Instalacja fotowoltaiczna (PV skrót z jęz. ang. od słów: P-photo, V-voltaic) produkuje energię elektryczną z promieniowania słonecznego. Bezpłatny prąd solarny można wykorzystać do zasilania odbiorników energii elektrycznej w budynku (np. oświetlenie, urządzenia RTV i AGD, urządzenia grzewcze zasilane elektrycznie itp.), a jego nadmiar odprowadzić do sieci energetycznej (instalacje on-grid). Nadmiar wyprodukowanej energii elektrycznej możemy również magazynować w akumulatorach (instalacje off-grid) i wykorzystać w okresie zwiększonego zapotrzebowania na energię elektryczną. Najwięcej korzyści z instalacji fotowoltaicznej uzyskuje się przy dużym zapotrzebowaniu na energię elektryczną w ciągu dnia, maksymalnie wykorzystując „prąd słoneczny” na własne potrzeby. Zastosowanie do ogrzewania budynku systemu grzewczego na bazie pompy ciepła zasilanej energią elektryczną, pozwala zwiększyć stopień wykorzystania energii wytwarzanej przez instalację PV, na własne potrzeby.

Pompa ciepła jako urządzenie pobierające do swojej pracy energię elektryczną może współpracować z instalacją fotowoltaiczną. Najczęściej stosowanym rozwiązaniem jest wspólna praca w systemie on-grid. W okresie letnim, użytkownik oddaje nadwyżki energii elektrycznej wyprodukowanej przez panele fotowoltaiczne do sieci, natomiast zimą odbiera wcześniej oddaną energię elektryczną na warunkach zgodnych z Ustawą OZE.

Współpraca pompy ciepła z instalacją fotowoltaiczną jest opłacalna zwłaszcza wtedy gdy pompa ciepła również latem pobiera prąd do produkcji ciepłej wody użytkowej oraz dla układów chłodzenia, ponieważ na bieżąco wykorzystujemy energię elektryczną do wytworzenia chłodu.

Szczególnie duże oszczędności można uzyskać w większych obiektach, np. w budownictwie wielorodzinnym. Przykładem tego typu inwestycji, łączącej technologię produkcji ciepła przez pompy ciepła i produkcji energii elektrycznej z paneli fotowoltaicznych,jest instalacja hybrydowa wykonana przez firmę ADDUR z Olsztyna, w budynku wielorodzinnym w Szczytnie.

Wspólnota mieszkaniowa w Szczytnie postawiła na OZE

W 2014 roku Wspólnota Mieszkaniowa w Szczytnie, zdecydowała się na wykonanie termomodernizacji obiektu, w celu obniżenia kosztów energii. Instalacja polegała na montażu dwóch pomp ciepła o łącznej mocy 120kW, które ogrzewają budynek o powierzchni 2000 m² współpracujących z instalacją paneli fotowoltaicznych o mocy 40kW, wytwarzających energię elektryczną potrzebną do ich zasilania. Koszt całej inwestycji wynosił 625 tys. zł. Wspólnota otrzymała 500 tys. zł pożyczki (w tym 10% kwoty zostało umorzone) z Wojewódzkiego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej ze środków Regionalnego Programu Warmia i Mazury, działanie 6.2.1. , a pozostała kwota 125 tys. zł pochodziła ze środków własnych.

System został włączony do eksploatacji w listopadzie 2014 roku. Prace rozpoczęto od wykonania odwiertów geotermicznych w postaci pionowych sond dla pomp ciepła o łącznej długości odwiertu 2376 mb (24 odwierty po 99 mb), które zostały zaprojektowane pod terenem placu zabaw. W trakcie prowadzonych robót wiertniczych równocześnie były prowadzone prace instalacyjne celem adaptacji istniejącego systemu grzewczego budynku do potrzeb instalacji z pompami ciepła. Wykonano stosowne przeróbki hydrauliczne obiegu centralnego ogrzewania i przestąpiono do instalacji nowoczesnych  pomp ciepła NIBE F1345-60 kW. Następnie rozpoczęto instalację mikroelektrowni słonecznej wykorzystując do tego zadania nowoczesne monokrystaliczne panele słoneczne PV o mocy 260 W każdy, które wytwarzają darmową energię elektryczną dla potrzeb pracy maszynowni z pompami ciepła. Panele fotowoltaiczne w ilości 153 sztuk zostały umiejscowione na dachu sześciokondygnacyjnego budynku. Wszystko sterowane jest automatyczne i kontrolowane zdalnie przez centrum zarządzania energią. Podgląd pracującej instalacji można obejrzeć on-line za pomocą Internetu i odpowiedniej aplikacji NIBE.

Budynek wielorodzinny w Szczytnie to jeden z pierwszych budynków w Polsce należący do wspólnoty mieszkaniowej, która jako prekursor działań proekologicznych i oszczędnościowych pokazuje, jak korzystając z nowoczesnych technologii można osiągnąć mniejsze rachunki za prąd i ciepło. Roczny koszt energii cieplnej w latach 2010-2013, wytwarzanej w lokalnej kotłowni gazowej na potrzeby bloku w Szczytnie, wynosił średnio 97 000 zł. Wyprodukowana ilość energii z PV od momentu podłączenia licznika dwukierunkowego (grudzień 2014r.) do grudnia 2015r., wyniosła 38,4 MWh. Z otrzymanych faktur w tym okresie wynika, że za ten okres wspólnota zapłaciła zakładowi energetycznemu za pobraną energię elektryczną 24 087,54zł, przy czym na koniec okresu rozliczeniowego, zakład energetyczny zapłacił wspólnocie 6 100 zł za nadwyżkę energii elektrycznej wyprodukowanej przez instalację fotowoltaiczną, odsprzedanej do sieci. Podsumowując roczny koszt ogrzewania budynku o powierzchni 2000 m², należącego do wspólnoty mieszkaniowej w Szczytnie został zredukowany w 2015r. z kwoty 97 000 zł do 17 988 zł, co stanowi 81% oszczędności.

Tabela. Koszt energii elektrycznej w budynku o pow. całkowitej 2000 m² po zainstalowaniu instalacji hybrydowej z pompami ciepła o mocy 120 kW i instalacją fotowoltaiczną o mocy 40 kW (licznik zwrotny)-dane z faktur z 2015r.

Pompy ciepła + fotowoltaika = 87% oszczędności

W 11.2016r dystrybutor energii elektrycznej przeszedł na odczyt automatyczny liczników energii. W lutym 2017r. wspólnota otrzymała rozliczenie dot. energii elektrycznej zgodnie z aktualnym stanem prawnym, w ramach którego wpłynęły faktury korygujące za okres 2 lat tj. 01.01.2015 do 31.12.2016r. Podsumowanie faktur wykazało że w tym okresie zapłacili 25 673,28 zł za energię elektryczną pobraną na potrzeby pracy pomp ciepła i oświetlenia części wspólnych bloku, co daje średnioroczny koszt ogrzewania bloku po termomodernizacji na poziomie: 25 673,28zł/2 lata = 12 836,69zł/rok !!! i oszczędności na poziomie 87%. Aktualnie więc koszt ogrzewania 1m² wynosi zaledwie 0,56 zł/mc ! W drugiej połowie 2017r. planowana jest instalacja kolejnych dwóch, tym razem powietrznych pomp ciepła, współpracujących z kolektorami słonecznymi, w celu produkcji ciepłej wody użytkowej.

Z pompą ciepła i PV jest tanio, bezpiecznie i ekologicznie

Teraz lokatorzy budynku wielorodzinnego w Szczytnie mogą cieszyć się ekologicznym tanim ciepłem będąc całkowicie niezależni od cięgle rosnących cen i kosztów za energię cieplną. Są również niezależni od dotychczasowego dostawcy ciepła.

Podsumowując zastosowanie instalacji fotowoltaicznej w budynku wyposażonym w pompę ciepła pozwala zwiększyć stopień wykorzystania na własne potrzeby energii wytwarzanej przez instalację PV, co z kolei pozwala na osiągnięcie ponad 80% oszczędności kosztów energii. Nierównomierność poboru oraz produkcji energii elektrycznej wymusza konieczność stosowania instalacji fotowoltaicznych typu ON-GRID (współpracującej z siecią elektroenergetyczną). Niektóre pompy ciepła są już wyposażone w specjalną funkcję regulatora PV READY służącą do współpracy z instalacją fotowoltaiczną, dzięki której mogą pracować z większą wydajnością w momencie występowania produkcji darmowej energii elektrycznej z energii słonecznej. Zastosowanie tego typu instalacji hybrydowych jest w Polsce niezwykle korzystne nie tylko ze względu na niezwykle niskie koszty eksploatacji ale także z ekologicznego punktu widzenia. Zastąpienie kotłów na paliwa stałe - pompą ciepła, w ogromnym stopniu przyczynia się do redukcji emisji CO₂ i innych groźnych dla życia człowieka zanieczyszczeń, przedostających się do powietrza, głównie w wyniku tzw. „niskiej emisji”. Nie wszyscy bowiem zdają sobie sprawę , że niska emisja jest powodem występowania w powietrzu takich szkodliwych związków jak pyły zawieszone, dwutlenek siarki, tlenki azotu, metale ciężkie, wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne, które są rakotwórcze i powodują silne zatrucia, a także takie trujące związki chemiczne jak dioksyny. Stężenie zanieczyszczeń występujących w powietrzu, jest w Polsce przekraczane często nawet kilkudziesięciokrotne i to najczęściej w okresie od października do kwietnia, co ma niekwestionowany związek z sezonem grzewczym i nieefektywnym spalaniem paliw stałych o złej jakości, a nawet śmieci. W Polsce na instalację pomp ciepła i systemów fotowoltaicznych można pozyskać dofinansowanie z Unii Europejskiej. Nie trudno przewidzieć efekty zastosowania pomp ciepła w nieco większej skali. Gdyby udało się wdrożyć jeszcze większe wsparcie np. w ramach gminnych programów ograniczenia niskiej emisji zanieczyszczeń, to również osoby fizyczne mogłyby otrzymać odpowiednie wsparcie, a szerokie stosowanie pomp ciepła przyczyniłoby się do znacznej i długotrwałej poprawy jakości powietrza.