Jak dobrać grzałkę elektryczną do bufora, żeby wykorzystać nadwyżki z fotowoltaiki

Właściciele instalacji fotowoltaicznych coraz częściej szukają sposobu, żeby prąd produkowany w środku dnia zużyć na miejscu, zamiast wysyłać go do sieci. Jednym z najprostszych rozwiązań jest grzałka elektryczna wkręcona w bufor ciepła albo zasobnik ciepłej wody. Woda podgrzana w południe zostaje w izolowanym zbiorniku do wieczora, a kocioł lub pompa ciepła mają mniej pracy.

Żeby taki układ działał sensownie, grzałka musi pasować do zbiornika, do mocy instalacji PV i do możliwości instalacji elektrycznej w domu. Zła moc oznacza albo pobór prądu z sieci w pochmurne dni, albo grzałkę, która przez większość dnia nie zdąży się włączyć.

Bufor czy zasobnik ciepłej wody

Bufor magazynuje wodę grzewczą, krążącą w instalacji centralnego ogrzewania. Zasobnik ciepłej wody użytkowej gromadzi wodę, która trafia do kranów. Grzałkę można zamontować w obu, ale cel jest inny:

• Zasobnik c.w.u. - nadwyżki z PV grzeją wodę do kąpieli. Opłaca się przez cały rok, bo ciepłej wody potrzebujemy także latem, kiedy produkcja z paneli jest największa.
• Bufor c.o. - nadwyżki dogrzewają wodę grzewczą. Ma sens głównie w okresie przejściowym, wiosną i jesienią, gdy są słoneczne dni i jednocześnie trzeba grzać dom.

Najpierw sprawdź, czy zbiornik ma wolny króciec na grzałkę. Producenci zbiorników opisują go w karcie technicznej, podają też maksymalną długość grzałki, jaka zmieści się w środku.

Moc grzałki a moc instalacji PV

Grzałki do zbiorników mają zwykle moc od 1 do 9 kW. Mniejsze, do około 3 kW, zasila się jedną fazą, większe najczęściej trzema fazami. Dobierając moc, warto kierować się nie mocą szczytową paneli, ale tym, ile prądu realnie zostaje w południe po zaspokojeniu bieżącego zużycia domu.

Moc instalacji PV	Typowa nadwyżka w słoneczne południe	Rozsądna moc grzałki
3-5 kWp	1,5-3 kW	1,5-2 kW, jedna faza
6-8 kWp	3-5 kW	3 kW jednofazowa lub grzałka trójfazowa z regulacją
powyżej 9 kWp	5 kW i więcej	trójfazowa, często z możliwością pracy na jednej lub dwóch fazach

Grzałka mniejsza niż nadwyżka pracuje dłużej i częściej w całości na prądzie z paneli. Grzałka zbyt duża pobierze brakującą część z sieci, chyba że zastosujesz sterownik, który płynnie zmienia jej moc.

Gwint, długość i materiał

• Gwint - najczęściej spotykane są 6/4 cala i 5/4 cala. Grzałki do starszych zasobników bywają mocowane na kołnierzu. Gwint musi odpowiadać króćcowi, bez kombinowania z redukcjami, które przesuwają element grzejny poza strefę wody.
• Długość części grzejnej - grzałka nie może dotykać wężownicy ani ścianek, a jej długość musi mieścić się w średnicy zbiornika z zapasem.
• Termostat i zabezpieczenie - dobra grzałka ma wbudowany termostat regulacyjny oraz osobny ogranicznik temperatury, który wyłącza ją przy przegrzaniu.
• Materiał - przy twardej wodzie grzałki ze stali nierdzewnej lub z powłoką ceramiczną wolniej obrastają kamieniem.

Montaż grzałki w zasobniku c.w.u. to także dobry moment, żeby sprawdzić anodę i stan wnętrza zbiornika. Jeśli woda grzeje się wolno mimo sprawnej grzałki, przyczyną bywa kamień, o czym piszemy w tekście o wolno grzejącej się wodzie w bojlerze.

Jak sterować grzałką przy nadwyżkach

Sama grzałka z termostatem włącza się zawsze, gdy woda jest chłodna, także w nocy i w pochmurny dzień. Żeby korzystała tylko z nadwyżek, potrzebne jest sterowanie. Najczęściej stosuje się trzy rozwiązania:

1. Wyjście sterujące falownika - wiele falowników ma przekaźnik, który załącza odbiornik po przekroczeniu ustawionej mocy oddawanej do sieci. Przekaźnik steruje stycznikiem, a ten grzałką.
2. Sterownik z pomiarem mocy - mierzy przepływ energii na przyłączu i włącza grzałkę albo kolejne jej fazy, gdy nadwyżka jest wystarczająca.
3. Regulator mocy - płynnie zmienia moc grzałki tak, by pobierała dokładnie tyle, ile wynosi nadwyżka. To najdokładniejsze, ale też najdroższe rozwiązanie.

Prostszą alternatywą jest zegar ustawiony na godziny największej produkcji, ale w pochmurny dzień grzałka pobierze wtedy prąd z sieci.

Zasilanie i bezpieczeństwo

Grzałka to odbiornik dużej mocy, który pracuje godzinami. Wymaga osobnego obwodu z przewodem o odpowiednim przekroju, wyłącznikiem nadprądowym i wyłącznikiem różnicowoprądowym 30 mA. Przy grzałce trójfazowej zabezpieczenie musi być trójfazowe, a obciążenie faz warto skoordynować z fazami, na które pracuje falownik.

Po stronie wody zbiornik musi mieć sprawny zawór bezpieczeństwa i miejsce na rozszerzalność wody, czyli naczynie przeponowe lub odpowiednio dobrany układ. Grzałka pracująca w buforze często podnosi temperaturę wyżej niż kocioł, dlatego warto sprawdzić, czy zawór mieszający na wyjściu c.w.u. chroni domowników przed poparzeniem. Akcesoria do zbiorników, w tym osprzęt do zasobników, buforów i ogrzewaczy wody, warto dobierać do konkretnego modelu zbiornika.

Kiedy grzałka się opłaca, a kiedy nie

Najwięcej zyskują domy, w których ciepła woda jest dziś grzana prądem z sieci albo drogim paliwem, a w południe nikt nie zużywa energii z paneli. Wtedy każda kilowatogodzina skierowana do zbiornika zastępuje energię kupowaną wieczorem. Mniejszy sens ma grzałka w domu z pompą ciepła o wysokiej sprawności, bo pompa wytwarza z jednej kilowatogodziny prądu kilka kilowatogodzin ciepła, a grzałka tylko jedną. W takim układzie lepiej ustawić pompę, by grzała wodę w godzinach produkcji, a grzałkę traktować jako dodatek na słoneczne dni.

Jeśli planujesz rozbudowę fotowoltaiki o magazyn energii, porównaj oba rozwiązania. O tym, kiedy sprawdza się akumulator, piszemy w artykule o fotowoltaice z magazynem energii. Grzałka w zbiorniku jest tańsza, ale magazynuje wyłącznie ciepło.