Тепловой насос, фотовольтаика и экономия затрат в немецком жилом доме
Журнал pv поговорил с Тимом Риделем, владельцем фотоэлектрической системы на крыше жилого дома мощностью 24 кВт и воздушного теплового насоса мощностью 12,86 кВт, об окупаемости инвестиций в тепловые насосы с воздушными источниками и об экономии, которой могут добиться домохозяйства, используя такие насосы в паре с фотоэлектрической системой.
Тепловые насосы были названы самым быстрым способом сокращения потребления газа в Германии. Столкнувшись с глубоким энергетическим кризисом после вторжения России в Украину, страна рассматривает возможность введения запрета на использование новых газовых и масляных обогревателей с 2024 года. Это вызвало бурное обсуждение способности тепловых насосов экономически конкурировать с газовым отоплением, а также роли фотоэлектрических систем в снижении счетов за электроэнергию.
Хотя данные моделирования об окупаемости инвестиций в тепловые насосы и их симбиотической связи с фотоэлектрическими панелями на крышах домов имеются в изобилии, статистику на местах получить сложнее. Тим Ридель, консультант по устойчивому развитию берлинской компании Planetgroups, поделился данными о системе теплового насоса и фотоэлектрической системы, установленной в его одноквартирном доме в Германии.
Ридель установил систему теплового насоса с воздушным источником тепла на своем здании 1796 года постройки 24 февраля 2022 года, состоящую из внешнего теплового насоса с тепловой мощностью до 12,86 кВт, 170-литрового бака для хранения горячей воды и меньшего внутреннего блока для нагрева воды, расположенного в подвале дома.
“С мая по октябрь основной тепловой насос вообще не работает, мы просто используем маленький для нагрева воды”, – сказал Ридель журналу pv. “В долгосрочной перспективе это будет более экономически выгодно, потому что эффективнее нагревать воду с помощью маленького теплового насоса. Тогда более крупный насос не так часто запускается, что продлевает срок его службы”.
Система теплового насоса обошлась в 31 000 евро (34 260 долларов), включая услуги по установке. На нее можно было получить субсидию в размере 10 500 евро в рамках программы скидок на тепловые насосы в Германии, что позволило снизить цену до 20 500 евро.
По данным Риделя, в 2021 году его дом потребил 20 000 кВт/ч газа, а тепловой насос использовал 4 009 кВт/ч электроэнергии с 1 апреля 2022 года по 31 марта 2023 года. По словам Риделя, при цене электроэнергии 0,53 евро/кВтч и цене газа 0,18 евро/кВтч, система теплового насоса позволила сэкономить 1 595 евро в год. Таким образом, срок окупаемости системы составляет около 13 лет, исходя из текущих цен на газ и электроэнергию.
“Такой результат инвестиций не учитывает даже того факта, что новая газовая система отопления также стоила бы денег”, – отметил Ридель. “Период окупаемости только дополнительных затрат на тепловой насос по сравнению с газовой системой отопления был бы гораздо короче”.
Семья Ридель также имеет фотоэлектрическую систему мощностью 24 кВт, установленную на крыше их сарая, что еще больше увеличивает ежегодную экономию электроэнергии. Система была установлена в 2020 году и оснащена солнечными модулями мощностью 325 Вт от немецкого производителя Heckert Solar. Она производит 19 000 кВт/ч электроэнергии в год и обошлась в 26 000 евро, включая установку на плоской крыше амбара.
По словам Риделя, фотоэлектрическая система на крыше произвела 1 433 кВт/ч электроэнергии, потребленной тепловым насосом. При цене €0,07/кВтч за потребляемую электроэнергию система фотоэлектрической энергии и теплового насоса позволила сэкономить €2 256 в год по сравнению с газовым отоплением.
Семья Ридель установила систему теплового насоса без модернизации или изоляционных работ. В их доме 18 века использовались обычные радиаторы, и они заменили один из них на более мощный. Умный термостат управляет системой дистанционно для эффективного отопления.
Учитывая годовую тепловую мощность около 20 000 кВт/ч и потребление электроэнергии в размере 4 009 кВт/ч, коэффициент сезонной эффективности (SCOP) системы теплового насоса составляет 5. Согласно техническому паспорту, коэффициент эффективности (COP) составляет 2,98 при внешней температуре источника 7 °C и 4,14 при 2 °C. SCOP, указанный в техническом паспорте, составляет 4,53.
“Это соотношение пять к одному [тепловая мощность к потреблению электроэнергии] обусловлено не только тепловым насосом. Это также связано с тем, как мы используем его с интеллектуальным счетчиком”, – говорит Ридель. “У нас был контроль температуры и до [установки системы теплового насоса], но этот счетчик просто немного умнее”.
Ридель заметил снижение эффективности при температуре наружного воздуха ниже -3 °C и значительное потребление электроэнергии при -10 °C, но работа теплового насоса в холодную погоду не вызывает серьезных опасений, поскольку в Германии такая погода бывает лишь в течение короткого периода времени.
“Люди очень не любят рисковать, они покупают оборудование так, как будто им нужно пережить зиму на Северном полюсе. Они не понимают, что у нас в Германии каждую зиму бывает неделя или две по-настоящему холодной погоды”.