Солнце для теплового насоса и бойлера

Главная проблема сетевой станции — не выработать, а потребить самому. Пик выработки в полдень, пик потребления вечером, и всё, что не совпало, уходит в сеть или не вырабатывается вовсе.

Бойлер и тепловой насос — единственные бытовые нагрузки, время работы которых можно свободно двигать. Поэтому связка с ними меняет экономику станции сильнее, чем добавление панелей.

Почему это работает

Экономия считается не по выработке, а по собственному потреблению:

экономия = собственно потреблённая энергия × тариф

Без управляемой нагрузки доля собственного потребления в частном доме — обычно 30–60 %. Перенос нагрева воды на дневные часы поднимает её до 70–80 % без единой дополнительной панели и без накопителя.

Это тот же эффект, ради которого ставят батарею, но бесплатно — если бойлер уже есть.

Бойлер как накопитель

Бойлер на 200 литров, нагретый с 15 до 60 °С, запасает:

Q = 200 кг × 4,18 кДж/(кг·°С) × 45 °С ≈ 37 600 кДж ≈ 10,4 кВт·ч

Десять киловатт-часов тепловой энергии. Электрический накопитель такой ёмкости стоит как заметная часть станции; бойлер уже стоит в доме.

Разница, конечно, в том, что бойлер отдаёт тепло, а не электричество — светом и холодильником он не поделится. Но горячая вода — реальная и заметная статья потребления, и переносить её на день выгоднее всего.

Что нужно на практике:

• расписание или реле, включающее ТЭН в солнечные часы;
• мощность ТЭНа, не превышающая то, что станция реально даёт в этот момент;
• защита и корректное подключение линии.

Умный вариант — включать нагрев по факту избытка генерации, а не по часам: тогда бойлер забирает ровно то, что иначе ушло бы в сеть.

Тепловой насос

Тепловой насос не производит тепло, а переносит его. На каждый киловатт-час электричества он даёт несколько киловатт-часов тепла — это и есть COP.

тепло = электричество × COP

Отсюда две вещи, которые нужно понимать вместе.

Хорошая. С COP 3 один киловатт-час солнечной энергии превращается в три киловатт-часа тепла. Это делает солнце для отопления гораздо интереснее, чем прямой электронагрев.

Плохая. COP падает с морозом: чем холоднее источник, тем тяжелее насосу. Максимум потребления теплового насоса приходится на январь — то есть ровно на тот месяц, когда выработка минимальна.

В Москве на декабрь приходится около 2 % годовой выработки. Отопление в декабре солнцем не закрывается — это арифметика, а не пессимизм; подробности в материале про зиму.

Что солнце с тепловым насосом закрывает хорошо — межсезонье и горячее водоснабжение круглый год. Март, апрель, сентябрь, октябрь: отопление ещё или уже нужно, а солнца уже или ещё достаточно.

Что считать

Для расчёта связки нужны:

• потребление насоса по месяцам, а не за год;
• COP при разных температурах;
• график работы и наличие буферной ёмкости;
• пиковая электрическая мощность;
• тариф, и разный ли он по времени суток.

Годовая сумма здесь обманывает сильнее, чем где-либо ещё: потребление насоса и выработка станции расположены в противофазе по сезонам. Считать надо помесячно — почему среднее не работает.

Тепловой буфер или электрический накопитель

Для нагрева воды электрический накопитель почти всегда избыточен. Запасать энергию в горячей воде дешевле в разы: буферная ёмкость или тот же бойлер стоят несопоставимо меньше литиевого банка на те же киловатт-часы.

Электрический накопитель нужен, когда энергию надо вернуть электричеством: свет, холодильник, резерв при отключении. Сравнение — в материале про накопитель.

Разумная последовательность для дома с тепловым насосом:

1. сетевая станция;
2. управление нагревом воды по избытку генерации;
3. буферная ёмкость, если её нет;
4. и только потом — электрический накопитель, если нужен резерв.

Короткие ответы

Можно ли греть воду напрямую от панелей?

Существуют схемы прямого нагрева ТЭНа постоянным током. В домашней станции чаще проще питать бойлер от переменного тока после инвертора — это позволяет использовать ту же станцию для всего остального.

Нужен ли накопитель к бойлеру?

Нет. Бойлер сам является накопителем — тепловым, и в этой роли он дешевле литиевого.

Подходит ли солнце для отопления?

Для межсезонья и горячей воды — да, особенно с тепловым насосом. Для отопления в декабре-январе в средней полосе — нет: выработка в эти месяцы минимальна, а потребление максимально.