Fotowoltaika a klimatyzacja – czy panele pokryją zużycie prądu latem?

W wielu przypadkach odpowiedź brzmi: tak, przynajmniej w dużej części. Klimatyzacja i fotowoltaika dobrze się uzupełniają, ponieważ największe zapotrzebowanie na chłodzenie pojawia się zwykle w słoneczne dni, gdy instalacja PV produkuje dużo energii.

Nie oznacza to jednak, że każdy klimatyzator będzie przez całe lato pracował wyłącznie na darmowej energii ze słońca. Rzeczywisty bilans zależy od mocy instalacji fotowoltaicznej, zużycia energii przez klimatyzację, pory jej uruchamiania, orientacji paneli oraz pozostałego poboru prądu w budynku.

Dlaczego fotowoltaika i klimatyzacja dobrze ze sobą współpracują?

Produkcja energii z fotowoltaiki rozpoczyna się rano, rośnie w kolejnych godzinach, a następnie spada wieczorem. Najwyższe uzyski występują zazwyczaj w środkowej części dnia, choć dokładny profil zależy między innymi od orientacji paneli, kąta nachylenia dachu, zachmurzenia i zacienienia.

Zapotrzebowanie na chłodzenie ma podobny rytm. Budynek nagrzewa się pod wpływem promieniowania słonecznego, wysokiej temperatury powietrza oraz ciepła wytwarzanego przez domowników i urządzenia elektryczne. Klimatyzator jest więc najczęściej potrzebny w godzinach, w których instalacja PV nadal produkuje energię.

Narzędzie PVGIS opracowane przez Wspólne Centrum Badawcze Komisji Europejskiej pozwala analizować produkcję instalacji fotowoltaicznej w ujęciu miesięcznym, dziennym i godzinowym. Dzięki temu można porównać przewidywaną generację energii z rzeczywistym profilem pracy klimatyzacji.

Takie połączenie zwiększa autokonsumpcję, czyli zużycie energii bezpośrednio w miejscu i w chwili jej wytworzenia. Jest to szczególnie istotne w net-billingu, w którym nadwyżki energii są rozliczane wartościowo, a nie odbierane później w takiej samej ilości. Część prosumentów rozlicza energię według cen miesięcznych, a część według cen godzinowych. W obu przypadkach wykorzystanie własnej energii na bieżąco ogranicza ilość prądu kupowanego z sieci.

Ile prądu zużywa klimatyzator?

Jednym z najczęstszych błędów jest utożsamianie mocy chłodniczej klimatyzatora z poborem energii elektrycznej.

Urządzenie opisane jako klimatyzator o mocy 3,5 kW nie musi pobierać z sieci 3,5 kW energii elektrycznej. Wartość ta oznacza zazwyczaj moc chłodniczą, czyli ilość ciepła, którą urządzenie może odebrać z pomieszczenia.

Rzeczywisty pobór mocy elektrycznej jest niższy i zależy między innymi od:

• sprawności urządzenia,
• temperatury wewnętrznej i zewnętrznej,
• ustawionej temperatury,
• stopnia nagrzania budynku,
• pracy sprężarki z częściowym obciążeniem,
• jakości izolacji oraz osłon przeciwsłonecznych.

Współczesne klimatyzatory typu split są najczęściej urządzeniami inwerterowymi. Po osiągnięciu zadanej temperatury sprężarka nie musi całkowicie się wyłączać, lecz może ograniczyć moc i podtrzymywać warunki w pomieszczeniu przy niższym poborze energii.

Co oznacza współczynnik SEER?

Przy porównywaniu klimatyzatorów należy zwrócić uwagę na współczynnik SEER, czyli sezonowy wskaźnik efektywności energetycznej w trybie chłodzenia.

W uproszczeniu informuje on, ile energii chłodniczej urządzenie może dostarczyć w stosunku do ilości zużytej energii elektrycznej w całym sezonie. Im wyższa wartość SEER, tym mniej prądu powinien zużywać klimatyzator do zapewnienia określonego efektu chłodzenia.

Zgodnie z zasadami unijnego etykietowania na etykiecie energetycznej klimatyzatora można znaleźć między innymi klasę efektywności, wartość SEER, deklarowane roczne zużycie energii oraz poziom hałasu. Oficjalna definicja SEER uwzględnia pracę urządzenia przy różnych poziomach obciążenia w całym sezonie chłodniczym, a nie wyłącznie w jednym punkcie pomiarowym.

Jak oszacować sezonowe zużycie prądu przez klimatyzację?

Najbardziej wiarygodną informacją będzie zużycie zmierzone przez licznik energii lub system monitorowania instalacji. Przed zakupem urządzenia można jednak wykonać prostą symulację.

Przykład dla jednego klimatyzatora

Załóżmy, że klimatyzator podczas normalnej pracy pobiera średnio 0,6 kW energii elektrycznej i działa przez 6 godzin dziennie przez 60 dni:

0,6 kW × 6 godzin × 60 dni = 216 kWh

W takim wariancie sezonowe zużycie energii wyniosłoby około 216 kWh.

Przykład intensywnego użytkowania

Załóżmy średni pobór na poziomie 0,8 kW, pracę przez 8 godzin dziennie i sezon trwający 90 dni:

0,8 kW × 8 godzin × 90 dni = 576 kWh

Są to jedynie obliczenia modelowe. Klimatyzator inwerterowy nie pracuje przez cały czas z jednakową mocą. Rzeczywiste zużycie może być niższe lub wyższe, zależnie od warunków w budynku, urządzenia i sposobu jego użytkowania.

W przypadku kilku jednostek, systemu multisplit albo chłodzenia całego domu sezonowe zapotrzebowanie może być znacznie większe. Dlatego do obliczeń należy przyjąć dane dla całej instalacji, a nie tylko jednej jednostki wewnętrznej.

Czy instalacja fotowoltaiczna pokryje pracę klimatyzatora?

Jeżeli klimatyzator jest uruchamiany w słoneczne godziny, nawet typowa domowa instalacja fotowoltaiczna może w danym momencie wytwarzać więcej energii, niż potrzebuje pojedyncze urządzenie chłodzące.

Nie oznacza to jednak, że cały pobór zostanie zawsze pokryty z paneli. Energia z fotowoltaiki jest jednocześnie wykorzystywana przez wszystkie pracujące urządzenia, między innymi:

• lodówkę i zamrażarkę,
• wentylację mechaniczną,
• pompę obiegową,
• sprzęt RTV i AGD,
• podgrzewacz wody,
• pompę ciepła,
• ładowarkę samochodu elektrycznego.

Przykładowo instalacja PV może w danej chwili produkować 2,5 kW, a klimatyzator pobierać 0,7 kW. Jeżeli pozostałe urządzenia w domu zużywają 0,8 kW, całkowita autokonsumpcja wynosi 1,5 kW. Pozostała energia może zostać oddana do sieci albo skierowana do magazynu energii.

Podczas zachmurzenia produkcja może jednak spaść poniżej aktualnego poboru. Wtedy brakująca energia zostanie automatycznie pobrana z sieci. Użytkownik zwykle nie zauważa momentu przejścia między energią własną a sieciową.

Ile dodatkowej mocy PV potrzeba na klimatyzację?

Nie powinno się dobierać dodatkowych paneli wyłącznie na podstawie liczby klimatyzatorów. Podstawą powinno być ich przewidywane roczne zużycie energii.

Można posłużyć się następującym schematem:

1. Oszacować sezonowe zużycie klimatyzacji w kWh.
2. Sprawdzić przewidywany uzysk 1 kWp instalacji w lokalizacji budynku.
3. Uwzględnić orientację dachu, zacienienie oraz straty systemowe.
4. Przeanalizować, jaka część energii będzie zużywana bezpośrednio.
5. Dodać pozostałe planowane odbiorniki, na przykład pompę ciepła lub samochód elektryczny.

Przykładowo, jeśli klimatyzacja ma zużywać 400 kWh rocznie, a symulacja PVGIS dla konkretnego budynku wskazuje produkcję 1000 kWh z każdego 1 kWp instalacji, energetycznym odpowiednikiem tego zużycia będzie około:

400 kWh ÷ 1000 kWh/kWp = 0,4 kWp

Nie oznacza to automatycznie, że należy dołożyć dokładnie 0,4 kWp paneli. Wynik pokazuje jedynie roczny bilans energii. W praktyce należy jeszcze uwzględnić profil godzinowy, dostępną powierzchnię dachu, moce modułów, parametry falownika i możliwość rozbudowy istniejącej instalacji.

Czy podczas największych upałów panele produkują więcej energii?

Mocne promieniowanie słoneczne sprzyja produkcji energii, ale wysoka temperatura modułów działa w przeciwnym kierunku.

Parametry paneli określa się w standardowych warunkach testowych, między innymi przy temperaturze ogniwa wynoszącej 25°C. Podczas słonecznego, bezwietrznego dnia temperatura modułu może być znacznie wyższa niż temperatura otaczającego powietrza.

Wraz ze wzrostem temperatury ogniw spada ich napięcie i chwilowa moc. Wielkość tego spadku określa temperaturowy współczynnik mocy podawany w karcie technicznej modułu. Dla różnych technologii wartość współczynnika może się różnić, dlatego instalator powinien uwzględnić ją podczas projektowania systemu.

Nie należy jednak wyciągać z tego wniosku, że instalacja PV źle pracuje latem. Długie dni i wysoki poziom nasłonecznienia sprawiają, że letnia produkcja energii nadal jest zazwyczaj wysoka. Upał może natomiast spowodować, że chwilowa moc paneli będzie niższa niż w chłodny, bardzo słoneczny dzień.

Jak zwiększyć zużycie energii z fotowoltaiki przez klimatyzację?

Uruchamiaj chłodzenie podczas produkcji PV

Najprostszym rozwiązaniem jest chłodzenie budynku w czasie, gdy instalacja fotowoltaiczna produkuje najwięcej energii.

Zamiast czekać, aż dom mocno nagrzeje się wieczorem, można rozpocząć pracę klimatyzacji wcześniej i utrzymywać stabilną temperaturę. Pozwala to wykorzystać energię na bieżąco i ograniczyć późniejszy pobór prądu z sieci.

Nie należy jednak nadmiernie wychładzać budynku. Zbyt niska temperatura zwiększa zużycie energii i może pogorszyć komfort domowników.

Wykorzystaj harmonogramy i inteligentne sterowanie

Wiele klimatyzatorów umożliwia programowanie godzin pracy lub sterowanie przez aplikację. Bardziej rozbudowane systemy zarządzania energią mogą uruchamiać albo zwiększać moc chłodzenia, gdy pojawia się nadwyżka produkcji PV.

Sterowanie może uwzględniać:

• aktualną produkcję fotowoltaiki,
• pobór energii w budynku,
• stan naładowania magazynu,
• prognozę pogody,
• temperaturę w pomieszczeniach.

Dobierz odpowiednią orientację paneli

Instalacja skierowana na południe osiąga wysoką produkcję w okolicach południa. Układ wschód–zachód ma zazwyczaj bardziej rozciągnięty profil generacji – zaczyna produkować wcześniej rano i utrzymuje ją dłużej po południu.

Dla domu, w którym klimatyzacja pracuje głównie w późniejszych godzinach, część modułów skierowana na zachód może zwiększać bezpośrednie pokrycie zapotrzebowania. Nie oznacza to jednak, że orientacja zachodnia zawsze będzie najlepsza. Decyzję należy poprzedzić symulacją uwzględniającą konkretny dach i profil zużycia.

Ogranicz nagrzewanie budynku

Najtańsza energia to ta, której nie trzeba zużyć. Zapotrzebowanie klimatyzacji można zmniejszyć poprzez:

• zewnętrzne rolety lub żaluzje,
• ograniczenie nasłonecznienia przez duże przeszklenia,
• poprawną izolację dachu i ścian,
• nocne przewietrzanie, gdy warunki na to pozwalają,
• wyłączanie niepotrzebnych urządzeń wytwarzających ciepło,
• utrzymywanie czystych filtrów klimatyzatora.

Dobrze chroniony przed przegrzewaniem budynek wymaga mniejszej mocy chłodniczej i zużywa mniej energii.

Czy do zasilania klimatyzacji potrzebny jest magazyn energii?

Magazyn energii nie jest niezbędny, aby klimatyzator korzystał z fotowoltaiki. Jeżeli urządzenie pracuje w ciągu dnia, energia z paneli może być zużywana bezpośrednio.

Magazyn może mieć większe znaczenie, gdy:

• klimatyzacja pracuje głównie wieczorem lub nocą,
• w ciągu dnia występują duże nadwyżki energii,
• użytkownik chce ograniczyć pobór prądu w droższych godzinach,
• system ma zapewniać zasilanie awaryjne,
• w budynku działa wiele odbiorników po zachodzie słońca.

Zakup magazynu wyłącznie z myślą o pojedynczym klimatyzatorze nie zawsze będzie ekonomicznie uzasadniony. Najpierw warto zwiększyć bezpośrednią autokonsumpcję poprzez zmianę godzin pracy urządzenia i odpowiednie sterowanie.

Na co zwrócić uwagę przy projektowaniu instalacji PV z klimatyzacją?

Instalator powinien przeanalizować nie tylko roczne zużycie energii, ale również moment, w którym energia będzie pobierana.

Przydatne są:

• rachunki za energię z ostatnich 12 miesięcy,
• dane z licznika ze zdalnym odczytem,
• monitoring istniejącej instalacji PV,
• informacje o mocy i liczbie klimatyzatorów,
• deklarowane zużycie energii z etykiet urządzeń,
• planowane godziny chłodzenia,
• symulacja produkcji wykonana w PVGIS,
• analiza możliwości rozbudowy falownika i zabezpieczeń.

Samo zrównanie rocznej produkcji PV z rocznym zużyciem budynku nie gwarantuje wysokiej autokonsumpcji. Z punktu widzenia użytkownika i instalatora ważne jest również dopasowanie godzinowego profilu produkcji do profilu zapotrzebowania.

Fotowoltaika i klimatyzacja – czy to opłacalne połączenie?

Klimatyzacja jest jednym z odbiorników, które stosunkowo łatwo można dopasować do produkcji energii ze słońca. Zapotrzebowanie na chłodzenie występuje przede wszystkim latem i w ciągu dnia, czyli w okresie wysokiej produkcji PV.

Największe korzyści można osiągnąć, gdy:

• klimatyzator ma wysoką efektywność sezonową,
• urządzenie jest prawidłowo dobrane do pomieszczenia,
• chłodzenie odbywa się głównie podczas produkcji fotowoltaiki,
• instalacja PV nie jest zacieniona,
• użytkownik stosuje harmonogramy lub automatykę,
• budynek jest zabezpieczony przed nadmiernym nagrzewaniem.

Fotowoltaika nie sprawia, że klimatyzacja przestaje zużywać energię. Może jednak ograniczyć ilość prądu pobieranego z sieci i zwiększyć wykorzystanie własnej produkcji, co w systemie net-billingu ma szczególne znaczenie.

FAQ – fotowoltaika i klimatyzacja

Podsumowanie

Fotowoltaika i klimatyzacja tworzą korzystne połączenie, ponieważ produkcja energii i zapotrzebowanie na chłodzenie w dużej części występują w tym samym czasie. Prawidłowo zaprojektowana instalacja może pokrywać znaczną część poboru klimatyzatora bezpośrednio z energii słonecznej.

Kluczowe znaczenie ma jednak nie tylko moc paneli, ale również profil godzinowy pracy urządzeń, ich efektywność, orientacja instalacji oraz ochrona budynku przed przegrzewaniem.

Przed rozbudową fotowoltaiki warto sprawdzić deklarowane lub rzeczywiste zużycie klimatyzacji i wykonać symulację produkcji dla konkretnej lokalizacji. Dzięki temu system będzie odpowiadał rzeczywistym potrzebom użytkowników, zamiast opierać się na ogólnych założeniach.