Nova raziskava nemškega Fraunhoferjevega inštituta za sisteme sončne energije (Fraunhofer ISE) je pokazala, da lahko kombinacija strešnih fotonapetostnih sistemov z baterijskimi hranilniki in toplotnimi črpalkami izboljša učinkovitost toplotne črpalke, hkrati pa zmanjša odvisnost od električne energije iz omrežja.
Raziskovalci Fraunhofer ISE so proučevali, kako bi lahko kombinirali stanovanjske fotovoltaične sisteme na strehah s toplotnimi črpalkami in baterijskim shranjevanjem.
Ocenili so delovanje PV-toplotne črpalke-baterijskega sistema, ki temelji na nadzoru, pripravljenem za pametno omrežje (SG), v enodružinski hiši, zgrajeni leta 1960 v Freiburgu v Nemčiji.
»Ugotovljeno je bilo, da je pametni nadzor povečal delovanje toplotne črpalke s povišanjem nastavljenih temperatur,« je za revijo pv povedal raziskovalec Shubham Baraskar. "Regulacija SG-Ready je povečala dovodno temperaturo za 4,1 Kelvina za pripravo tople vode, kar je nato znižalo faktor sezonske učinkovitosti (SPF) za 5,7 % s 3,5 na 3,3. Poleg tega je za način ogrevanja prostora pametni nadzor znižal SPF za 4 % s 5,0 na 4,8."
SPF je vrednost, podobna koeficientu učinkovitosti (COP), s to razliko, da se izračuna za daljše obdobje z različnimi robnimi pogoji.
Baraskar in njegovi kolegi so pojasnili svoje ugotovitve v "Analiza zmogljivosti in delovanja fotovoltaično-baterijskega sistema toplotne črpalke na osnovi terenskih meritev,« ki je bil nedavno objavljen vNapredek sončne energije.Povedali so, da je glavna prednost sistemov PV-toplotnih črpalk njihova zmanjšana poraba v omrežju in nižji stroški električne energije.
Sistem toplotne črpalke je geotermalna toplotna črpalka z močjo 13,9 kW, zasnovana z vmesnim zalogovnikom za ogrevanje prostorov. Za proizvodnjo tople sanitarne vode se zanaša tudi na zalogovnik in postajo za sladko vodo. Obe enoti zalogovnika sta opremljeni z električnimi pomožnimi grelniki.
PV sistem je južno orientiran in ima kot naklona 30 stopinj. Ima izhodno moč 12,3 kW in površino modula 60 kvadratnih metrov. Baterija je vezana na DC in ima kapaciteto 11,7 kWh. Izbrana hiša ima ogrevano bivalno površino 256 m2 in letno porabo ogrevanja 84,3 kWh/m²a.
"Enosmerni tok iz fotonapetostnih in baterijskih enot se pretvori v izmenični tok prek pretvornika, ki ima največjo moč izmeničnega toka 12 kW in 95-odstotno evropsko učinkovitost," so pojasnili raziskovalci in opozorili, da lahko nadzor, pripravljen za SG, sodeluje z električnim omrežjem in ustrezno prilagodi delovanje sistema. "V obdobjih velike obremenitve omrežja lahko upravljavec omrežja izklopi delovanje toplotne črpalke, da zmanjša obremenitev omrežja, ali pa jo v nasprotnem primeru prisilno vklopi."
V skladu s predlagano konfiguracijo sistema je treba fotonapetostno moč na začetku uporabiti za hišne obremenitve, presežek pa se napaja v baterijo. Presežek električne energije se lahko izvozi v omrežje le, če gospodinjstvo ne potrebuje električne energije in je baterija popolnoma napolnjena. Če fotonapetostni sistem in baterija ne moreta pokriti potreb hiše po energiji, se lahko uporabi električno omrežje.
"Način SG-Ready se aktivira, ko je baterija popolnoma napolnjena ali se polni z največjo močjo in je še vedno na voljo presežek PV," so povedali akademiki. "Nasprotno pa je sprožilni pogoj izpolnjen, ko trenutna PV moč ostane nižja od celotnega povpraševanja stavbe vsaj 10 minut."
Njihova analiza je upoštevala ravni lastne porabe, delež sončne energije, učinkovitost toplotne črpalke ter vpliv PV sistema in baterije na učinkovitost delovanja toplotne črpalke. Uporabili so 1-minutne podatke visoke ločljivosti od januarja do decembra 2022 in ugotovili, da je regulacija SG-Ready zvišala dovodne temperature toplotne črpalke za 4,1 K za sanitarno vodo. Ugotovili so tudi, da je sistem med letom dosegel skupno 42,9-odstotno lastno porabo, kar pomeni finančne koristi za lastnike stanovanj.
"Potreba po električni energiji za [toplotno črpalko] je bila pokrita za 36 % s fotonapetostnim/baterijskim sistemom, do 51 % v načinu tople sanitarne vode in 28 % v načinu ogrevanja prostorov," je pojasnila raziskovalna skupina in dodala, da so višje temperature ponorov zmanjšale učinkovitost toplotne črpalke za 5,7 % v načinu sanitarne vode in za 4,0 % v načinu ogrevanja prostorov.
"Pri ogrevanju prostorov je bil ugotovljen tudi negativen učinek pametnega krmiljenja," je dejal Baraskar. "Zaradi regulacije SG-Ready je toplotna črpalka delovala pri ogrevanju prostora nad temperaturami nastavljene točke ogrevanja. To je bilo zato, ker je regulacija verjetno zvišala nastavljeno temperaturo shranjevanja in delovala toplotna črpalka, čeprav toplota ni bila potrebna za ogrevanje prostora. Upoštevati je treba tudi, da lahko previsoke temperature shranjevanja povzročijo večje toplotne izgube v shranjevanju."
Znanstveniki so povedali, da bodo v prihodnosti raziskali dodatne kombinacije PV/toplotne črpalke z različnimi sistemi in koncepti krmiljenja.
"Opozoriti je treba, da so te ugotovitve specifične za posamezne ocenjene sisteme in se lahko zelo razlikujejo glede na zgradbo in specifikacije energetskega sistema," so zaključili.
Čas objave: 13. nov. 2023