Sončna elektrarna in napajanje toplotne črpalke

Napajanje toplotne črpalke z elektriko iz sonca.

Kdor je vgradil toplotno črpalko in ima pogoje za izgradnjo sončne elektrarne, bo verjetno naredil še ta korak k varstvu okolja in samooskrbi z energijo. Toplotna črpalka pomeni dodatno potrebo po električni energiji v gospodinjstvu. Če pa govorimo o samooskrbi z elektriko, ne mislimo na klasično sončno elektrarno, ki oddaja viške v omrežje, saj je to dejansko le nizka, okoli 30% samooskrba. V mislih imamo sončno elektrarno s hranilnikom električne energije, ki lahko bistveno prispeva k dejanski samozadostnosti.

Poglejmo si kako takšna elektrarna deluje in v kolikšni meri lahko dejansko napaja toplotno črpalko. Kakšna je poprečna poraba toplotnih črpalk je težko opredeliti, saj je odvisna od cele vrste dejasnikov - moč črpalke, COP, toplotna izolacija hiše, ali gre za talno ali gretje z radiatorji, zahtevana temperatura ogrevanja, itd. Vzeli  bomo neko poprečje, vsak pa si lahko izračuna svojo porabo energije, ki jo ima topolotna črpalka v njegovem gospodinjstvu in jo primerja s proizvodnjo sončne elektrike.

Leto bomo razdelili na dve obdobji: zima (november, december, januar, februar) ter preostali mesci.

Vzemimo 10kW sončno elektrarno s hranilnikom 10kWh, ki proizvede na leto poprečno 11.000kWh elektrike. 
proizvodnja sončna elektrarna 10kW

Vidimo, da 
Vzemimo da je v zimskih mescih poraba toplotne črpalke 50kWh/dan. Poprečna dnevna proizvodnja solarne elektrike je 11kWh. Proizvedena elektrika ne zadošča za pokritje potreb toplotne črpalke, kapaciteta hranilnika je več kot zadostna. Manjkajočo elektriko bo treba potegniti iz omrežja.

Spomladi in jeseni je poraba toplotne črpalke bistveno manjša, vzemimo le 25kWh/dan. Proizvodnja elektrike iz sončne elektrarne, pa je bistveno višja kakor pozimi, okoli 30kWh/dan. Če je poraba 25kWh/dan, je torej urna poraba okoli 1kWh. Proizvodnja v dnevnem času bo večinoma dovolj velika, da bo pokrila potrebe toplotne črpalke. Vendar bo treba zagotoviti še napajanje iz hranilnika v nočnem času. To je okoli 16 ur, kar pomeni vsaj 16kWh. Ker imamo sončno elektrarno s hranilnikom 10kWh, bo to očitno premalo in bo treba zagotoviti hranilnik s kapaciteto 20kWh.

Poglejmo primer delovanja 5kW sončne elektrarne z baterijami 20kWh in porabe 9kW toplotne črpalke v začetku aprila, na nekoliko oblačen dan. Spodaj je prikaz koliko elektrike je porabila toplotna črpalka po urah v tem dnevu. Skupna poraba tega dne je bila 35kWh.

 Poraba toplotne črpalke
Sedaj pa si poglejmo še strukturo virov energije, ki so omogočili to porabo. Sončna elektrarna je ustvarila 25,6kWh energije, iz omrežja je bilo potrebno dodati še 10,7kWh. Na kocu dneva so bile baterije polne. Toplotna črpalka ni nikoli presegla 2kW, iz omrežja pa je vlekla energijo le v jutranjem času, ko so se baterije očitno izpraznile. Po vsej verjetnosti bi bila proizvodnja solarne elektrike še večja, če bi bilo v dopoldanskem času bolj sončno vreme. Verjetno bi k optimalnem delovanju pomagale še povečana kapaciteta baterij.

Proizvodnja sončne energije in poraba na določen dan
V poletnem času nebo večjih problemov, saj bo sončna elektrarna proizvajala veliko več energije, toplotna črpalka pa le grela sanitarno vodo. Za gretje vode v 200 litrskem zalogovniku, pri štirih družinskih članih, potrebujemo okoli 10kWh elektrike. 10kW elektrarna pa bo poprečno dnevno proizvedla 55kWh. Energije bo zadosti tudi za hlajenje prostorov ter ostale porabnike, viške pa bo še vedno odvajala tudi v omrežje.

Če povzamemo: sončna elektrarna 10kW s 10kWh hranilnikom električne energije ni najboljša izbira. Kapaciteta hranilnika je premajhna in bo potrebno nabaviti hranilnik energije 20kWh. S takšno kapaciteto hranilnika si bomo zagotovili veliko stopnjo samozadostnosti.

Seveda pa so v gospodinjstvu še drugi porabniki električne energije, ki jim je treba zagotoviti elektriko. Vendar bo presežkov solarne energije v poletnih mescih toliko, da to nebo težko skompenzirati na letni ravni.

Tags: toplotna črpalka, sončna elektrarna, hranilnik električne energije.