Panele fotowoltaiczne do grzania wody: Jak dobrać moc w 2025 roku?

Marzy Ci się niezależność energetyczna i niższe rachunki za ciepłą wodę? Z pewnością zastanawiasz się, jaka moc paneli do grzania wody będzie optymalna właśnie dla Ciebie. W skrócie – kluczowa jest analiza Twojego dziennego zapotrzebowania oraz warunków nasłonecznienia, by wyprodukować wystarczającą ilość darmowej energii prosto ze słońca. Odpowiedź nie jest uniwersalna, to szyta na miarę układanka.

• Typowe dzienne zużycie CWU na osobę: 40-50 litrów (temp. ~45-50°C)
• Energia potrzebna do podgrzania 1 litra wody o 40°C (np. z 10°C do 50°C): ~0.0465 kWh
• Średnia dzienna energia na osobę: ok. 1.8-2.3 kWh
• Uśredniona roczna produkcja energii z 1 kWp paneli PV w Polsce: ok. 900-1100 kWh
• Szczytowa moc promieniowania słonecznego: ok. 1000 W/m² (w idealnych warunkach)

Dalsza analiza danych pokazuje, że choć średnia roczna produkcja może wydawać się wystarczająca, to największe zapotrzebowanie na ciepłą wodę często występuje w miesiącach chłodniejszych lub przy zmiennej pogodzie, gdy słońca jest mniej. Z drugiej strony, lato oferuje nadwyżki, które idealnie nadają się do całkowitego pokrycia potrzeb na CWU. Zatem optymalizacja systemu wymaga balansu między produkcją a konsumpcją w czasie. Rozmiar zbiornika buforowego również odgrywa tu niemałą rolę, magazynując wyprodukowaną energię na później. Wyobraźmy sobie system grzania, który nie potrafi zmagazynować ciepła – to jak próba napełnienia dziurawego wiadra.

Wykres jasno pokazuje, że większy zbiornik wymaga proporcjonalnie więcej energii do jednorazowego podgrzania. To nie lada wyzwanie dla systemu PV, ale z drugiej strony, większy zbiornik może przechowywać energię zebraną przez dłuższy czas. Decyzja o mocy instalacji to zawsze kompromis między dostępnym budżetem, przestrzenią na dachu, a ambicjami dotyczącymi poziomu niezależności od sieci energetycznej. Analiza historyczna danych nasłonecznienia dla danej lokalizacji staje się tutaj nieocenionym narzędziem. Myśląc o systemie grzania wody, pamiętajmy – dobrze wymiarowana instalacja to inwestycja na lata, nie tylko wydatek.

Jak obliczyć zapotrzebowanie na ciepłą wodę użytkową (CWU)?

Punktem wyjścia do jakichkolwiek obliczeń mocy instalacji fotowoltaicznej, która ma efektywnie wspierać lub w całości pokrywać zapotrzebowanie na ciepłą wodę użytkową (CWU), jest precyzyjne określenie tegoż zapotrzebowania. To trochę jak budowanie domu – nie zaczniesz bez projektu, prawda? Bez poznania, ile wody o jakiej temperaturze faktycznie zużywasz, wszelkie próby dobrania odpowiedniej mocy paneli będą wróżeniem z fusów, a w branży, gdzie każdy wat i każda kilowatogodzina ma znaczenie, to po prostu nie wchodzi w grę.

Standardowe założenia statystyczne podają średnie zużycie na poziomie 40-50 litrów CWU o temperaturze około 45-50°C na osobę dziennie. Jednak, jak pokazuje doświadczenie, te liczby mogą się znacznie różnić w zależności od indywidualnych nawyków domowników, rodzaju armatury (prysznice oszczędzające wodę versus długie kąpiele w wannie), a nawet pory roku – latem często zużywamy nieco mniej ciepłej wody niż zimą. Przyjęcie standardowej wartości bez weryfikacji może prowadzić do przeszacowania lub niedoszacowania potrzeb energetycznych, a żadna z tych sytuacji nie jest korzystna z perspektywy optymalizacji kosztów i efektywności inwestycji w system grzania.

Dlatego najlepszą metodą, choć może wymagającą nieco zaangażowania, jest zmierzenie faktycznego zużycia ciepłej wody w reprezentatywnym okresie, na przykład przez tydzień lub miesiąc, wliczając w to dni o różnym "obciążeniu" (np. weekendy, gdy wszyscy domownicy są w domu, versus dni powszednie). Można to zrobić, odczytując stan licznika ciepłej wody (jeśli taki posiadasz) lub szacując zużycie na podstawie ilości napełnień wanny, czasu korzystania z prysznica i innych punktów poboru. Pamiętajmy też o zmywarce i pralce – choć często pobierają zimną wodę i grzeją ją wewnętrznie, jeśli masz podłączenie do ciepłej wody, to też jest element zapotrzebowania, choć rzadziej uwzględniany w kalkulacjach dla systemów opartych na CWU z zasobnika.

Temperatura wody dostarczanej do podgrzania to kolejny zmienny, ale niezwykle istotny czynnik. Woda w kranie ma inną temperaturę latem (często 15-20°C, a nawet więcej, jeśli instalacja przechodzi przez nagrzane poddasze) niż zimą (4-10°C). Im niższa temperatura początkowa, tym więcej energii potrzeba, aby podgrzać wodę do wymaganych 45-50°C. Ta różnica temperatur wpływa bezpośrednio na energię, którą system PV musi dostarczyć. Podgrzanie 200 litrów wody z 10°C do 50°C wymaga niemal 9.3 kWh energii, podczas gdy podgrzanie tej samej ilości wody z 20°C do 50°C to już tylko około 6.9 kWh – różnica robi się znacząca, prawda?

Wzór na energię potrzebną do podgrzania wody jest klasyczny: Energia (kWh) = Masa wody (kg) × Ciepło właściwe wody (ok. 1.16 Wh/kg°C, co odpowiada 1.16 kWh/m³°C) × Różnica temperatur (°C) / 1000 (aby przeliczyć Wh na kWh). Ponieważ 1 litr wody waży ok. 1 kg, a 1m³ to 1000 litrów, często operujemy bezpośrednio na objętości w litrach lub m³. Znając dzienne zużycie w litrach i średnią różnicę temperatur, możemy obliczyć dzienne zapotrzebowanie energetyczne w kWh. Przykład: 200 litrów dziennie, wzrost o 40°C: 200 L * 0.0465 kWh/L = 9.3 kWh. To jest minimalna, teoretyczna energia, którą system musi dostarczyć, nie wliczając strat.

Musimy również uwzględnić straty cieplne w instalacji. Energia raz dostarczona do wody w zasobniku nie pozostaje tam w całości na zawsze. Zbiornik CWU, nawet najlepiej izolowany, traci ciepło do otoczenia. Straty te zależą od temperatury wody w zasobniku, temperatury otoczenia, jakości izolacji i pojemności zbiornika. W zależności od tych czynników, straty mogą wynosić od kilku do kilkunastu procent dziennego zapotrzebowania. Do obliczonego teoretycznego zapotrzebowania energetycznego należy dodać odpowiedni margines na pokrycie tych strat. Jeśli ignorujesz straty, budujesz system skazany na niedobory w grzaniu. Dlatego tak ważne jest, aby dobrać nie tylko moc paneli do CWU, ale i odpowiedniej klasy zasobnik.

Częstotliwość poboru ciepłej wody również ma znaczenie. Czy zużycie jest rozłożone w ciągu dnia, czy skumulowane rano i wieczorem? To wpływa na sposób pracy systemu grzania i pojemność buforu. Duży pobór rano oznacza, że system musi szybko uzupełnić dużą ilość ciepłej wody. Pobór wieczorem, gdy panele już nie produkują energii, wymaga, aby w zasobniku była zgromadzona wystarczająca ilość ciepła. Te wzorce konsumpcji są kluczowe dla określenia optymalnej pojemności zbiornika buforowego i, co za tym idzie, wymaganej mocy instalacji PV, ponieważ energia musi być dostępna w odpowiednim czasie. Czasami warto rozważyć przesunięcie niektórych energochłonnych czynności na godziny największej produkcji energii, o ile jest to możliwe.

Ostateczne dzienne zapotrzebowanie energetyczne na CWU to suma energii potrzebnej do podgrzania zużywanej wody oraz energii traconej przez zasobnik. Tę wartość w kWh należy następnie wykorzystać do wymiarowania systemu fotowoltaicznego. To właśnie ta liczba staje się naszym docelowym "celem" w kontekście produkcji energii z paneli PV. Pamiętajmy, że dokładność w tym etapie przekłada się bezpośrednio na satysfakcję z działania całej instalacji i realne oszczędności w przyszłości. Lekceważenie etapu analizy potrzeb jest jak wylewanie pieniędzy do kanału ściekowego – lepiej poświęcić czas na rzetelne obliczenia. To zapotrzebowanie energetyczne jest fundamentem dalszych kroków związanych z doborem odpowiedniej mocy paneli fotowoltaicznych.

Narzędzia do kalkulacji dostępne online mogą być pomocne na wstępnym etapie, ale często opierają się na uśrednionych danych, które mogą nie odzwierciedlać specyfiki konkretnego gospodarstwa domowego. Ekspert jest w stanie zinterpretować specyficzne warunki zużycia i zaproponować bardziej spersonalizowane obliczenia. Warto zainwestować czas lub zlecić audyt energetyczny, który uwzględni wszystkie niuanse – od liczby domowników, przez ich wiek i nawyki, po charakterystykę budynku i dotychczasowe zużycie ciepłej wody. Dokładne obliczenie zapotrzebowania to pierwszy i najważniejszy krok do zapewnienia, że Twoja inwestycja w system oparty na fotowoltaice będzie działać zgodnie z oczekiwaniami i przynosić wymierne korzyści. Bez solidnych fundamentów cała budowla jest chwiejna.

Podsumowując tę część: określenie dziennego lub rocznego zapotrzebowania na ciepłą wodę użytkową to nie tylko "ile litrów", ale przede wszystkim "ile energii (kWh) potrzeba, aby tę wodę podgrzać i utrzymać jej temperaturę", biorąc pod uwagę straty i różnicę temperatur. Ta wartość stanowi bazę do dalszych kalkulacji, bez niej wymiarowanie instalacji PV do CWU jest niemożliwe.

Panele fotowoltaiczne i systemy grzania wody: Porównanie opcji

Skoro już wiemy, ile energii potrzebujemy do komfortowego korzystania z ciepłej wody, czas zastanowić się, w jaki sposób panele fotowoltaiczne mogą nam tę energię dostarczyć. Nie jest to system zero-jedynkowy; rynek oferuje kilka ścieżek wykorzystania darmowej energii ze słońca do grzania wody, a każda ma swoje wady i zalety. Wybór optymalnej metody zależy od wielu czynników – od budżetu, przez istniejącą infrastrukturę, po indywidualne preferencje. Porównanie opcji pozwala zrozumieć, która najlepiej wpisze się w Twoje potrzeby i cel, jakim jest efektywne grzanie CWU z fotowoltaiki.

Najpopularniejszym i często najprostszym rozwiązaniem jest wykorzystanie energii elektrycznej wyprodukowanej przez panele PV do zasilania elektrycznej grzałki umieszczonej w standardowym zasobniku ciepłej wody użytkowej. Panele produkują prąd stały (DC), który jest następnie zamieniany przez falownik na prąd zmienny (AC) używany przez domową instalację elektryczną i podłączoną grzałkę. Prostota tego rozwiązania jest kusząca – często wymaga jedynie dołożenia paneli i odpowiedniego sterownika optymalizującego zużycie na cele grzewcze. To system stosunkowo tani w instalacji, zwłaszcza jeśli dysponujemy już odpowiednim zbiornikiem.

Z drugiej strony, musimy pamiętać, że grzałka elektryczna jest urządzeniem o sprawności bliskiej 100%, co jest teoretycznie dobre, ale cała energia zużywana jest w postaci ciepła. W przeciwieństwie do pomp ciepła, które mogą dostarczyć kilka jednostek ciepła na jedną jednostkę pobranego prądu (współczynnik COP), grzałka oddaje dokładnie tyle ciepła, ile prądu pobrała. To oznacza, że do podgrzania tej samej ilości wody potrzeba znacznie więcej energii elektrycznej (w przeliczeniu na kWh z paneli) niż w przypadku pomp ciepła. Choć instalacja jest prostsza, wymagana moc paneli PV do grzania wody za pomocą grzałki będzie odpowiednio wyższa, aby pokryć całość lub znaczną część zapotrzebowania energetycznego, zwłaszcza w okresach mniejszego nasłonecznienia.

Alternatywą jest zastosowanie pompy ciepła typu powietrze-woda dedykowanej do CWU lub rewersyjnej pompy ciepła do ogrzewania i CWU, zasilanej energią z paneli PV. Pompy ciepła charakteryzują się wysoką sprawnością (COP zazwyczaj 3-5, co oznacza, że z 1 kWh prądu produkują 3-5 kWh ciepła), czerpiąc większość energii z otoczenia (powietrza). Zasilenie pompy ciepła energią z fotowoltaiki to bardzo efektywny sposób wykorzystania produkcji PV, ponieważ nawet niewielka ilość energii elektrycznej z paneli pozwala wyprodukować znaczną ilość ciepła. System ten wymaga mniejszej mocy paneli do CWU w porównaniu do grzałki, aby pokryć to samo zapotrzebowanie energetyczne. "Zużyjmy prąd mądrze" – zdaje się mówić pompa ciepła.

Pompy ciepła są jednak droższe w zakupie i instalacji niż proste grzałki, wymagają odpowiedniego miejsca na montaż (jednostka zewnętrzna, jeśli to pompa powietrze-woda) i często większego bufora. Są bardziej skomplikowane technologicznie, co może oznaczać potencjalnie wyższe koszty serwisu. Mimo to, ich wysoka efektywność energetyczna może przełożyć się na szybszy zwrot z inwestycji, zwłaszcza w dłuższej perspektywie, redukując zapotrzebowanie na energię z sieci w miesiącach o niższej produkcji PV. Warto dokładnie policzyć potencjalne oszczędności versus koszty instalacji.

Istnieją również dedykowane systemy PV/CWU, które pracują w technologii AC/DC. Wykorzystują one energię bezpośrednio z paneli fotowoltaicznych w formie prądu stałego do zasilania specjalnej grzałki DC w zasobniku CWU, bez konieczności przechodzenia przez falownik sieciowy. Taka konwersja prądu DC na DC (jeśli grzałka wymaga innego napięcia) jest zazwyczaj bardziej sprawna niż konwersja DC na AC i potem AC na ciepło. Systemy te są często projektowane jako "solarny komplet do CWU" i mogą być prostsze w instalacji niż rozbudowane systemy z pompą ciepła. Mają sens, jeśli celem jest głównie lub wyłącznie grzanie wody użytkowej, a nie zasilanie całego domu.

Zalety systemów DC do CWU to przede wszystkim wyższa sprawność przetwarzania energii słonecznej na ciepło (brak strat na falowniku sieciowym) i prostsza konstrukcja. Działają nawet przy częściowym nasłonecznieniu, ponieważ nie potrzebują osiągnąć minimalnego napięcia pracy typowego dla falowników sieciowych. W przypadku przerw w dostawie prądu z sieci, system DC nadal może grzać wodę, jeśli tylko świeci słońce, co jest miłym bonusem dla poczucia bezpieczeństwa energetycznego. Wada? Zazwyczaj są one dedykowane tylko do grzania wody, nie zasilają innych urządzeń w domu, a ich moc jest ściśle powiązana z ilością bezpośrednio podłączonych paneli.

Porównując te opcje z tradycyjnymi metodami grzania wody (grzałka elektryczna z sieci, kocioł gazowy, kocioł na paliwo stałe), systemy PV do CWU, niezależnie od wybranej technologii (grzałka AC, pompa ciepła, grzałka DC), oferują potencjał znacznego obniżenia rachunków za energię. W końcu słońce "za pręt nie bierze", jak mawiała moja babcia. Energia wyprodukowana i skonsumowana na własne potrzeby (autokonsumpcja) jest najbardziej wartościowa, ponieważ pozwala uniknąć opłat za pobranie energii z sieci i kosztów dystrybucyjnych. To właśnie wysoki poziom autokonsumpcji jest kluczowym argumentem za inwestycją w systemy PV do CWU, a wybór metody (grzałka vs. pompa ciepła vs. system DC) wpływa na to, jak efektywnie wykorzystamy wyprodukowaną energię.

Każda z opcji – grzałka zasilana PV (AC lub DC), pompa ciepła zasilana PV – ma swoje specyficzne wymagania dotyczące jakiej mocy paneli fotowoltaicznych będzie potrzebować, aby działać efektywnie. Grzałka AC wymaga stosunkowo dużej mocy, aby szybko podgrzać wodę i zmaksymalizować autokonsumpcję w godzinach produkcji. Pompa ciepła potrzebuje mniej mocy elektrycznej, ale za to pracuje przez dłuższy czas. System DC wymaga paneli o mocy dopasowanej do grzałki i specyfiki sterownika. Ostateczny wybór zależy od szczegółowej analizy zapotrzebowania, budżetu, dostępnego miejsca i długoterminowych celów oszczędnościowych. Ważne, by podjąć świadomą decyzję po zapoznaniu się z charakterystyką każdej z technologii. Nic nie zastąpi dobrej analizy.

Dobór mocy instalacji PV do CWU: Wpływ orientacji, kąta i zacienienia

Wybranie odpowiedniej technologii grzania wody z PV to jedno, ale równie krytyczne jest prawidłowe zaprojektowanie samej instalacji fotowoltaicznej. Produkcja energii z paneli PV jest kapryśna, silnie zależna od tego, jak i gdzie te panele zostaną zainstalowane. Mówiąc wprost, to nie jest tak, że wystarczy kupić x paneli o sumarycznej mocy y i problem się rozwiąże. Diabeł tkwi w szczegółach montażowych, a konkretnie w orientacji dachu, kącie nachylenia paneli i, co najgorsze, w potencjalnych zacienieniach. Te trzy czynniki potrafią znacząco obniżyć rzeczywistą produkcję energii w porównaniu do wartości teoretycznych, a tym samym wpłynąć na jaka moc paneli PV do CWU jest w rzeczywistości potrzebna do pokrycia zapotrzebowania.

Idealna sytuacja, jeśli chodzi o produkcję energii przez panele fotowoltaiczne w Polsce (i na całej półkuli północnej), to panele skierowane prosto na południe, z kątem nachylenia odpowiadającym szerokości geograficznej danej lokalizacji – w Polsce jest to zazwyczaj między 30° a 40° od poziomu, często zbliżony do kąta nachylenia dachu. Panele ustawione w ten sposób produkują najwięcej energii w skali roku. Odchylenia od tego ideału – na wschód, zachód, czy na północ – oraz zmiany kąta nachylenia, powodują spadek rocznej produkcji. Odchylenie na wschód czy zachód o 30-45 stopni od południa może oznaczać spadek produkcji rocznej o 10-15%, a w skrajnych przypadkach, np. na dachach skierowanych na północ, produkcja spada drastycznie i takie instalacje są rzadko opłacalne, chyba że mamy do czynienia z bardzo wysokimi taryfami za energię lub specyficznymi warunkami zużycia.

Skierowanie paneli na wschód lub zachód nie jest jednak bezwzględnie złe, zwłaszcza w kontekście grzania CWU. Orientacja wschodnia maksymalizuje produkcję w godzinach porannych, a zachodnia po południu. Jeśli główne zapotrzebowanie na ciepłą wodę przypada odpowiednio rano (np. przygotowanie do pracy/szkoły) lub po południu/wieczorem (powroty do domu, gotowanie), orientacja wschód/zachód może być korzystna dla autokonsumpcji, mimo niższej produkcji rocznej. Oczywiście, aby pokryć to samo dzienne zapotrzebowanie, będziemy potrzebować nieco większej sumarycznej mocy paneli niż w przypadku idealnej orientacji południowej. To jest często kwestia strategicznego projektowania – dostosowania kierunku paneli do rzeczywistego profilu zużycia energii, nie tylko maksymalizacji sumy rocznej produkcji. Myślmy o tym, jak o zaplanowaniu rozkładu jazdy, a nie tylko osiągnięciu prędkości maksymalnej.

Kąt nachylenia paneli ma znaczenie, wpływając na produkcję w różnych porach roku. Nachylenie bliższe 30-40 stopni optymalizuje produkcję roczną. Jednak mniejszy kąt (np. płaski dach, 0-10 stopni) skutkuje mniejszą produkcją roczną i słabszym samooczyszczaniem paneli (kurz, pyłki, śnieg). Kąt bardziej stromy (np. 60 stopni) będzie generował więcej energii zimą (gdy słońce jest niżej), kosztem produkcji letniej (gdy słońce jest wyżej). Ponieważ zapotrzebowanie na energię do grzania CWU może być wyższe zimą (niższa temperatura wody wejściowej), celowe zwiększenie kąta nachylenia może być rozważane w systemach priorytetowo nastawionych na całoroczne grzanie wody, chociaż zazwyczaj stosuje się kąt dachu, o ile jest on rozsądny (25-45 stopni). Jest to kwestia bilansowania zysków między sezonami – "coś za coś".

Zacienienie to chyba największy wróg instalacji fotowoltaicznej. Nawet częściowe zacienienie jednego panelu przez komin, drzewo, sąsiedni budynek czy antenę może drastycznie obniżyć produkcję energii z całej połączonej serii paneli. Nowoczesne panele z optymalizatorami mocy lub mikroinwerterami minimalizują ten problem, pozwalając każdemu panelowi pracować niezależnie i maksymalnie efektywnie, nawet jeśli sąsiadujące panele są zacienione. Jednak obecność zacienień zawsze oznacza niższą łączną produkcję w porównaniu do niezacienionej instalacji o tej samej mocy nominalnej. Ignorowanie potencjalnych zacienień podczas projektowania instalacji to jak zakrywanie oczu na problem – nie zniknie od tego, że go nie widzisz. Wpływ zacienienia musi być starannie przeanalizowany przy określaniu potrzebnej mocy instalacji fotowoltaicznej do CWU, a w niektórych przypadkach, gdy zacienienie jest znaczne, może wręcz uniemożliwić ekonomicznie opłacalne zasilanie całego zapotrzebowania na CWU jedynie z PV.

Profesjonalny projekt instalacji PV uwzględnia wszystkie te czynniki – orientację, kąt, zacienienia – wykorzystując specjalistyczne oprogramowanie do symulacji produkcji energii. Program taki bierze pod uwagę geograficzną lokalizację budynku, dane klimatyczne (nasłonecznienie, temperaturę), szczegółowy plan dachu (z przeszkodami rzucającymi cień) i charakterystykę wybranych paneli oraz osprzętu (falownik, optymalizatory). Wynikiem jest precyzyjny szacunek rocznej i miesięcznej produkcji energii, co pozwala zweryfikować, czy planowana moc paneli do grzania wody będzie wystarczająca do pokrycia wcześniej obliczonego zapotrzebowania energetycznego na CWU. W niektórych przypadkach symulacja może wykazać, że aby zniwelować straty spowodowane nieidealną orientacją czy zacienieniem, konieczne jest zwiększenie liczby paneli, a tym samym mocy nominalnej instalacji, aby osiągnąć pożądany poziom produkcji energii. Lepiej mieć symulację na papierze, niż przekonać się o tym gorzko po fakcie.

Podsumowując, orientacja i kąt nachylenia dachu to fundamenty, na których opiera się produkcja energii, a zacienienie jest miną pułapką, którą trzeba umiejętnie ominąć. Wszystkie te czynniki bezpośrednio wpływają na to, ile faktycznie energii elektrycznej zyskamy ze słońca. Aby system PV do CWU działał efektywnie i dostarczał wystarczającą ilość energii, kluczowe jest nie tylko samo zapotrzebowanie na ciepłą wodę, ale także optymalne warunki instalacyjne i ich rzetelna analiza na etapie projektowania. Zrozumienie tych zależności pozwala uniknąć rozczarowań i zapewnia, że zainwestowana w panele fotowoltaiczne moc przełoży się na realne korzyści w postaci taniej ciepłej wody.

Przykładowe obliczenia: Jaka moc PV do CWU dla domu X osób?

Teoria teorią, ale co w praktyce? Sprawdźmy, jak obliczyć jaka moc paneli PV do CWU będzie potrzebna dla konkretnych scenariuszy. Załóżmy, że mamy do czynienia z typowym budynkiem jednorodzinnym w centralnej Polsce, dach skierowany na południe pod kątem 35 stopni – czyli warunki niemal idealne dla uzysków energetycznych. Pominijmy na chwilę problem zacienień, zakładając, że go nie ma, aby skupić się na głównych obliczeniach. Weźmy pod lupę dwa przykładowe gospodarstwa domowe o różnej liczbie mieszkańców i zapotrzebowaniu na CWU.

Scenariusz 1: Dom zamieszkały przez 3 osoby. Przyjmujemy średnie zużycie 45 litrów CWU na osobę dziennie o temperaturze 45°C. Woda zimna ma średnio w ciągu roku 12°C, więc wzrost temperatury to 45°C - 12°C = 33°C. Całkowite dzienne zużycie CWU: 3 osoby * 45 L/osobę = 135 L. Energia potrzebna na podgrzanie: 135 L * 0.0465 kWh/L/°C * 33°C ≈ 2075 Wh ≈ 2.08 kWh. Doliczmy straty cieplne zbiornika CWU – dla standardowego zbiornika 150-200 litrów straty dobowe mogą wynosić około 1-2 kWh. Przyjmijmy ostrożnie 1.5 kWh straty na dobę. Całkowite dzienne zapotrzebowanie energetyczne: 2.08 kWh (podgrzewanie) + 1.5 kWh (straty) = 3.58 kWh. To jest energia, którą system PV musi dostarczyć każdego dnia, aby w 100% pokryć zapotrzebowanie na CWU. Teraz przeliczmy to na moc paneli, uwzględniając uśrednione dzienne uzyski z 1 kWp mocy zainstalowanej w Polsce w idealnych warunkach. Zakładając uśredniony dzienny uzysk około 3 kWh z 1 kWp w warunkach optymalnych (idealna orientacja, brak zacienień, średnia pogoda, w ujęciu rocznym, ale kalkulujemy dla dnia, więc lepiej oprzeć się na uzyskach miesięcznych z symulacji), potrzebna moc paneli do grzania CWU dla 3 osób wyniesie: 3.58 kWh / 3 kWh/kWp ≈ 1.19 kWp.

Zakładając, że używamy paneli o mocy 400 Wp każdy, potrzebna liczba paneli to 1190 Wp / 400 Wp/panel = ~2.97 paneli. Oczywiście kupujemy pełne panele, więc 3 panele dadzą nam 1200 Wp. Taka moc w warunkach centralnej Polski i optymalnej instalacji powinna z nadwyżką pokryć średnie dzienne zapotrzebowanie na CWU dla 3 osób, szczególnie latem. Zimą, gdy dni są krótsze, a słońca mniej (uzysk z 1 kWp może spaść poniżej 1 kWh/dzień), 3 panele o mocy 1.2 kWp nie wystarczą. System będzie musiał być wspomagany przez sieć lub inne źródło ciepła. Całkowite uniezależnienie zimą wymagałoby znaczącego przewymiarowania instalacji PV (nawet kilkukrotnego) lub ogromnego magazynu energii, co zazwyczaj jest nieopłacalne. Celem jest zazwyczaj maksymalne pokrycie potrzeb w cieplejszych miesiącach i znaczące wsparcie zimą.

Scenariusz 2: Dom zamieszkały przez 5 osób. Przyjmujemy nieco wyższe średnie zużycie ze względu na większą dynamikę – 50 litrów CWU na osobę dziennie o temperaturze 45°C. Woda zimna, jak poprzednio, 12°C, wzrost o 33°C. Całkowite dzienne zużycie CWU: 5 osób * 50 L/osobę = 250 L. Energia potrzebna na podgrzanie: 250 L * 0.0465 kWh/L/°C * 33°C ≈ 3836 Wh ≈ 3.84 kWh. Straty cieplne zbiornika – dla większego zbiornika, np. 300 litrów, straty mogą wynosić około 2-3 kWh na dobę. Przyjmijmy 2.5 kWh straty. Całkowite dzienne zapotrzebowanie energetyczne: 3.84 kWh (podgrzewanie) + 2.5 kWh (straty) = 6.34 kWh. Przyjmując ponownie uśredniony dzienny uzysk około 3 kWh z 1 kWp w idealnych warunkach, potrzebna moc paneli PV do ogrzewania wody dla 5 osób wyniesie: 6.34 kWh / 3 kWh/kWp ≈ 2.11 kWp.

Używając paneli o mocy 400 Wp, potrzebna liczba paneli to 2110 Wp / 400 Wp/panel = ~5.27 paneli. W praktyce zainstalowalibyśmy 6 paneli, co da sumaryczną moc 2400 Wp (2.4 kWp). Taka instalacja, w optymalnych warunkach, powinna być w stanie pokryć większość lub całość zapotrzebowania na CWU w okresie letnim i wiosenno-jesiennym dla 5 osób. Zimą, podobnie jak w pierwszym scenariuszu, system będzie potrzebował wsparcia, ale dzięki większej mocy podstawowej, wkład z PV w ogólny bilans energetyczny CWU będzie wciąż znaczący nawet w chłodniejszych miesiącach. Kluczem jest, by moc paneli była wystarczająca nie tylko do podgrzania wody, ale i do efektywnego magazynowania ciepła w zasobniku, gdy produkcja PV jest najwyższa.

Warto zaznaczyć, że przedstawione obliczenia są uproszczone i służą jedynie zilustrowaniu skali potrzeb i zależności. Rzeczywisty projekt zawsze powinien opierać się na szczegółowej analizie specyfiki budynku, warunków lokalnych (szczególnie zacienień i lokalnych danych klimatycznych dotyczących nasłonecznienia), oraz preferowanej technologii grzania (grzałka AC, DC, pompa ciepła, której efektywność – COP – zmienia się z temperaturą zewnętrzną). Profesjonalny instalator wykorzysta oprogramowanie do precyzyjnych symulacji, które uwzględnią zmienność nasłonecznienia w ciągu dnia i roku, a także straty w systemie, aby określić najbardziej odpowiednią moc systemu fotowoltaicznego do CWU.

Dodatkowe panele ponad absolutne minimum zwiększają autokonsumpcję i uniezależnienie, ale wiążą się z wyższymi kosztami instalacji i mogą produkować nadwyżki energii, których nie da się w pełni skonsumować w CWU, co może, ale nie musi, być optymalne w zależności od systemu rozliczeń z siecią energetyczną. Cel jest prosty: dobrać taką moc, która najlepiej zbilansuje koszty inwestycji z realnymi oszczędnościami i komfortem użytkowania przez cały rok. To jak dobieranie samochodu – niby każdy pojedzie, ale tylko dobrze dobrany spełni wszystkie oczekiwania bez zbędnego przepłacania. Właściwy dobór mocy paneli do grzania wody to inwestycja w przyszłość.

Pamiętajmy też, że przedstawione przykłady dotyczą wykorzystania paneli PV głównie do grzania CWU. Jeśli planowana jest większa instalacja PV mająca zasilać również inne urządzenia elektryczne w domu (co jest standardem), panele przeznaczone "na CWU" będą jedynie częścią większej układanki, a ich praca będzie zintegrowana z całą produkcją i konsumpcją domu. W takim przypadku, moc paneli PV do CWU nie jest liczona w oderwaniu, a staje się elementem strategii maksymalizacji autokonsumpcji w ramach całej instalacji prosumenckiej. Ale nawet w takiej sytuacji, dokładne poznanie zapotrzebowania na ciepłą wodę jest niezbędne, aby prawidłowo oszacować, jaka część energii produkowanej przez całą instalację PV zostanie faktycznie przeznaczona na ten cel.