Instalacje fotowoltaiczne
W 1905 r. Albert Einstein wykazał, że światło zawiera pakiety energii promieniowania słonecznego , które nazwał kwantami światła. To odkrycie przyniosło mu w 1921 r. nagrodę Nobla z fizyki. W 1926 r. Gilbert Lewis, wprowadził pojęcie fotonu jako nośnika kwantu (czyli 1 porcji energii promieniowania elektromagnetycznego. Zadaniem fotonu jest transport światła i energii. Przemieszczające się fotony tworzą fale promieniowania elektromagnetycznego, czyli światło. Promienie światła, które codziennie docierają i oświetlają Ziemię, są właśnie strumieniem skumulowanych fotonów. Fotony, pomimo tego, że nie mają masy, mają energię która jest zmienna w zależności od długości fal świetlnych – krótsza fala niesie więcej energii, a dłuższa fala mniej energii. Fale o długości większej niż widzialne okiem ludzkim (powyżej 760 nm), to promieniowanie cieplne ( odczuwane jako ciepło).
Wysłane w przestrzeń międzyplanetarną promieniowanie elektromagnetyczne rozciąga się w zakresie długości fal lub częstotliwości od promieniowania gamma przez rentgenowskie, ultrafiolet, widzialne, podczerwień, aż do fal radiowych. Nie jest ono (promieniowanie) w całości przepuszczane przez atmosferę (atmosfera przepuszcza tylko część promieniowania). Powodem tego jest jej skład który ma inną przepuszczalność dla promieniowania słonecznego, a inną dla promieniowania ziemskiego (np. w skład atmosfery wchodzą warstwy tlenu i ozonu, które odpowiadają za absorpcję szkodliwego promieniowania ultrafioletowego o wysokich częstotliwości
W systemach fotowoltaicznych wykorzystujemy głównie promieniowanie słoneczne bezpośrednie i rozproszone głównie w zakresie światła widzialnego. Ogniwa fotowoltaiczne, z których zbudowane są moduły fotowoltaiczne, zamieniają energię promieniowania w zakresie światła widzialnego w energię elektryczną. Zjawisko to nazywamy efektem fotowoltaicznym. Wytworzony prąd stały przepływa przez inwerter (falownik) i zostaje przekształcony w prąd przemienny, czyli dokładnie taki jaki mamy w gniazdkach (230V). Uzyskaną energię elektryczną możemy zużywać na bieżąco, magazynować albo sprzedawać. Do podstawowych elementów zestawu instalacji fotowoltaicznej możemy zaliczyć: panele PV, inwerter, system mocowania, okablowanie oraz akcesoria łączeniowe. W przypadku kiedy chcemy korzystać z wyprodukowanej energii również po zachodzie słońca, należy zastosować magazyny energii.
Pompy ciepła powietrze – woda
Odnawialne źródła energii, jak również technologie na nich oparte, cieszą się coraz większą popularnością i są coraz powszechniej stosowane. Główną przyczyną jest znikoma szkodliwość dla środowiska naturalnego urządzeń wykorzystujących odnawialną energię oraz jej niewyczerpywalna ilość. Kluczowe są też przepisy, które nakładają na inwestorów obowiązek stosowania rozwiązań opartych na OZE. Jednym z najbardziej wydajnych a zarazem najdynamiczniej rozwijających się rodzajów urządzeń wykorzystujących odnawialne źródła energii są pompy ciepła powietrze-woda.
Przewaga pomp ciepła nad innymi urządzeniami grzewczymi polega przede wszystkim na tym, że są bezobsługowe i bardzo ekonomiczne w eksploatacji. Z 1 kW dostarczonej im energii elektrycznej można wyprodukować 4-5 kW energii cieplnej. Nawet wtedy, gdy są zasilane prądem z sieci, ich wydajność jest wysoka, ale gdy prąd pochodzi z mikroinstalacji fotowoltaicznej i jest produkowany na potrzeby własne gospodarstwa domowego, nie da się im dorównać pod względem ekologii i ekonomiki. Nakłady poniesione na pompę mogą się zwrócić w ciągu 4-5 lat.
Pompy ciepła niezmiennie osiągają najlepsze parametry pracy, gdy różnica między temperaturą dolnego i górnego źródła ciepła jest najmniejsza. Ilość energii, jaką trzeba wtedy dostarczyć do realizacji obiegu, jest najmniejsza. Nie ma znaczenia, czy mówimy o powietrznej czy o gruntowej pompie ciepła. W obu przypadkach zależności będą podobne. Pompy ciepła „lubią”, gdy temperatury zasilania obiegu grzewczego są niskie, a temperatury dolnego źródła ciepła jak najwyższe. Charakterystyka pompy ciepła jest niezbędna do prawidłowego doboru jednostki.
Pompy ciepła powietrze-woda pobierają energię z powietrza i przekazują ją wodzie w instalacji CO i/lub CWU oraz coraz powszechniej także w instalacjach wykorzystywanych do chłodzenia pomieszczeń. Powietrze jest bardzo dobrym nośnikiem ciepła, ale jego parametry szybko i istotnie mogą się zmieniać. Jednak nawet wtedy, gdy ma ujemną temperaturę, jest w nim zakumulowana energia cieplna, którą można wykorzystać. Powietrze oddaje ją czynnikowi chłodniczemu krążącemu w układzie pompy ciepła. Dzięki sprężaniu przez sprężarkę temperatura czynnika się podnosi, a zgromadzona w nim energia jest transportowana i przekazywana do systemu grzewczego. Po oddaniu ciepła i schłodzeniu czynnik roboczy wraca do parownika, gdzie może ponownie przejąć energię od powietrza. Rozwój technologii pomp ciepła powietrze-woda sprawia, że osiągana przez nie efektywność jest coraz lepsza, i zbliża się do parametrów cechujących bardziej wymagające i droższe instalacyjnie pompy gruntowe.
Pompy ciepła powietrze-woda mogą być jednoelementowe – (typ monoblok) lub dwuelementowe (typu split). Działają tak samo, niezależnie od tego, jaką mają konstrukcję. Są zbudowane z tych samych elementów i pełnią tę samą funkcję w instalacji grzewczej/chłodniczej. Mogą pracować z podobną efektywnością, ponieważ nie zależy ona od sposobu, w jaki są rozmieszczone jej poszczególne elementy, ale od jakości samej pompy ciepła (głównie rodzaju zastosowanej w niej sprężarki) i warunków jej pracy (temperatury dolnego źródła ciepła, rodzaju i w konsekwencji także temperatury górnego źródła). Oba typy mogą być zasilane energią elektryczną z PV. Razem z pompą ciepła (typu split lub monoblok) wewnątrz budynku może być zainstalowany moduł hydrauliczny z pompami obiegowymi do zarządzania podłogówką i grzejnikami, naczyniem wzbiorczym, zaworami, a nawet zasobnikiem ciepłej wody użytkowej.
Pompy ciepła typu split są tańsze – jednak ich instalacja wymaga prac przy układzie chłodniczym i jego regularnych kontroli, co generuje dodatkowe koszty. W pompie ciepła typu split są dwie jednostki: wewnętrzna i zewnętrzna. Kupuje się je wraz z montażem w firmie, która ma uprawnienia f-gazowe, ponieważ instalacja wymaga napełnienia czynnikiem chłodniczym. Dodatkowo raz w roku w czasie eksploatacji trzeba przeprowadzać test szczelności.
Pompy ciepła monoblok są droższe – ale mają łatwiejszy i szybszy montaż z mniejszym ryzykiem popełnienia błędów. W przypadku monoblokowych pomp ciepła instalator nie ingeruje w układ chłodniczy, wykonuje tylko podłączanie po stronie wodnej – wymagane jest wyprowadzenie instalacji wodnej na zewnątrz. W pompach monoblokowych wszystkie elementy są opakowane w jedną obudowę. Monobloki instaluje się wewnątrz lub na zewnątrz domu. W naszych warunkach klimatycznych stosuje się to drugie rozwiązanie- monobloki zewnętrzne. Wymaga ono wyprowadzenia instalacji wodnej na zewnątrz – do pompy.
Pompa ciepła i fotowoltaika – zalety połączenia systemów. Największa ilość energii elektrycznej jest wytwarzana przez panele fotowoltaiczne w okresie letnim, podczas gdy pompa ciepła najwięcej prądu zużywa w okresie jesienno-zimowym. Nie stanowi to jednak przeszkody, ponieważ istnieją sposoby na magazynowanie energii elektrycznej wytworzonej w nadmiarze, z której można skorzystać w późniejszym czasie. Możliwe jest przesyłanie energii elektrycznej do sieci lub założenie magazynu energii, który w obliczu zmian, jakie zaszły od 1 kwietnia 2022 roku będzie bardzo dobrym rozwiązaniem. Energię elektryczną pompy ciepła mogą wykorzystywać jednak nie tylko zimą, lecz również latem. Przydatna będzie ona do podgrzewania ciepłej wody użytkowej, a także do zapewnienia działania pompy ciepła w celu chłodzenia pomieszczeń. Jak zatem widać, pompa ciepła może być wykorzystywana przez cały rok, korzystając z darmowej energii wyprodukowanej za pomocą paneli fotowoltaicznych.