Ohrev vody z prebytkov FV

Prečo ohrievať TUV prebytkom z fotovoltiky

Domáca fotovoltika často produkuje viac elektriny, než dokážu spotrebiče v reálnom čase využiť. Namiesto vývozu prebytkov do siete za nízky výkup je výhodné premeniť ich na teplo v zásobníku teplej úžitkovej vody (TUV). Ohrev bojlera funguje ako „batéria“, ktorá vyhladzuje špičky výroby, zvyšuje mieru vlastnej spotreby a skracuje návratnosť investície do FV. Tento článok podrobne popisuje architektúry zapojenia (AC/DC), regulačné stratégie, bezpečnostné a legislatívne aspekty a praktické dimenzovanie.

Základné architektúry: prehľad možností

• AC odporový ohrev (230/400 V): bežná špirála bojlera napájaná zo striedavej siete; prebytky sa smerujú cez inteligentné relé, polovodičový regulátor alebo špeciálny „diverter“ s plynulou reguláciou.
• DC priame napájanie špirály z FV poľa: špeciálne DC špirály s MPPT regulátorom využívajú panely bez striedača; vhodné mimo siete alebo ako doplnok. Vyžaduje samostatnú ochranu a DC istenie.
• Integrované riešenia so zásobníkovým TČ (HPWH): tepelné čerpadlo pre TUV so zvýšením setpointu pri prebytkoch (virtuálna akumulácia tepla); COP 2–3.

Energetika ohrevu: koľko kWh treba na vodu

Odhad energie pre ohrev zásobníka vychádza z vzorca E = m · c · ΔT. Pri 200 l vody (≈200 kg), ΔT = 40 K (napr. z 15 °C na 55 °C) a mernom teple c = 4,186 kJ·kg⁻¹·K⁻¹ je potrebná energia 33 488 kJ, t. j. približne 9,30 kWh (33 488/3 600). So špirálou 2 kW trvá ideálny ohrev bez strát približne 4,65 h (9,30/2). V praxi počítajte s tepelnými stratami zásobníka a termostatickou stratifikáciou.

AC ohrev: od „zapni/vypni“ po plynulú reguláciu

• Bang-bang s inteligentným relé/termostatom: lacné a robustné; relé zopne špirálu pri prebytku (napr. > 500 W) a vypne pri poklese. Nevýhoda: môže dochádzať k cyklovaniu a čiastočnému odberu zo siete, ak sa prah nastaví nevhodne.
• SSR/triak s fázovým riadením (diverter): plynulé dávkovanie výkonu podľa okamžitého prebytku; minimalizuje export a import zo siete. Vyžaduje detekciu smeru toku a meranie na hlavnom prívode (CT svorky).
• Viacstupňové špirály: prepínanie 0,7/1,0/2,0 kW cez viac relé; jednoduché kroky výkonu znižujú cyklovanie.

DC ohrev so samostatným MPPT

Priame napájanie DC špirály z panelov s MPPT maximalizuje výkon bez prechodu cez AC stranu. Vhodné pre off-grid chaty alebo ako doplnkový obvod. Treba oddelené DC istenie, odpojovač, ochranu proti spätnému prúdu a teplotný limit. Nevýhoda: nemožno súčasne použiť rovnaké panely pre AC spotrebu bez prepínania.

Inteligentné meranie prebytkov: čo musí riadenie vedieť

• Meranie na hranici objektu: hlavné CT meria export/import v reálnom čase; riadenie dáva bojleru presne toľko výkonu, aby export ≈ 0 W.
• Meranie vetiev: zvlášť FV výroba a zvlášť spotreba; prebytok = výroba − spotreba iných okruhov.
• Komunikácia: Modbus/TCP, MQTT, API meniča; integrácia do lokálnej automatizácie (napr. domáce huby) s hysterézou a časovou filtráciou.

Riadiace stratégie: od jednoduchých prahov po predikciu

1. Prah + hysteréza: zapni pri prebytku > X W po Y s, vypni pri < X−Δ W; minimalizuje „cvakanie“ relé.
2. Plynulá modulácia výkonu: cieľom je export ≈ 0; SSR/triak plynulo dávkuje výkon (100–2 000 W).
3. Preferencie komfortu: minimálna teplota TUV (napr. 45 °C) aj bez prebytku; pri prebytku zvýšiť setpoint (napr. 55–60 °C).
4. Predikcia počasia: ráno nezapínať sieťový dohrev, ak sa čaká slnečný obed – šetrí import.

Bezpečnosť a elektrické zásady (EU/EHP rámec)

• Isťenie a vedenie: prúd špirály I = P/U. Pre 2 kW/230 V je ≈ 8,70 A. Zodpovedajúci istič 13–16 A a dimenzovanie vodiča (typicky 1,5–2,5 mm² podľa spôsobu uloženia a noriem).
• RCD: chránič 30 mA (typ A/F podľa výrobcu meniča/SSR) pre okruh zásobníka.
• Teplotná ochrana bojlera: termostat + bezpečnostný termolimit; zmiešavací ventil proti opareniu.
• SSR a kontaktory: pre SSR použiť chladič a krytie; pre mechanické kontaktory dbať na počet cyklov a zhášanie.
• Odborná montáž: pripojenie na pevnú elektroinštaláciu musí vykonať kvalifikovaný elektrotechnik s revíziou.

Legionella & komfort: prevádzkové setpointy

• Bežný režim: 50–55 °C pre dobrú stratifikáciu a účinnosť zmiešavania so studenou vodou.
• Antilegionella: pravidelný cyklus (napr. 60–65 °C 1× týždenne) – spustený pri prebytkoch, aby cyklus nebežal z importu.
• Zmiešavací ventil: stabilné výstupné teploty (napr. 45 °C) a vyššie využitie objemu zásobníka.

Integrácia s tepelným čerpadlom pre TUV

Ak máte zásobníkové TČ (HPWH), stratégia je iná: pri prebytkoch zvýšte setpoint (napr. z 48 °C na 55 °C) a nechajte TČ pracovať s COP 2–3. Odporový dohrev nech je „posledná možnosť“ (napr. len na antilegionellu alebo núdzový režim). Pri hybridných zásobníkoch s dvoma výmenníkmi možno použiť FV predohriev v samostatnom okruhu.

Výber bojlera a špirály: na čo si dať pozor

• Objem: dimenzujte podľa počtu osôb a režimu (sprcha/kúpeľ); väčší objem = väčšia „tepelná batéria“, ale vyššie straty v stand-by.
• Špirála: kompatibilná s reguláciou; viacstupňová alebo plynule riaditeľná; pre DC riešenia špeciálna DC verzia.
• Izolácia zásobníka: nízky tepelný únik (W/°C); kvalitné PU alebo vákuové panely v prémiových modeloch.
• Príruba a servis: dostupnosť anódy, tesnení a dielov 7–10 rokov.

Fázové zaťaženie a 1f vs. 3f

Jednofázová špirála 2–2,5 kW je pre menšie domácnosti zvyčajne dostatočná, no môže rozvážiť fázy pri 3f prívode. Pri výkone >3 kW zvážte trojfázový ohrev (3×2 kW krokovo alebo 3×1,5 kW plynule), aby sa minimalizovalo fázové nevyváženie a pokles napätia.

Regulačné scenáre: príklady logiky (pseudo-kód)

if export_power > 700 W for 30 s and tank_temp < 60°C: relay = ON elif export_power < 400 W for 15 s or tank_temp ≥ 60°C: relay = OFF

target = clamp(export_power, 0, heater_max_power) set_heater_power(target) # 0..2000 W v reálnom čase 

if surplus > 400 W and HPWH_ready: raise_setpoint(55°C) else: normal_setpoint(48°C)

Ekonomika: jednoduchý model prínosu

Hodnota 1 kWh prebytku nie je rovná cene importu; je to rozdiel medzi cenou importu a výkupom prebytku. Príklad: ak by ste prebytok predali za 0,06 €/kWh a nákup z gridu stojí 0,20 €/kWh, potom hodnota „vlastného ohrevu“ je 0,14 €/kWh. Pri ročnom presmerovaní 1 200 kWh do TUV je prínos ≈ 168 €. Ak inteligentný diverter stojí 250 €, návratnosť je ≈ 1,5 roka (250/168 ≈ 1,49).

Typické chyby a ako sa im vyhnúť

• Nesprávny prah a bez hysterézy: vedie k cyklovaniu relé a odberu zo siete pri „hrane“ prebytku.
• Nepodceniť kabeláž a istenie: dlhé prívody a poddimenzované vodiče zvyšujú poklesy napätia a tepelné namáhanie.
• Chýbajúca antilegionella: dlhodobo nízke teploty bez sanitácie sú hygienické riziko.
• Ručné prepínanie okruhov: bez blokád a spätných väzieb hrozí preťaženie alebo konflikt s inými spotrebičmi.

Pokročilé tipy pre lepšie využitie prebytkov

• Stratifikácia: umiestniť snímač teploty v strednej/hornaj časti nádrže – rýchlejší signál o komforte pri čiastočnom ohreve.
• Viac spotrebičov v poradí: priorita TUV > akumulácia v akumulačnom radiátore > klimatizácia; riadiť podľa času dňa a prebytku.
• Kalendár + predpoveď: víkendové cykly a sezónne profily spotreby TUV pre optimalizáciu setpointu.

Kontrolný zoznam pred implementáciou

• Overené meranie exportu/importu (CT na hlavnom prívode) a bezpečné spínanie výkonu.
• Správne dimenzovaný istič, vodiče, RCD a ochrana proti prehriatiu zásobníka.
• Nastavené setpointy (komfort, antilegionella), hysteréza a časové filtrácie.
• Dokumentácia zapojenia, revízia elektrickej inštalácie a plán údržby.
• Vyhodnocovanie dát: denné kWh do TUV, export do siete, import z siete, teplotný profil nádrže.

TUV ako stabilná „batéria“ pre fotovoltiku

Ohrev vody prebytkom z FV patrí medzi najefektívnejšie stratégie, ako zvýšiť vlastnú spotrebu bez veľkých zásahov. Výber medzi AC (relé/diverter), DC (MPPT) alebo TČ pre TUV závisí od cieľov, rozpočtu a limitov elektroinštalácie. S kvalitným meraním, bezpečnou reguláciou, premyslenými setpointmi a hygienickými cyklami získate komfort, hygienu aj úsporu – a z FV sa stane spoľahlivý zdroj tepla pre domácnosť.