Fotovoltika a tepelné čerpadlo: ako ich správne zladiť

Prečo zladiť fotovoltiku a tepelné čerpadlo

Fotovoltika (FV) a tepelné čerpadlo (TČ) sú prirodzení partneri. FV dodáva elektrinu s premenným profilom počas dňa, TČ premieňa elektrinu na teplo s násobným ziskom vyjadreným koeficientom výkonu COP. Cieľom zladenia je maximalizovať samospotrebu vyrobenej elektriny na vykurovanie a prípravu teplej vody (TUV), minimalizovať odbery v špičke a tým znížiť účty a uhlíkovú stopu bez zhoršenia komfortu.

Základné pojmy: COP, SPF, samospotreba, export a straty

COP (Coefficient of Performance): okamžitý pomer tepelného výkonu TČ ku vstupnému elektrickému príkonu. Závisí od teploty zdroja (vzduch/brína/voda) a výstupnej teploty vykurovacej vody.
SPF (Seasonal Performance Factor): sezónny priemer COP zohľadňujúci reálnu prevádzku, odmrazovanie, štarty a prípravu TUV.
Samospotreba FV: percento vyrobenej elektriny, ktoré domácnosť spotrebuje okamžite alebo cez akumuláciu (teplo/batéria).
Export do siete: prebytky odovzdané do distribučnej siete; v niektorých modeloch prenesené do zúčtovania.
Sieťové straty a poplatky: vplývajú na efekt ekonomiky exportu/importu; zvýhodňujú priamu spotrebu.

Profil výroby FV vs. potreby tepla: sezónny a denný nesúlad

FV má maximum v lete a v poludňajších hodinách. Potreba tepla na vykurovanie vrcholí v zime ráno a večer. Kľúčom je preto časová transformácia: buď elektrickú (batéria), alebo tepelnú (akumulačná nádrž, zvýšený setpoint podlahovky, zásobník TUV). Pri dobrom riadení možno aj bez veľkej batérie výrazne zvýšiť samospotrebu.

Stratégie zladenia: čo riadiť a v akom poradí

Priorita TUV v slnečných hodinách: nabitie zásobníka TUV na vyšší setpoint (napr. 52–55 °C) pri dostatku FV výkonu; v noci len udržiavanie hygienického minima.
Predohrev budovy („thermal pre-charging“): v čase prebytkov FV jemne zvýšiť teplotu v nízkoteplotnom systéme (podlahovka 1–2 K nad bežný setpoint), aby budova fungovala ako akumulátor.
Riadenie výkonu TČ podľa prebytkov: modulácia kompresora alebo sekvenčné spúšťanie cez SG-Ready/Modbus/0–10 V so sledovaním smeru prúdenia energie na hlavnom meradle.
Vypínanie prídavného elektrického dohrevného telesa: povoliť len pri nedostatku výkonu TČ a bez FV prebytku, ideálne s časovým obmedzením.
Obmedzenie špičiek: limit príkonomerom (napr. 3×16 A) s plynulou moduláciou TČ a koordináciou s inými spotrebičmi (indukcia, EV nabíjačka).

Dimenzovanie: koľko kWp a aké TČ

FV výkon (kWp): pre bežný rodinný dom s TČ a TUV typicky 6–12 kWp, podľa spotreby, orientácie a ambície samospotreby. Väčšia FV zvyšuje letné prebytky; užitočnosť rastie, ak je k dispozícii tepelná/batériová akumulácia.
TČ výkon (kW): navrhovať podľa tepelnej straty budovy pri výpočtovej vonkajšej teplote; pre nízkoenergetické domy často 4–8 kW. Dôležitejšia než špička je kvalitná modulácia (široký rozsah 20–100 %).
Nádrž a TUV: zásobník TUV 200–300 l pre 3–4 osoby; akumulačná nádrž 200–500 l podľa typu vykurovania a režimu „pre-charge“.

Elektrická integrácia: meniče, batérie a meranie

Stringový alebo hybridný menič: hybridný umožňuje priamu batériovú akumuláciu; pre jednoduchosť systému možno priorizovať tepelnú akumuláciu a batériu pridať neskôr.
Jednofázové vs. trojfázové TČ: trojfázové lepšie rozkladá prúd; sledovanie phase-balance je dôležité pre obmedzenie hlavných ističov.
Meranie tokov: inteligentné prúdové transformátory (CT) na prívode; riadiaca logika udržiava export ≈ 0 kW a podľa toho moduluje TČ.
Batéria: vhodná pre večerné špičky, no neskracuje zimný deficit tepla; ekonomicky sa oplatí ak je výrazný rozdiel medzi nákupnou a výkupnou cenou či nízky limit hlavného ističa.

Hydraulika a teploty: kľúč k vysokému SPF

Nízke výstupné teploty: podlahové/kombinované vykurovanie s 28–35 °C výrazne zlepšuje SPF. Každých +5 K na výstupe môže znížiť COP o 10–15 %.
Správna regulácia prietoku: ekvitermika s posunom krivky počas FV prebytkov (dočasné zvýšenie teploty okruhu).
Odmrazovanie: u vzduchových TČ počítať s poklesom výkonu a krátkymi reverznými cyklami; v riadení preferovať odmrazovanie v čase vyššieho FV výkonu, ak je to možné.
Hydraulické oddelenie: doskový výmenník/oddelenie okruhov pri zložitých systémoch; minimalizovať čerpané tlaky pre nižšiu spotrebu obehových čerpadiel.

Príprava TUV: hygienické limity a „solar-boost“

Denný „solar-boost“: v čase 10:00–15:00 využiť prebytok FV na ohrev TUV na vyšší setpoint; večer už len dohriatie na komfortné minimum.
Antilegionella režim: pravidelné prehriatie (napr. týždenne na 60 °C) realizovať najmä v slnečných dňoch alebo mimo špičky tarify.
Výmenník a stratifikačný koš: podporovať vrstvenie v zásobníku, aby TČ pracovalo na čo najnižšej teplote čo najdlhšie.

Riadiace rozhrania: SG-Ready, Modbus, API a prediktívne riadenie

SG-Ready kontakty: jednoduché dvojúrovňové riadenie (blok/eco/comfort/boost) podľa signálu z FV meniča alebo energetického manažéra.
Modbus/RTU/TCP: plná modulácia setpointov a výkonu, prístup k teplotám a stavom; umožňuje pokročilé algoritmy „export limit“ a predikciu.
Predikcia počasia a výroby: plánovanie ohrevu TUV a „pre-charge“ budovy podľa predpovede irradiancie a taríf (lacné okná vs. drahé okná).
Prioritizácia spotrebičov: tabuľa priorít (1. TUV, 2. TČ vykurovanie, 3. batéria, 4. EV), ktorú možno meniť sezónne.

Batéria vs. akumulácia tepla: čo prináša viac

kWh v batérii je univerzálna a dostupná večer; kWh v teple je lacnejšia forma ukladania energie bez degradačných cyklov. V domoch s TČ sa často ako prvý krok osvedčí tepelná akumulácia (zásobník, pre-charge budovy), batéria dopĺňa komfort a kryje špičky ostatných spotrebičov.

Obmedzenia hlavného ističa a riadenie špičiek

Dynamické limity: v reálnom čase obmedziť výkon TČ podľa celkového odberu, aby sa nepreťažil istič.
Fázová záťaž: pri jednofázovom TČ zvážiť phase-shifting ostatných záťaží; pri trojfázovom sledovať symetriu.
Koordinácia s EV nabíjaním: inteligentné wallboxy vedia čítať prebytok FV a prispôsobiť prúd; počas vykurovacej sezóny má prednosť TČ/TUV.

Praktický model: príklad výpočtu a očakávaní

Uvažujme dom s tepelnou stratou 6 kW pri −12 °C, podlahovka, TUV pre 4 osoby:

TČ vzduch/voda 8 kW (modulácia 2–8 kW), sezónne SPF ≈ 3,2 pri 30–35 °C okruhu.
FV pole 9 kWp, ročná výroba ~9 000 kWh (orientácia JV/JZ).
Spotreba domu bez TČ: 3 500 kWh/rok; vykurovanie+TUV cez TČ: teplo 12 000 kWh ⇒ elektrina ~3 750 kWh (pri SPF 3,2).
Celková ročná el. spotreba s TČ: ~7 250 kWh; z FV pokrytých priamo 40–60 % pri dobrej stratégii TUV a pre-charge.

Vonkajšie teploty, tiene a správanie domácnosti spôsobia odchýlky; cieľom riadenia je presunúť čo najväčší podiel z tých 3 750 kWh pre TČ do denného slnečného okna.

Tabuľka odporúčaných nastavení podľa sezóny

Orientačné nastavenia riadenia TČ pri integrácii s FV
Obdobie	TUV setpoint (deň/noc)	Vykurovanie – pre-charge	Limit prík. dohrev	Poznámka
Zima	53 °C / 48 °C	+1 K pri FV > 2 kW	povoliť len < −5 °C	Minimalizovať špičky, preferovať dlhé cykly
Prechod	52 °C / 45 °C	+1–2 K pri FV > 3 kW	zakázaný	Vysoká samospotreba, žiadny dohrev
Leto	55 °C / 50 °C	vyp.	zakázaný	Antilegionella v slnečné dni
Hodnoty sú orientačné; prispôsobte ich typu TČ, hygienickým požiadavkám a komfortu.

Komfort a hluk: dlhé cykly a správna modulácia

Čím dlhší cyklus, tým tichšia prevádzka: ak odvetranie a obehy umožnia, preferovať kontinuálnu moduláciu pred častými štartmi.
Hluk vonkajšej jednotky: presun intenzívnej prevádzky do dňa (pri FV) znižuje riziko nočného hluku; zvážiť tichý „night mode“.

Monitorovanie a diagnostika: čo sledovať

Teploty a prietoky: výstup/vstup TČ, teplota TUV, teplota okruhu, prietok (pre výpočet okamžitého COP ≈ Q̇_teplo/P_el).
Energetická bilancia: výroba FV, export/import, spotreba TČ, samospotreba v %.
Stavy odmrazovania a chybové kódy: v prípade poklesu výkonu skontrolovať zanesenie výmenníka a nastavenie odmrazovacích prahov.

Bezpečnosť a spoľahlivosť: ochrany a zálohy

Elektrická ochrana: ističe a prúdové chrániče dimenzované na štartovacie prúdy (najmä scroll kompresory), prepäťové ochrany na FV i TČ vetve.
Hydraulická bezpečnosť: poistné ventily, odvzdušnenie, automatické dopúšťanie s kontrolou; antizámrzná ochrana pri dlhých výpadkoch.
Fallback režimy: TČ by malo vedieť bežať aj bez signálu z FV (štandardná ekvitermika) a naopak FV bez TČ.

Ekonomika: čo hýbe návratnosťou

Samospotreba vs. výkup: čím vyšší rozdiel medzi nákupnou a výkupnou cenou elektriny, tým viac sa oplatí riadenie na samospotrebu.
SPF a teploty: nízke výstupné teploty a kvalitná izolácia skracujú návratnosť viac než marginálne rozdiely účinnosti FV.
Investície do riadenia: rozumná cena energetického manažéra sa vracia v lepšej samospotrebe a nižších špičkách odberu.

Checklist pre projekciu a uvedenie do prevádzky

Overená tepelná strata domu a zvolený typ odovzdávacieho systému (podlahovka/radiátory/konvektory).
FV návrh s ohľadom na tienenie, orientáciu a možnosť budúcej expanzie; pripravený priestor na menič/batériu.
Hydraulická schéma s akumuláciou a stratifikáciou; správne dimenzované obehové čerpadlá.
Riadiace rozhranie (SG-Ready/Modbus) a meranie tokov energie na hlavnom prívode.
Nastavené sezónne profily TUV a pre-charge; harmonogram antilegionella.
Test limitácie príkonom a koordinácia s EV nabíjaním a inými veľkými spotrebičmi.

Systémy, ktoré spolupracujú

Správne zladená fotovoltika a tepelné čerpadlo využívajú fyziku vo váš prospech: slnko dodá elektrinu vtedy, keď je možné lacno vyrábať teplo s vysokým COP. Kľúčové je inteligentné riadenie – priorizácia TUV v slnečných oknách, jemný predohrev budovy, modulácia výkonu podľa prebytkov a obmedzenie špičiek. Ak pridáte premyslenú akumuláciu tepla a kvalitnú hydrauliku, dosiahnete vysokú energetickú efektívnosť, komfort a stabilnú ekonomiku bez zbytočných kompromisov.