiać i wyłączać przy każdej zmianie produkcji. Sterowanie powinno uwzględniać charakterystykę urządzenia, temperaturę, bezwładność cieplną budynku i komfort mieszkańców.
Od czego zacząć projektowanie całego systemu?
Pierwszym etapem powinno być zebranie informacji o budynku oraz sposobie korzystania z energii. Sam rachunek za prąd nie wystarczy, szczególnie jeżeli dom jest obecnie ogrzewany gazem, paliwem stałym lub innym źródłem, które ma zostać zastąpione pompą ciepła.
Przed doborem urządzeń należy uwzględnić między innymi:
- zapotrzebowanie budynku na moc grzewczą,
- standard izolacji ścian, dachu i pozostałych przegród,
- parametry stolarki okiennej i drzwiowej,
- rodzaj wentylacji,
- parametry istniejącej instalacji grzewczej,
- dotychczasowe zużycie energii na ogrzewanie i przygotowanie ciepłej wody,
- obecne zużycie energii elektrycznej,
- liczbę mieszkańców i sposób korzystania z ciepłej wody,
- planowane dodatkowe odbiorniki energii,
- parametry przyłącza elektrycznego,
- możliwości montażu modułów instalacji fotowoltaicznej,
- profil zużycia energii w poszczególnych porach dnia,
- aktualną taryfę energii elektrycznej,
- możliwość zastosowania odpowiedniego systemu EMS.
Istotne są nie tylko dane roczne. Dwa gospodarstwa domowe zużywające podobną ilość energii w skali roku mogą mieć zupełnie inny profil poboru.
Jak prawidłowo dobrać pompę ciepła?
Dobór pompy ciepła powinien rozpoczynać się od określenia potrzeb energetycznych budynku. Sama powierzchnia domu nie jest wystarczającym kryterium.
Dwa budynki o takim samym metrażu mogą mieć zupełnie inne zapotrzebowanie na ciepło ze względu na różnice w izolacji, szczelności, konstrukcji, wentylacji czy stolarce.
Zbyt mała moc urządzenia może oznaczać większą potrzebę korzystania ze źródła wspomagającego podczas niskich temperatur. Nie należy jednak dobierać urządzenia nadmiernie przewymiarowanego „na zapas”. Parametry pompy powinny odpowiadać rzeczywistym warunkom pracy instalacji.
Dlaczego temperatura zasilania instalacji jest tak ważna?
Efektywność pracy pompy ciepła zależy między innymi od temperatury, do jakiej musi podgrzewać wodę zasilającą instalację grzewczą.
Dlatego przed montażem należy ocenić nie tylko urządzenie, ale również instalację znajdującą się w budynku. Znaczenie mają grzejniki lub ogrzewanie podłogowe, przepływy, średnice przewodów, regulacja hydrauliczna oraz sposób sterowania poszczególnymi strefami.
Istniejąca instalacja grzejnikowa nie oznacza automatycznie, że zastosowanie pompy ciepła jest niemożliwe. Trzeba jednak sprawdzić, czy będzie mogła zapewnić wymaganą ilość ciepła przy parametrach odpowiednich dla planowanego systemu.
Jak dobrać instalację fotowoltaiczną do domu ogrzewanego pompą ciepła?
Po określeniu parametrów pompy można oszacować przyszłe zużycie energii elektrycznej budynku.
Należy uwzględnić:
- dotychczasowe zużycie energii elektrycznej,
- przewidywane zużycie pompy ciepła,
- energię potrzebną do przygotowania ciepłej wody,
- pozostałe urządzenia elektryczne,
- przyszłe odbiorniki, np. samochód elektryczny.
Moc instalacji fotowoltaicznej nie powinna być jednak dobierana wyłącznie na podstawie rocznej sumy zużycia.
Znaczenie ma również profil produkcji i poboru. Zwiększanie mocy instalacji nie zawsze powoduje proporcjonalne zwiększenie ilości energii zużywanej bezpośrednio w domu.
Jak zwiększyć autokonsumpcję energii z instalacji fotowoltaicznej?
Autokonsumpcja oznacza bezpośrednie wykorzystanie własnej produkcji energii w gospodarstwie domowym.
Można ją zwiększać między innymi poprzez:
- przenoszenie części zużycia na godziny produkcji instalacji,
- odpowiednie sterowanie pompą ciepła,
- przygotowanie ciepłej wody w odpowiednich godzinach,
- ładowanie magazynu energii z nadwyżek,
- automatyczne zarządzanie odbiornikami za pomocą EMS.
Im więcej własnej energii zostanie wykorzystane w budynku w odpowiednim momencie, tym mniejsze znaczenie ma samo oddawanie nadwyżek do sieci.
Kiedy magazyn energii ma sens?
Nie ma jednej odpowiedzi właściwej dla każdego gospodarstwa.
Magazyn energii jest szczególnie wart analizy, gdy instalacja fotowoltaiczna regularnie produkuje nadwyżki w godzinach, w których dom nie jest w stanie ich wykorzystać, natomiast większy pobór występuje później.
Przed doborem magazynu trzeba określić:
- wielkość typowych nadwyżek produkcji,
- wieczorne i nocne zużycie energii,
- profil pracy pompy ciepła,
- oczekiwaną liczbę cykli pracy magazynu,
- możliwości falownika,
- wymagania dotyczące zasilania awaryjnego,
- aktualną i możliwą do zastosowania taryfę,
- sposób zarządzania energią przez EMS.
Zbyt mały magazyn może szybko osiągać pełne naładowanie. Zbyt duży w stosunku do rzeczywistych potrzeb może natomiast przez znaczną część czasu nie wykorzystywać swojej pojemności.
Dlatego odpowiedź na pytanie „jaki magazyn energii wybrać?” nie powinna wynikać wyłącznie z mocy instalacji fotowoltaicznej.
Dlaczego przy magazynie energii trzeba przeanalizować taryfę prądu?
Magazyn energii zmienia sposób, w jaki gospodarstwo może korzystać z sieci.
Bez magazynu pobór energii z sieci następuje wtedy, kiedy dom jej potrzebuje. Magazyn daje możliwość częściowego przesuwania poboru w czasie – bateria może zostać naładowana w jednym okresie, a zgromadzona energia wykorzystana później.
Dlatego przy montażu magazynu warto przeanalizować, czy dotychczasowa taryfa nadal odpowiada nowemu profilowi energetycznemu domu.
G11, G12 czy G12W – co warto rozważyć przy magazynie energii?
G11 jest taryfą jednostrefową – cena energii nie zmienia się w zależności od pory doby.
Jeżeli gospodarstwo korzysta z magazynu, warto porównać ją z taryfami wielostrefowymi.
W G12 doba podzielona jest na okresy, w których energia rozliczana jest według różnych stawek. Daje to możliwość zaplanowania części poboru na godziny z niższą ceną.
G12W działa na podobnej zasadzie, ale preferencyjne okresy obejmują również określone godziny weekendów i dni wolnych, zgodnie z warunkami konkretnego operatora i sprzedawcy.
W domu wyposażonym w odpowiednio skonfigurowany magazyn może to otworzyć możliwość ładowania baterii w tańszym okresie i wykorzystywania zgromadzonej energii w godzinach droższych.
Nie oznacza to jednak, że G12 lub G12W zawsze będzie lepsza od G11. Decyzję należy poprzedzić analizą rzeczywistego profilu zużycia, warunków konkretnej taryfy, kosztów dystrybucji oraz możliwości sterowania magazynem.
Co to są taryfy dynamiczne i dlaczego są ważne przy magazynie energii?
Kolejną możliwością są oferty z ceną dynamiczną, w których cena energii zmienia się wraz z sytuacją na rynku.
W odróżnieniu od G11, gdzie cena pozostaje stała przez całą dobę, oraz taryf wielostrefowych, gdzie okresy tańszej i droższej energii są ustalone z góry, cena dynamiczna może zmieniać się w kolejnych przedziałach czasu.
Dla użytkownika magazynu tworzy to dodatkowe możliwości, ale również wymaga znacznie bardziej świadomego zarządzania energią.
W odpowiednio przygotowanym systemie strategia może zakładać ładowanie magazynu w okresach korzystniejszych cenowo oraz ograniczanie poboru z sieci w okresach wysokich cen.
W praktyce ręczne śledzenie cen i ciągłe zmienianie ustawień byłoby mało wygodne. Dlatego właśnie przy cenach dynamicznych szczególnie istotne staje się automatyczne zarządzanie energią przez odpowiednio wyposażony EMS.
Taryfa dynamiczna nie jest jednak automatycznie najtańszym rozwiązaniem dla każdego domu. Przed jej wyborem trzeba sprawdzić warunki oferty, wymagania dotyczące rozliczenia i licznika oraz ocenić, czy gospodarstwo rzeczywiście ma możliwość elastycznego przesuwania poboru energii.
Jak EMS, magazyn i taryfa mogą działać razem?
To właśnie połączenie tych trzech elementów pokazuje, dlaczego współczesny system energetyczny domu powinien być projektowany jako całość.
Przykładowy scenariusz może wyglądać następująco:
W dzień instalacja fotowoltaiczna produkuje energię. W pierwszej kolejności pokrywane jest bieżące zapotrzebowanie domu.
Przy nadwyżce produkcji energia może zostać skierowana do magazynu.
Wieczorem dom korzysta z energii zgromadzonej wcześniej zamiast od razu pobierać ją z sieci.
W okresie niskiej ceny energii z sieci, jeżeli zastosowany system, taryfa i konfiguracja na to pozwalają, magazyn może zostać doładowany.
W okresie wysokiej ceny gospodarstwo może wykorzystywać wcześniej zgromadzoną energię.
EMS może koordynować te działania na podstawie dostępnych danych i ustalonej strategii.
W bardziej rozbudowanych rozwiązaniach system może uwzględniać również prognozowaną produkcję instalacji fotowoltaicznej, poziom naładowania magazynu czy zapotrzebowanie poszczególnych odbiorników.
Czy magazyn energii zapewnia zasilanie podczas awarii sieci?
Nie każdy system z magazynem automatycznie zapewnia zasilanie awaryjne.
Jeżeli taka funkcja jest oczekiwana, trzeba przewidzieć ją na etapie projektowania. Znaczenie mają możliwości falownika, konfiguracja instalacji, zabezpieczenia oraz sposób odłączenia od sieci.
Trzeba również określić, które odbiorniki mają działać podczas awarii.
Podtrzymanie oświetlenia, lodówki, routera i sterowania instalacją wymaga innych parametrów niż próba zasilania całego budynku wraz z pompą ciepła.
Dlaczego kompatybilność urządzeń trzeba sprawdzić przed zakupem?
Pompa ciepła, instalacja fotowoltaiczna, falownik, magazyn energii i EMS mogą pochodzić z różnych systemów technologicznych.
Przed zakupem trzeba sprawdzić między innymi:
- zgodność falownika z magazynem,
- zakres napięć,
- moc ładowania i rozładowania,
- możliwości komunikacji,
- współpracę z EMS,
- możliwości sterowania pompą ciepła,
- parametry instalacji elektrycznej,
- zabezpieczenia,
- obciążenie poszczególnych faz,
- możliwość realizacji wybranej strategii energetycznej.
Nie każda pompa komunikuje się bezpośrednio z każdym falownikiem czy systemem zarządzania. Dlatego sposób współpracy urządzeń powinien zostać określony przed ich zakupem, a nie dopiero podczas uruchamiania instalacji.
W jakiej kolejności zaplanować cały system?
Najbezpieczniej rozpocząć od budynku i jego potrzeb, a nie od wyboru urządzeń.
Kolejne etapy powinny obejmować:
- określenie zapotrzebowania budynku na ciepło,
- sprawdzenie parametrów instalacji grzewczej,
- uwzględnienie planowanej termomodernizacji,
- dobór pompy ciepła,
- oszacowanie przyszłego zużycia energii elektrycznej,
- analizę godzinowego profilu zużycia,
- dobór instalacji fotowoltaicznej,
- oszacowanie nadwyżek produkcji,
- analizę zasadności i parametrów magazynu energii,
- analizę taryfy energii elektrycznej,
- określenie oczekiwanego sposobu zarządzania energią,
- dobór kompatybilnego EMS,
- określenie potrzeb dotyczących zasilania awaryjnego,
- sprawdzenie kompatybilności wszystkich urządzeń,
- konfigurację oraz test działania całego systemu.
Takie podejście pozwala zaprojektować jeden system energetyczny domu zamiast kilku niezależnych instalacji.
Jakich błędów unikać?
Dobór pompy ciepła wyłącznie według powierzchni domu
Metraż nie określa rzeczywistych strat ciepła. Parametry urządzenia powinny wynikać z charakterystyki konkretnego budynku.
Dobór instalacji fotowoltaicznej tylko według obecnego rachunku za prąd
Jeżeli dopiero planowana jest pompa ciepła, przyszłe zużycie energii będzie inne od obecnego. Trzeba uwzględnić nowy profil poboru.
Dobór magazynu tylko według mocy instalacji fotowoltaicznej
Moc instalacji nie odpowiada na pytanie, ile nadwyżek rzeczywiście powstaje i kiedy energia będzie potrzebna.
Pozostawienie G11 bez sprawdzenia innych możliwości
Po montażu magazynu zmieniają się możliwości zarządzania poborem energii. Warto więc ponownie przeanalizować G11, G12, G12W oraz dostępne oferty z ceną dynamiczną zamiast automatycznie pozostawać przy dotychczasowym rozwiązaniu.
Traktowanie aplikacji monitorującej jako EMS
Podgląd produkcji i zużycia nie jest tym samym co aktywne zarządzanie przepływami energii.
Projektowanie każdego elementu oddzielnie
Nawet dobre urządzenia mogą nie stworzyć optymalnie działającego systemu, jeśli nie zostaną odpowiednio zintegrowane.
Co powinno zostać ustalone przed rozpoczęciem montażu?
Przed realizacją inwestycji warto znać:
- zapotrzebowanie energetyczne budynku,
- parametry pompy ciepła,
- przewidywane zużycie energii po jej uruchomieniu,
- parametry instalacji fotowoltaicznej,
- konfigurację falownika,
- pojemność i moc magazynu energii,
- profil godzinowy zużycia,
- wybraną taryfę lub model rozliczenia,
- możliwości systemu EMS,
- sposób komunikacji urządzeń,
- priorytety sterowania,
- zakres ewentualnego zasilania awaryjnego,
- wymagane zabezpieczenia elektryczne.
Po uruchomieniu instalacji warto sprawdzić jej zachowanie w różnych warunkach: podczas wysokiej i niskiej produkcji instalacji fotowoltaicznej, ładowania i rozładowywania magazynu, pracy pompy ciepła oraz poboru energii z sieci.
Dobrze zaprojektowany układ nie kończy się bowiem na montażu urządzeń. Pompa ciepła, instalacja fotowoltaiczna, magazyn energii i EMS powinny tworzyć system, który reaguje na rzeczywiste potrzeby energetyczne domu.
FAQ – pompa ciepła, instalacja fotowoltaiczna, magazyn energii i EMS
Czy pompa ciepła może współpracować z instalacją fotowoltaiczną?
Tak. Pompa ciepła wykorzystuje energię elektryczną, dlatego część energii potrzebnej do jej pracy może pochodzić bezpośrednio z instalacji fotowoltaicznej. Rzeczywisty poziom wykorzystania własnej produkcji zależy m.in. od pory roku, profilu pracy pompy i sposobu zarządzania energią.
Czy magazyn energii jest potrzebny przy pompie ciepła i instalacji fotowoltaicznej?
Nie w każdym przypadku. Zasadność zastosowania magazynu należy oceniać na podstawie nadwyżek produkcji, godzinowego profilu zużycia, taryfy, sposobu pracy pompy ciepła oraz oczekiwań dotyczących autokonsumpcji i zasilania awaryjnego.
Co to jest EMS?
EMS, czyli Energy Management System, jest systemem zarządzania energią. Monitoruje przepływy energii i – zależnie od funkcjonalności oraz konfiguracji – może sterować jej wykorzystaniem pomiędzy instalacją fotowoltaiczną, magazynem, siecią i odbiornikami.
Czy przy magazynie energii warto zmienić G11 na G12 lub G12W?
Warto taką zmianę przeanalizować. Taryfy wielostrefowe mogą umożliwić wykorzystanie niższych cen energii w określonych godzinach, szczególnie gdy magazyn pozwala przesuwać pobór w czasie. Opłacalność zależy jednak od profilu zużycia i warunków konkretnej taryfy.
Czy magazyn energii może być ładowany z sieci?
W odpowiednio skonfigurowanym systemie może istnieć możliwość ładowania magazynu również z sieci. Ma to szczególne znaczenie przy taryfach wielostrefowych lub ofertach z cenami dynamicznymi, gdy strategia zakłada magazynowanie energii w okresach korzystniejszych cenowo.
Co to jest taryfa dynamiczna?
Jest to model, w którym cena energii zmienia się w czasie zgodnie z zasadami określonymi w umowie. Pozwala to bardziej elastycznie reagować na ceny, ale wymaga świadomego zarządzania zużyciem. Przy magazynie energii szczególnie przydatna może być automatyzacja zapewniana przez odpowiedni system EMS.
Czy magazyn energii może zasilać pompę ciepła podczas awarii?
Może, ale nie wynika to automatycznie z samego posiadania magazynu. System musi zapewniać odpowiednią funkcję pracy awaryjnej, a moc falownika i magazynu musi odpowiadać wymaganiom pompy oraz pozostałych odbiorników.
Co dobrać najpierw – pompę ciepła czy instalację fotowoltaiczną?
Jeżeli obie instalacje są planowane jednocześnie, najpierw należy określić potrzeby cieplne budynku i parametry pompy. Pozwala to oszacować przyszłe zużycie energii elektrycznej, które następnie można uwzględnić podczas projektowania instalacji fotowoltaicznej.
Czy EMS jest tym samym co aplikacja do instalacji fotowoltaicznej?
Nie zawsze. Aplikacja może służyć przede wszystkim do monitorowania produkcji i zużycia. Pełnoprawny EMS powinien umożliwiać zarządzanie przepływami energii i realizację określonych strategii sterowania, zależnie od możliwości zastosowanego rozwiązania.
Autor: Zespół Expert Technika tworzą specjaliści związani z branżą nowoczesnych instalacji, odnawialnych źródeł energii i efektywności energetycznej budynków. W publikowanych materiałach dzielimy się praktyczną wiedzą dotyczącą m.in. systemów grzewczych, pomp ciepła, fotowoltaiki, magazynów energii, termomodernizacji oraz możliwości uzyskania dofinansowania na inwestycje poprawiające standard energetyczny budynków.
Treści przygotowujemy w oparciu o doświadczenie zdobywane podczas realizacji rzeczywistych inwestycji oraz aktualne wymagania techniczne i programy wsparcia. Naszym celem jest przedstawianie złożonych zagadnień w sposób konkretny, zrozumiały i przydatny dla osób planujących modernizację domu lub inwestycję w nowoczesne rozwiązania energetyczne.