Barion Pixel

VGF&HKL szaklap

FűtéstechnikaHűtéstechnikaMegújulók

Napelemmel kombinált hőszivattyú

Ez az optimális megoldás mindazoknak, akik az energiaönellátásra törekszenek

2023/5. lapszám | Szalai Gabriella Mesterházi Kristóf Muth Gergely |  2716 |

Napelemmel kombinált hőszivattyú

Zöld átállás van folyamatban az energetikában, ezzel együtt erősödik az elektrifikáció trendje, Európában is, hazánkban is. Kettős a cél: csökkenteni kell az energiafelhasználást, valamint az energia-előállításhoz és -felhasználáshoz köthető széndioxid-kibocsátást is mérsékelni szükséges. Az okosépület-megoldások segítik ezeknek a céloknak az elérését.

Először is tegyük fel a kérdést, hogy mitől „okos” egy épület? Az okosépület olyan épület, amely az épület felhasználóinak komfortját szem előtt tartva a felhasználók igényeihez illeszkedve működik, figyelembe veszi a közműhálózat jelzéseit, illetve a felhasználói és közműhálózati igényekhez történő alkalmazkodását információs és kommunikációs technológiák és elektronikus rendszerek segítik elő.

Az okosépületek hőellátásában, és az épületek dekarbonizációjában kulcsszerep juthat a hőszivattyús technológiának, amely nem csupán az egyik leghatékonyabb környezetbarát gépészeti megoldás az ingatlanok fűtésére, hűtésére, használati meleg vizének előállítására, hanem az új épületek megújulóenergia-részarányára vonatkozó energetikai elvárást is teljesíti, valamint a megújuló energiára vonatkozó közös európai célok teljesítéséhez is hozzájárul. Mindezt úgy, hogy a felhasználók komfortját is maximálisan kielégíti.

Hőszivattyú, mint rendszerelem

Egy hőszivattyú rendszer beépítése a felhasználók számára további előnyöket jelenthet a jövőben. A villamoshálózat a csúcs- illetve völgyidőszak jelentősen eltérő fogyasztási értékének, valamint az időjárásfüggő megújuló energiaforrások integrálása következtében jelentős terhelésingadozásnak van kitéve. A hálózat részéről ez magasabb karbantartási, bővítési költséggel jár. A jövőben ezt a terheléskülönbséget csökkenteni lehet azzal, ha a hőszivattyú völgyidőszakban végzi el az otthon felfűtését, hűtését vagy a használati meleg víz elkészítését, míg csúcsidőszakban lekapcsol. Ez okosmérők beiktatásával az áramszolgáltató, vagy egy saját napelemes rendszer esetén az inverter jelzése alapján történhet.

A hőszivattyúk tehát a napelemes rendszerekkel is képesek kommunikálni, ami egy fontos szempont lehet már a közeljövőben is a „háztáji” napelemes rendszerek által termelt energiamennyiség felhasználására (betárolására), illetve az épület energiamérlegének optimalizálására – hiszen villamos energia tárolása mellett hőenergiát is lehet – és talán egyszerűbb is – tárolni.

Így épül föl a rendszer

Mi a keresletoldali szabályozás?

A létesítmények villamosenergia-ellátása mögött áll egy minden időpontban egyensúlyban tartandó rendszer. Ha a hálózaton kevesebb energia fogy, mint ami termelődik, akkor csökkenteni kell az erőművek termelését. Ha pedig több fogy a termeltnél, akkor növelni kell az erőművi termelést. Napjainkig csak környezetterhelő kiserőművek, például gázmotorok vettek részt az egyensúly fenntartásában.

Az új EU-direktívák implementálásának köszönhetően a hazai szabályozási környezetben is előtérbe kerül a fogyasztóoldali kiegyenlítés modellje. Ekkor nem kiserőművek indulnak el hiány esetén, hanem csökkenthető teljesítményű fogyasztókat kapcsolnak be. Az egyensúlyt a fogyasztás mérséklése, és nem az extra termelés teremti már meg. Ezt nevezzük Demand Side Response-nak (DSR-nek), avagy keresletoldali szabályozásnak.

Így segít ez a fenntarthatóságban

A kiserőművekkel szemben a fogyasztóoldali beavatkozás nem jár többletemisszióval, ez egyben hatalmas előnyük is. A hálózat növelt szabályozhatósága és rugalmassága további volatilis, időjárásfüggő megújuló energiatermelők hálózatra csatlakozását teszik lehetővé, növelheti az ellátásbiztonságot, stabilitást.

Kereskedelmi épületeknél már bizonyított

Az energo hungary az első bejegyzett hazai független aggregátorként egy új típusú energiapiaci szereplő. Az energo demand response platformja az első karbonmentes, digitális megoldást szállítja a létesítmények okoshálózati integrációjához a közép-kelet-európai régióban. 

Egy pilot projekt keretében a CPI Hungary tulajdonában álló Balance Hall irodaház intelligens vezérlésének szabályozhatóvá tételét valósították meg, majd végezték el első tesztjeit valós körülmények között. Ezzel működésbe lépett az első olyan rendszer, amely hálózati igény alapján időszakosan mérsékelni tudja a létesítmény fogyasztását. A szabályozott berendezések a Daikin által méretezett és gyártott VRV rendszerek. Az első éles beavatkozás során a VRV rendszer teljesítményfelvételét több mint 90 százalékkal sikerült időszakosan mérsékelni, mely az esemény végeztével rendeltetésszerűen tért vissza az eredeti működési szintre.

A pilot eredménye megmutatta, hogy a létesítmények igenis tekinthetők egy hatalmas akkumulátornak, aminek hőtároló képessége egy rejtett tartaléka a magyar energiarendszernek és mind az ellátásbiztonságot, mind a megújuló és dekarbonizációs célokat aktívan támogathatják.

Lakóépületben is működik?

A lakossági hőszivattyúk esetén a Geotarifa már a hőszivattyúk időzített lekapcsolására épül(t). Ha a tarifát igénybe vevők számára érkezett a villamoshálózati jel, akkor a hőszivattyúk kültéri egységének (kompresszorának) villamos tápellátását egy mágneskapcsoló segítségével megszakították.

A legújabb hőszivattyúk ennél már jóval fejlettebb szabályozással rendelkeznek, okoshálózati (smart grid) csatlakozást is lehetővé téve. Nemcsak az energiafelhasználás leállítására képesek, hanem annak előre hozására, „felpörgetésére” is. Amennyiben tehát a hőszivattyú jelet kap, a berendezés előrehozott vagy késleltetett működéssel, és így időben elcsúsztatott energiafelhasználással reagál. Ez előfordulhat akkor, amikor például a hálózaton többletenergia van, vagy amikor a meglevő „háztáji” napelemes rendszer a háztartás saját felhasználásán túl villamos energiát termel. A gyártó korábbi sorozatainak egységei erre egy kiegészítő adapter csatlakoztatásával képesek, mely utólag is beépíthető.

Így működik a gyakorlatban

Ez pedig már a keresletoldali szabályozás, lényegében azt jelenti, hogy amennyiben jel érkezik a hálózatüzemeltető felől villamosenergia-túltermelésről, a hőszivattyú elsődlegesen a rendszerbe beépített háztartási melegvíztartályt kezdi el felmelegíteni a megengedett maximális hőfokra, majd következő lépésként a beállított kényelmi szobahőmérsékletre fűti fel, vagy hűti le a szabályozásba bevont helyiségeket, amennyiben azt mérni képes az opciós vezérlővel. Alapesetben is érdemes úgy beállítani a hőszivattyút, hogy a meleg vizet napközben, magasabb hőmérsékleti időszakban állítsa elő, hiszen így a magasabb COP-érték miatt jelentős mennyiségű energia takarítható meg. Ha a berendezés megkapja tehát a megfelelő jelet, a háztartási meleg vizet bármely napszakban képes felmelegíteni, azaz betárolni az energiát hő formájában.

A fűtött, illetve hűtött helyiségekben történő hőenergia tárolásához – szobapuffereléséhez – vezérlő elhelyezésére van szükség a beltérben. A vezérlő méri a helyiség hőmérsékletét, és a jelek érkezése esetén a mért helyiség-hőmérsékletet megemeli fűtésben vagy lecsökkenti hűtésben a megengedett mértékben (tehát beállítható, milyen mértékben engedélyezett a „túlfűtés” és „túlhűtés”). Egy hőszivattyúhoz csak egy szabályozó csatlakoztatható, így annak elhelyezése körültekintést igényel. Szerkezettemperálás (padlófűtés, mennyezetfűtés, -hűtés) esetén a betárolt hő jelentősebb.

A hőszivattyúkhoz csatlakoztatható villamosenergia-fogyasztást korlátozó panel is, amelyen négy villamos teljesítményszint állítható be. Így arra alkalmas rendszereknél korlátozni is lehet a fogyasztást, hogy túltermelés esetén maximum annyi energiát használjon fel a hőszivattyú, amennyi a túltermelés mértéke.

A vezérlő további nagy előnye, hogy a kijelzőjén az esetleges rendszerhibát jól láthatóan jelzi, azaz gyors beavatkozást tesz lehetővé. Ez pontosan azért fontos, mert a lecsökkentett hőigényű, nagy hőtehetetlenségű épületek esetén előfordulhat az, hogy egy rendszerleállás miatt csak napok után érzékelhető az épület lehűlése (vagy felmelegedése).

A hőszivattyú vezérlőegységére a jel érkezhet magáról a villamos hálózatról, a napelemes rendszer inverterétől, vagy az épületautomatikától is. A Geotarifa esetén a villamos hálózat már képes volt egyirányú – a tápellátás megszüntetésére – vonatkozó irányításra. Fejlett, keresletoldali szabályozás esetén ez a kommunikáció kétirányúvá válik.

Optimális üzem napelemmel

A legjellemzőbb, 11-14-16 kW-os hőszivattyúrendszer éves villamosenergia-felhasználása szakmai becslés szerint 4-5 ezer kilowattóra. A jól méretezett, mintegy 6-7 kWp napelemes rendszer esetén az energiatermelést és felhasználást eddig éves szaldó elszámolásban nullszaldóra ki lehetett hozni, a villamosenergia-hálózat tárolási kapacitását kihasználva.

A bejelentett havi szaldóelszámolás bevezetésével már sokkal érzékenyebbé válhatnak a prosumer felhasználók (a prosumer angol kifejezés a consumer és producer szavak összevonásából jött létre, és azokat a lakossági energiafelhasználókat írja le, akik egyszerre felhasználóként és termelőként lépnek fel) arra, hogy mennyi energiát táplálnak vissza, illetve vételeznek a villamos hálózatról. A modern – alacsony hőigényű, jól szigetelt, felületfűtéssel rendelkező – épületek már képesek arra, hogy „akkumulátorként” viselkedve hőenergiát tároljanak be. Az épület hőigényétől függően ez pár órától akár egy-két napig is terjedhet. Elcsúsztatott energiafogyasztással tehát kiválóan alkalmasak aktív keresletoldali szereplővé válni – akár egyesével, akár energiaközösségek részeként is.

Lehet egy további előnye is a hőszivattyúknak a napelemes rendszerek energiaoptimalizálásában: ez pedig a villamos rendszerhasználati díjak lecsökkentése. Ma még az egyetemes fogyasztók – beleértve a napelemmel rendelkező háztartásokat is – viszonylag alacsony rendszerhasználati díjat fizetnek, de a kereskedelmi szereplők számára ez bizony már jelentősen megemelkedett. A szaldóelszámolás kivezetésével várhatóan az egyetemes rendszerhasználati díjak is emelkedhetnek. A napelemek többlettermelésének hőszivattyú-szabályozással történő optimalizálása egyben csökkenti a hálózatra való visszatermelés (vagy vételezés) mennyiségét is, ezáltal mérsékelve a majdani rendszerhasználati díjat is.

Ehhez viszont arra van szükség, hogy a hőszivattyú vezérlő egysége az inverterrel is képes legyen kommunikálni. A napelemes rendszer inverterének kommunikációs képességeitől függően alap és komplexebb információ-átadásra vagy vezérlésre képesnek kell lennie.

Okoshálózati kapcsolatra képes split rendszerű levegő-víz hőszivattyú

A digitális kimenetekkel szerelt inverterek a hőszivattyúk „smart grid ready” (okoshálózatkész) kontakjait tudják vezérelni. Ezzel a vezérléssel emelt hőmérsékleten lehet betárolni a meleg vizet, nyáron hűtés esetén a hideg vizet, illetve arra alkalmas rendszer esetén a helyiségek kismértékű túlfűtésével vagy túlhűtésével hőenergia tárolható be. Ugyanezen smart grid kontaktokkal a hőszivattyú-működés le is tiltható.

Sőt, kiegészítő panelekkel áramfogyasztási korlátok is beállíthatók. A hőszivattyúk pedig a kapacitáskorlátozó kiegészítő panellel már fogadni tudják a napelemes rendszertől érkező felvehető teljesítménykorlát mértékét, ezzel gátolva vagy csökkentve a hálózatról vételezett energia mennyiségét. Ezáltal időben eltolva tudja – akár felhősebb napon is – a szükséges hőt megtermelni a hőszivattyú. Ebben az esetben az inverternek több, pillanatnyi teljesítményt jelző digitális kimenettel is rendelkeznie kell.

A fentiekből az is következik, hogy napelemes áramtermelés esetén az inverter képes arra is, hogy „eldöntse”, mennyi energiát táplál vissza a hálózatra: az energiamenedzsment funkcióval kiegészítve a rendszeren található akkumulátor feltöltését is indíthatja (legyen az elektromos jármű vagy tároló kapacitás). Okosmérő beiktatásával továbbá arra is képes már az inverter, hogy csak az adott időszakban háztartás által nem felhasznált, de megtermelt villamos áramot táplálja vissza a hálózatra.

Az okoshálózatra való csatlakozás „lelke”

„Mennyben köttetett házasság”

Az okosépületek hőellátásában, és az épületek dekarbonizációjában kulcsszerep jut a hőszivattyús technológiának, amely nem csupán az egyik leghatékonyabb környezetbarát gépészeti megoldás az ingatlanok fűtésére, hűtésére, használati meleg víz előállítására, hanem a megújuló energiára vonatkozó közös európai célok teljesítéséhez is hozzájárul. Mindezt úgy, hogy a felhasználók komfortját is maximálisan kielégíti. Nem véletlen tehát, hogy Európában a napelemmel kombinált hőszivattyús rendszerek mutatják az utat a ténylegesen dekarbonizált és helyi emissziómentes épületek felé.

hőszivattyúnapelem