Toplotne črpalke in sončne elektrarne v mrzlih in kratkih dneh

Raba obnovljivih virov energije za ogrevanje, hlajenje in delovanje električnih naprav se je v svetu in tudi v Sloveniji v zadnjih desetletjih močno razširila. To je v veliki meri posledica ozaveščanja, da so fosilni viri energije omejeni in je smiselno vlagati v razvoj tehnologij, ki uporabljajo obnovljive vire, pa tudi zavedanja, da fosilna goriva prispevajo k podnebnim spremembam. Sončna, vetrna, vodna in geotermalna energija, pa tudi biomasa so človeku same po sebi na voljo brezplačno, tudi zato so za investitorje privlačna izbira ne le pri novogradnjah, temveč tudi pri zamenjavi ogrevalnega sistema. Obnovljivi viri energije (OVE) lokalno zmanjšujejo odvisnost od uvoženih virov energije in povečujejo energetsko varnost, poleg tega pa industrija OVE kot eden najhitreje rastočih sektorjev spodbuja zaposlenost in razvoj podeželja. Toda ob vseh dobrih lastnostih imajo obnovljivi viri energije tudi nekaj pomanjkljivosti, ki jih je treba upoštevati pri pregledu ekonomske upravičenosti investicije. Najpogosteje se kot slabosti omenjajo sorazmerno nizek izkoristek, odvisnost od vremenskih razmer, visoka cena ter integracija v obstoječe vire energije.

Pri vgradnji naprav, ki uporabljajo obnovljive vire energije, denimo toplotnih črpalk, solarnih panelov, kotlov na lesno biomaso in podobnih, moramo zato upoštevati tudi njihovo ekonomičnost v razmerah, ki niso idealne. Toplotna črpalka zrak/voda, ki kot vir energije uporablja toploto zunanjega zraka, ima denimo v zimskih razmerah nižjo učinkovitost. Zato je smiselno izbrati toplotno črpalko, ki je zasnovana za evropske zimske razmere, tako da učinkovito deluje tudi pri temperaturi globoko pod lediščem. "Tudi pri zunanjih temperaturah pod –15 °C toplotna črpalka zrak/voda zanesljivo ogreva dom. Res je, da se pri tako nizkih temperaturah učinkovitost nekoliko zmanjša, vendar toplina ostane zagotovljena," so prepričani v podjetju Kronoterm. Pojasnjujejo, da imajo toplotne črpalke za najbolj ekstremne zimske razmere vgrajene pomožne električne grelnike, ki se samodejno vključijo ob najhujšem mrazu. Po njihovih zagotovilih toplotna črpalka tudi v zelo mrzlih dneh porabi precej manj energije, kot je pretvori v toploto. "To pomeni, da ostaja učinkovitejša, cenejša za obratovanje in prijaznejša do okolja kot olje, plin ali klasični električni grelniki. Pri nekaterih modelih razmerje med vloženo električno energijo in pridobljeno toploto dosega vrednosti tudi 1:8,48 – torej iz enega dela vložene energije pridobimo več kot osem delov toplote," navajajo v Kronotermu.

Dodatni grelniki za ekstremne temperature

"Sodobne toplotne črpalke zrak/voda učinkovito delujejo vse do zunanje temperature -30 °C," pa meni Ksenija Mlakar iz podjetja Ream. Nekateri proizvajalci imajo dodatne tehnične rešitve za hitrejše in učinkovitejše odtaljevanje, zagotavljanje polne moči z visokimi izstopnimi temperaturami vode in podobno. "Eden od takih sistemov je 'flash injection'," dodaja sogovornica. To je postopek, ki toplotni črpalki omogoča izjemno učinkovito ogrevanje. Običajen krogotok hladilnega sredstva v toplotni črpalki zbira toplotno energijo iz okolja in jo prenese v notranjost objekta. Pri postopku hitrega vbrizgavanja se del hladilnega sredstva preusmeri po obvodu na dve mesti: vroč hladilni plin se vrača v notranjo enoto za dodatno izboljšanje ogrevanja, hladnejše hladilno sredstvo pa se vbrizga nazaj v kompresor, kar mu omogoča višje hitrosti delovanja in s tem bolj učinkovito toplotno izmenjavo.

Pravilno dimenzionirana toplotna črpalka deluje pri projektni temperaturi brez pomoči dodatnih virov, pojasnjuje Ksenija Mlakar. Za večino Slovenije je projektna temperatura -13 °C. Dodatni vir ogrevanja, na primer pomožni električni grelnik v toplotni črpalki, mora biti po navedbah sogovornice priklopljen za primer ekstremnih temperatur ali kakršnekoli okvare na dolgi rok delovanja. "Bistvo pomožnih grelnikov je varnost oziroma alternativa za čas ekstremnih pojavov ali servisnih posegov," pojasnjuje Ksenija Mlakar. In kako je z učinkovitostjo v mrazu? "Tudi pri najnižjih temperaturah, ko toplotna črpalka še deluje, je količnik med vloženo in pridobljeno energijo večji od 1, kar pomeni, da je toplotna črpalka v vseh pogledih in pogojih najbolj učinkovit sistem ogrevanja," poudarja sogovornica.

Kratkotrajna osenčenost ne vpliva na celoletno proizvodnjo

Solarni paneli v nasprotju s toplotnimi črpalkami niso odvisni od zunanje temperature, temveč od osvetljenosti s soncem. V krajših in oblačnih dnevih je zato njihova učinkovitost manjša kot v dolgih in sončnih. Toda koliko manjša? "Pozimi je sončna elektrarna za 3- do 3,5-krat manj učinkovita kot poleti, če primerjamo najboljši poletni mesec z najslabšim zimskim. Na to vpliva tako manjše število sončnih ur zaradi položaja Zemlje kot tudi vreme, ki je bolj oblačno in megleno. Moduli so lahko tudi nekaj dni zapored prekriti s snegom, kar pomeni, da elektrarna sploh ne proizvaja elektrike," razlaga Primož Tručl iz podjetja Enerson. Sončnih modulov po njegovem mnenju ni smiselno postavljati na objekte, ki so večino leta v senci. Nasprotno pa na celoletno poizvodnjo ne vpliva, če so moduli manj osenčeni samo v januarju, še dodaja. Tudi v podjetju GEN-I Sonce se strinjajo, da namestitev sončnih panelov na prostorih, kjer je večino zime senca ali megla, ni smiselna. Zato svetujejo, da si objekt pred odločitvijo investitorja za namestitev sončne elektrarne ogleda strokovnjak in se s stranko pogovori o tehničnih izhodiščih glede na lokacijo in orientacijo strehe. "Za pridobitev natančnih podatkov izmero strešnih površin izvajamo z laserskimi merilniki in brezpilotnimi zrakoplovi (droni), s čimer lahko svetujemo najboljšo rešitev oziroma projekt ustavimo, če osnovni pogoji niso optimalni," navajajo v GEN-I Sonce.

Baterija pripomore k boljši porazdelitvi porabe

Gornja primerjava upošteva samo proizvedene kilovatne ure elektrarne, še opozarja Primož Tručl. "Razlika v učinkovitosti se bistveno zmanjša, če elektrarno opremimo z baterijo. Število proizvedenih kilovatnih ur bo seveda še vedno enako, vendar pojem učinkovitosti poleg obsega proizvodnje zajema tudi uporabo proizvedene elektrike. Z baterijo si namreč lahko omislimo manjšo elektrarno, saj v hiši običajno nikoli ne potrebujemo naenkrat toliko elektrike, kolikor je je elektrarna ob lepih poletnih dneh sposobna proizvesti, v zimskih mesecih pa tudi sorazmerno velika domača elektrarna nikoli ne proizvede dovolj energije v času, ko jo potrebujemo. Rešitev je torej v bateriji, ki poveča učinkovitost elektrarne z boljšo porazdelitvijo porabe proizvedenih kilovatnih ur," še razlaga sogovornik.

Baterijski hranilnik pri sončni elektrarni ni le "dodatna oprema", temveč ključni del sodobne samooskrbe, menijo tudi v podjetju GEN-I Sonce. Omogoča, da se elektrika, proizvedena čez dan, uporabi zvečer ali v času, ko je sonca najmanj, s čimer se močno poveča delež rabe lastne energije in zmanjša odvisnost od omrežja. "Hranilnik ni mišljen za pokrivanje ogrevanja na daljše časovno obdobje, res pa je, da bistveno ublaži konice porabe električne energije - na primer ob jutranjih in večernih urah - ter s tem zmanjšuje stroške in obremenitev omrežja. Povedano drugače, brez baterijskega hranilnika gospodinjstvo težje doseže visoko stopnjo samooskrbe in izkoristi vse potenciale sončne elektrarne. Zato hranilnik danes velja za nepogrešljiv element učinkovitega in zanesljivega sistema za lastno proizvodnjo energije," so prepričani v podjetju. Njihove stranke se v večini odločajo za namestitev hranilnika kapacitete 10-15 kWh. "Če vzamemo za primer povprečno gospodinjstvo, ki se ogreva s toplotno črpalko, bi omenjena kapaciteta v zimskem času, ko toplotna črpalka polno obratuje, zadostovala za približno dve do tri ure neodvisnega delovanja od omrežja. V poletnem času, ko toplotna črpalka ne obratuje, pa bi omenjena kapaciteta zadostovala za celodnevno neodvisno delovanje od omrežja," razlagajo v GEN-I Sonce.