Ново истраживање немачког Фраунхофер института за соларне енергетске системе (Фраунхофер ИСЕ) показало је да комбиновање кровних фотонапонских система са батеријама за складиштење и топлотним пумпама може побољшати ефикасност топлотних пумпи уз смањење ослањања на електричну енергију из мреже.
Фраунхофер ИСЕ истраживачи су проучавали како се стамбени кровни ПВ системи могу комбиновати са топлотним пумпама и складиштем батерија.
Они су проценили перформансе ПВ система топлотне пумпе-батерије заснованог на контроли спремној за паметну мрежу (СГ) у једној породичној кући изграђеној 1960. године у Фрајбургу, Немачка.
„Откривено је да је паметна контрола повећала рад топлотне пумпе повећањем подешених температура“, рекао је истраживач Схубхам Бараскар за пв магазин. „Управљање СГ-Реади повећало је температуру довода за 4,1 Келвина за припрему топле воде, што је затим смањило фактор сезонског учинка (СПФ) за 5,7% са 3,5 на 3,3. Штавише, за режим грејања простора, паметна контрола је смањила СПФ за 4% са 5,0 на 4,8.
СПФ је вредност слична коефицијенту учинка (ЦОП), с том разликом што се израчунава током дужег периода са различитим граничним условима.
Бараскар и његове колеге објаснили су своје налазе у „Анализа перформанси и рада система топлотне пумпе са фотонапонским батеријама на основу података мерења на терену“, који је недавно објављен уНапредак соларне енергије.Рекли су да се главна предност ПВ система топлотних пумпи састоји у смањеној потрошњи у мрежи и нижим трошковима електричне енергије.
Систем топлотне пумпе је топлотна пумпа са земљом од 13,9 кВ дизајнирана са бафер складиштем за грејање простора. Такође се ослања на резервоар за складиштење и станицу за слатку воду за производњу топле воде за домаћинство (ПТВ). Обе складишне јединице су опремљене електричним помоћним грејачима.
ПВ систем је јужно оријентисан и има угао нагиба од 30 степени. Има излазну снагу од 12,3 кВ и површину модула од 60 квадратних метара. Батерија је ДЦ спрегнута и има капацитет од 11,7 кВх. Одабрана кућа има гријани стамбени простор од 256 м2 и годишњу потрошњу гријања од 84,3 кВх/м²а.
„ДЦ снага из ПВ и батеријских јединица се претвара у наизменичну преко претварача који има максималну снагу наизменичне струје од 12 кВ и европску ефикасност од 95%“, објаснили су истраживачи, напомињући да је СГ-реади контрола у стању да комуницира са електричну мрежу и сходно томе прилагодити рад система. „Током периода великог оптерећења мреже, оператер мреже може да искључи рад топлотне пумпе да би смањио оптерећење мреже или може да се подвргне принудном укључивању у супротном случају.
Према предложеној конфигурацији система, фотонапонска снага се у почетку мора користити за кућно оптерећење, а вишак се доводи у батерију. Вишак енергије могао би да се извезе у мрежу само ако домаћинству није потребна струја и ако је батерија потпуно напуњена. Ако и фотонапонски систем и батерија нису у стању да покрију потребе куће за енергијом, може се користити електрична мрежа.
„Режим СГ-Реади се активира када је батерија потпуно напуњена или се пуни максималном снагом и још увек је доступан фотонапетостни вишак“, рекли су академици. „Насупрот томе, услов за активирање је испуњен када тренутна фотонапонска снага остане нижа од укупне потражње зграде најмање 10 минута.“
Њихова анализа је разматрала нивое сопствене потрошње, соларну фракцију, ефикасност топлотне пумпе и утицај фотонапонског система и батерије на ефикасност топлотне пумпе. Користили су 1-минутне податке високе резолуције од јануара до децембра 2022. и открили да је СГ-Реади контрола повећала температуре довода топлотне пумпе за 4,1 К за ПТВ. Такође су утврдили да је систем остварио укупну сопствену потрошњу од 42,9% током године, што се претвара у финансијске користи за власнике кућа.
„Потреба за електричном енергијом за [топлотну пумпу] је покривена за 36% са ПВ/батеријским системом, преко 51% у режиму топле воде за домаћинство и 28% у режиму грејања простора“, објаснио је истраживачки тим, додајући да су више температуре судопера смањиле ефикасност топлотне пумпе за 5,7% у режиму ПТВ и за 4,0% у режиму загревања простора.
„За грејање простора такође је пронађен негативан ефекат паметне контроле“, рекао је Бараскар. „Због СГ-Реади контроле топлотна пумпа ради у грејању простора изнад задате температуре грејања. То је због тога што је контрола вероватно повећала подешену температуру за складиштење и управљала топлотном пумпом иако топлота није била потребна за грејање простора. Такође треба узети у обзир да превисоке температуре складиштења могу довести до већих губитака топлоте у складиштењу.
Научници су рекли да ће у будућности истражити додатне комбинације ПВ/топлотне пумпе са различитим системима и концептима управљања.
„Мора се напоменути да су ови налази специфични за појединачне процењене системе и могу значајно да варирају у зависности од спецификација зграде и енергетског система“, закључили су они.
Време поста: 13.11.2023