Grzanie wody fotowoltaiką czy solarem co wybrać do domu?

Grzanie wody fotowoltaiką opłaca się wtedy, gdy poza ciepłą wodą chcesz również zasilać dom w energię elektryczną. Jeśli interesuje Cię wyłącznie przygotowanie CWU, bardziej naturalnym wyborem są solary, czyli kolektory słoneczne, które zamieniają promieniowanie bezpośrednio na ciepło do zasobnika [1][2][3][4]. Oba systemy można też połączyć tak, aby PV dostarczała prąd do domu, a kolektory zapewniały ciepłą wodę [1][2][3].

Kolektory słoneczne to urządzenia, które pobierają energię z promieniowania słonecznego i wprost zamieniają ją na ciepło trafiające do zasobnika CWU [1][2][5]. W praktyce absorber w kolektorze nagrzewa czynnik roboczy, najczęściej mieszaninę wody z glikolem, a następnie przez wymiennik oddaje ciepło wodzie użytkowej [6]. Dzięki temu ciepło powstaje bez pośredniego etapu elektrycznego i bez konwersji na prąd [1][2][7].

Fotowoltaika czyli PV przetwarza światło słoneczne na energię elektryczną. Dopiero ta energia zasila grzałkę elektryczną w zasobniku, ewentualnie bojler, pompę ciepła lub inne urządzenie przygotowujące CWU [1][7][3]. Ścieżka jest dwuetapowa energia promieniowania staje się energią elektryczną, która następnie zamienia się w ciepło w wodzie [7][8][6].

W konsekwencji, do samego CWU kolektor jest rozwiązaniem bardziej celowanym, ponieważ produkuje ciepło od razu, bez dodatkowych konwersji [1][2][4]. Z kolei PV wygrywa funkcjonalnością, bo prąd można skierować nie tylko na grzanie wody ale też na inne potrzeby domu [1][3][4].

Aby podgrzać 200 l wody z 10 do 45°C w czasie 6 godzin, jeden z producentów wskazuje około 4,1 m² kolektorów słonecznych [9]. Dla porównywalnego efektu z wykorzystaniem standardowych paneli PV szacowana powierzchnia to około 16,4 m² [9].

Różnica wynika ze sprawności konwersji energii. Zestawienia branżowe podają, że kolektory termiczne osiągają zwykle 60–80 procent przekształcenia promieniowania w ciepło, podczas gdy panele fotowoltaika mają około 12–15 procent sprawności w wytwarzaniu energii elektrycznej [10]. Właśnie dlatego PV potrzebuje większej powierzchni, jeśli celem jest wyłącznie CWU [9][10].

Warto też pamiętać, że instalacja PV sama z siebie nie podgrzewa wody i wymaga dodatkowego osprzętu w postaci grzałki oraz sterowania, co odróżnia ją od kolektorów, gdzie ciepło trafia do wody bezpośrednio [7][8].

Jeśli priorytetem jest wyłącznie ciepła woda użytkowa, bardziej naturalnym i celowanym wyborem będą solary ze względu na bezpośrednią produkcję ciepła i wysoką skuteczność w tym zastosowaniu [1][2][4]. Gdy równie ważna jest produkcja energii elektrycznej dla całego domu, przewagę funkcjonalną zyskuje PV [1][3][4].

W domach z gotowym zasobnikiem wyposażonym w wężownicę solarną oraz z krótkimi trasami rur montaż kolektorów bywa szczególnie korzystny, ponieważ instalacja jest prosta i dobrze dopasowana do CWU [7]. Z kolei system PV do grzania wody potrzebuje sterowania, zabezpieczeń i układu odbioru nadwyżek energii. Jest więc bardziej uniwersalny w skali całego budynku, ale nie zawsze najprostszy w samym przygotowaniu CWU [7][8][6].

Na wybór wpływa też charakter warunków pracy. Kolektory są silnie związane z bezpośrednim uzyskiem ciepła i sprawnością zamiany promieniowania na ciepło, podczas gdy fotowoltaika jest elastyczna w wykorzystaniu energii, choć droga do podgrzania wody jest pośrednia [1][10][6].

W kolektorze absorber pochłania promieniowanie i nagrzewa czynnik roboczy. Czynnik transportuje energię do wymiennika w zasobniku, oddaje ciepło wodzie użytkowej i wraca do kolektora. Układ tworzą kolektory, absorber, czynnik roboczy, rury, pompa obiegowa, zasobnik z wężownicą oraz automatyka sterująca [6]. To rozwiązanie od razu wytwarza ciepło niezbędne do CWU [1][2][7][6].

Ścieżka energii w PV wygląda następująco promieniowanie słoneczne jest zamieniane na prąd elektryczny, który zasila grzałkę w zasobniku, dzięki czemu powstaje ciepła woda [7][8][6]. W skład systemu wchodzą panele fotowoltaiczne, falownik lub odpowiedni układ DC AC zależnie od konfiguracji, grzałka elektryczna w zbiorniku CWU, sterownik nadwyżek oraz zabezpieczenia elektryczne [7][8][6].

Kluczowe jest to, że fotowoltaika nie grzeje wody bezpośrednio, dlatego wymaga dodatkowych elementów odpowiedzialnych za właściwe wykorzystanie energii i jej bezpieczne wprowadzenie do grzałki [7][8].

Na rynku obserwuje się ponowny wzrost zainteresowania kolektorami w zastosowaniach stricte do CWU. Powodem jest prostota układu, wysoka efektywność zamiany promieniowania na ciepło oraz dobre dopasowanie do zadań związanych z ciepłą wodą [1][10]. W obszarze tylko CWU kolektory często okazują się bardziej bezpośrednim rozwiązaniem niż PV [1][2][4][10].

Obie technologie mogą się uzupełniać. Fotowoltaika obsługuje potrzeby elektryczne domu, a kolektory słoneczne koncentrują się na CWU. Taka konfiguracja pozwala wykorzystać zalety obu rozwiązań w jednym budynku i zoptymalizować strumienie energii [1][2][3].

Jeśli Twoim celem jest wyłącznie grzanie wody w sposób możliwie prosty i bezpośredni wybierz solary, które przekazują ciepło bezpośrednio do zasobnika i są naturalnie dopasowane do CWU [1][2][4]. Gdy chcesz jednocześnie wytwarzać prąd dla domu i kierować nadwyżki na wodę użytkową postaw na fotowoltaikę pamiętając o konieczności zastosowania grzałki, sterownika i właściwego układu elektrycznego [1][7][8][3][6]. W wielu budynkach sens ma połączenie obu rozwiązań co wzmacnia funkcjonalność całego systemu [1][2][3].

Dodatkowo, jeżeli masz już zasobnik z wężownicą solarną oraz dogodny układ rur, montaż kolektorów będzie szczególnie uzasadniony. Jeśli natomiast planujesz szerszą elektryfikację domu, PV zapewni elastyczność wykorzystania energii w wielu obszarach [7][3]. W praktyce tam, gdzie instalacja ma służyć głównie do CWU, częściej sprawdzają się kolektory, a przy potrzebie zasilania całego domu prądem przewagę zyskuje PV [7][4].