Тепловой насос с солнечной поддержкой (SAHP) сочетает солнечные коллекторы с тепловым насосом так, что солнечная энергия либо повышает температуру источника теплового насоса, либо питает его компрессор. В наиболее распространенной косвенной схеме коллекторы PVT или солнечные коллекторы предварительно нагревают контур источника; каждый 1 °C дополнительной температуры источника повышает эффективность примерно на 2–3 %, что дает более высокий сезонный COP, чем у того же теплового насоса, работающего только на холодном наружном воздухе.
Что на самом деле означает «с солнечной поддержкой»?
Тепловой насос с солнечной поддержкой — это любая система, в которой солнечные коллекторы и тепловой насос спроектированы как единая машина, а не как два отдельных прибора. Вклад солнца может поступать с трех сторон: как тепло в испаритель (сторона источника), как тепло в бойлер-накопитель (сторона нагрузки) или как электроэнергия в компрессор. Национальные программы энергоэффективности рассматривают SAHP как отдельную категорию — например, британский Energy Saving Trust выделяет тепловые насосы с солнечной поддержкой в самостоятельную технологию нагрева воды, — поскольку совокупная сезонная эффективность заметно отличается от показателей автономного агрегата.
Определяющее преимущество — термодинамическое: COP теплового насоса растет по мере сокращения разрыва между температурой источника и температурой на выходе. Подача в испаритель жидкости, нагретой солнцем до 15–30 °C, вместо зимнего воздуха с температурой 0 °C резко сокращает этот разрыв.
Каковы основные архитектуры SAHP?
| Архитектура | Как помогает солнце | Типичное применение |
|---|---|---|
| SAHP с прямым расширением (DX) | Хладагент испаряется непосредственно в самом солнечном коллекторе | Компактные установки для ГВС; нишевое решение |
| Косвенная схема с источником PVT | Панели PVT нагревают рассольный контур, питающий испаритель теплового насоса | Дома, которым нужны электроэнергия и тепло с одного поля на кровле |
| Двухисточниковая | Контроллер переключается между воздухом и солнечным источником — тем, который теплее | Холодный климат; максимальный сезонный COP |
| С питанием от PV | Электроэнергия PV приводит компрессор; в тепловом отношении установка — обычный воздушный тепловой насос | Простое сочетание, широко субсидируется |
| Солнечные коллекторы + тепловой насос на одном бойлере | Коллекторы нагревают верх накопителя напрямую; тепловой насос покрывает остальное | Модернизация существующих солнечных систем |
Косвенная схема с источником PVT — самая быстрорастущая конфигурация в Европе, потому что панели PVT, питающие тепловой насос, решают сразу две задачи: панель охлаждается (что повышает годовую выработку электроэнергии на несколько процентов), а тепловой насос получает повышенную температуру источника.
Сколько эффективности добавляет солнечная поддержка?
Прирост зависит от температуры источника. Как рабочее правило, каждый 1 °C, добавленный к источнику, повышает COP примерно на 2–3 %, поэтому повышение температуры зимнего источника с воздуха 0 °C до контура, подогретого солнцем до 15 °C, может увеличить мгновенный COP на треть и более. Полевые отчеты IEA SHC Task 60 по системам PVT с тепловыми насосами фиксируют сезонные коэффициенты преобразования (SPF) значительно выше, чем у сопоставимых воздушных тепловых насосов, с наибольшим отрывом в солнечные межсезонья, когда коллекторы хорошо нагреваются, а потребность в отоплении сохраняется.
Правильно подобранные поля коллекторов могут даже служить единственным источником: панели PVT могут быть единственным источником тепла для теплового насоса в умеренном климате, полностью исключая наружный блок с вентилятором, а вместе с ним шум и циклы оттайки. Solimpeks выпускает гибридные панели PV-T с 2008 года, а решение компании — тепловой насос с солнечной поддержкой на базе MPPT — подает электроэнергию PV непосредственно в контур компрессора.
Когда SAHP стоит выбирать вместо обычного воздушного теплового насоса?
SAHP оправдывает дополнительную сложность в четырех ситуациях. Во-первых, когда площадь кровли есть, а разместить наружный блок сложно — плотная городская застройка, жесткие ограничения по шуму или фасады-памятники, где наружный блок с вентилятором нежелателен. Во-вторых, в холодном, но солнечном климате, где зимний воздух — плохой источник, а солнечная радиация остается высокой. В-третьих, когда с ограниченной площади кровли нужны и электроэнергия, и тепло, что указывает на PVT, а не на раздельные поля. В-четвертых, когда на кровле уже есть солнечная система, которую можно объединить с тепловым насосом на одном бойлере, а не демонтировать.
Для обычного пригородного дома с удобным местом для наружного блока и без ограничений по кровле простой тепловой насос «воздух-вода» остается более простой и дешевой установкой — довод в пользу SAHP должен опираться на цифры, а не на моду.
Как управлять SAHP и накапливать тепло?
Контроллер от интервала к интервалу решает, где солнечная энергия наиболее ценна: напрямую в бойлер, когда коллекторы сильно нагреты, в источник теплового насоса, когда они лишь теплые, или в буферную емкость на потом. Накопление важнее, чем в простой системе, поскольку поступление солнечной энергии и потребность в отоплении редко совпадают; хорошая стратификация в бойлере сохраняет температурные слои, необходимые каждому источнику. Следует ожидать накопитель с двумя змеевиками или комбинированный накопитель и контроллер со специальными гидравлическими схемами SAHP, а не импровизированную релейную логику.
Часто задаваемые вопросы
Тепловой насос с солнечной поддержкой — это то же самое, что тепловой насос плюс солнечные панели?
Нет. Простое наличие PV и теплового насоса на одном счетчике — это параллельная работа. SAHP объединяет их гидравлически или электрически под одной стратегией управления: солнечное тепло повышает температуру источника или заряжает накопитель, что меняет рабочую точку теплового насоса и его сезонную эффективность.
Работает ли SAHP ночью и зимой?
Да. Двухисточниковые схемы и схемы с источником PVT переходят на наружный воздух (или используют коллекторы как воздушные абсорберы — неостекленный PVT по-прежнему улавливает тепло ветра и неба), когда солнечного притока нет. Тепловой насос всегда гарантирует полную мощность; солнечная поддержка повышает эффективность, а не доступность.
Какие коллекторы подходят для SAHP: PVT, плоские или вакуумные трубчатые?
Для поддержки со стороны источника идеальны PVT и неостекленные коллекторы, поскольку тепловому насосу нужна жидкость лишь 10–30 °C, а выработка PV дает дополнительную выгоду. Для поддержки со стороны нагрузки напрямую в бойлер остекленные плоские коллекторы дают более высокие температуры. Высокотемпературные вакуумные трубчатые коллекторы для питания источника теплового насоса обычно избыточны.
Имеют ли тепловые насосы с солнечной поддержкой право на субсидии?
В большинстве стран тепловой насос и солнечная система получают поддержку по своим отдельным программам, а некоторые программы выплачивают специальные бонусы за комбинацию. Правила ежегодно меняются, поэтому перед заказом проверьте действующие условия национальной программы.