A német Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (Fraunhofer ISE) új kutatása kimutatta, hogy a tetőtéri napelemes rendszerek akkumulátortárolóval és hőszivattyúkkal való kombinálása javíthatja a hőszivattyú hatékonyságát, miközben csökkenti a hálózati elektromosságtól való függőséget.
A Fraunhofer ISE kutatói azt tanulmányozták, hogyan lehetne kombinálni a lakossági tetőtéri napelemes rendszereket hőszivattyúkkal és akkumulátortárolókkal.
A németországi Freiburgban, 1960-ban épült családi házban értékelték a smart-grid (SG) készenléti vezérlésen alapuló PV-hőszivattyú-akkumulátoros rendszer teljesítményét.
„Azt találták, hogy az intelligens vezérlés növelte a hőszivattyú működését a beállított hőmérséklet növelésével” – mondta Shubham Baraskar kutató a pv magazinnak. „Az SG-Ready vezérlés 4,1 Kelvinnel növelte az előremenő hőmérsékletet a melegvíz-készítéshez, ami aztán 5,7%-kal csökkentette a szezonális teljesítménytényezőt (SPF) 3,5-ről 3,3-ra. Továbbá a térfűtés üzemmódban az intelligens vezérlés 4%-kal csökkentette az SPF-t 5,0-ról 4,8-ra.
Az SPF a teljesítménytényezőhöz (COP) hasonló érték, a különbséggel hosszabb időszakra számítják, változó peremfeltételek mellett.
Baraskar és munkatársai a következőben magyarázták el megállapításaikat:Fotovoltaikus akkumulátoros hőszivattyús rendszer teljesítményének és működésének elemzése terepi mérési adatok alapján”, amely nemrégiben jelent megA napenergia fejlődése.Szerintük a PV-hőszivattyús rendszerek fő előnye a csökkentett hálózati fogyasztás és az alacsonyabb villamosenergia-költség.
A hőszivattyús rendszer egy 13,9 kW teljesítményű talajhőszivattyú, amelyet puffertárolóval terveztek a helyiségek fűtésére. A használati melegvíz (HMV) előállításához tárolótartályra és édesvízállomásra is támaszkodik. Mindkét tárolóegység elektromos kiegészítő fűtéssel van felszerelve.
A PV rendszer déli irányú, és 30 fokos dőlésszöggel rendelkezik. Teljesítménye 12,3 kW, modulterülete pedig 60 négyzetméter. Az akkumulátor egyenáramú, kapacitása 11,7 kWh. A kiválasztott ház fűtött lakóterülete 256 m2, éves fűtési igénye 84,3 kWh/m².
"A PV és az akkumulátoregységek egyenáramát egy inverter váltja fel váltakozó árammá, amelynek maximális AC teljesítménye 12 kW, európai hatásfoka pedig 95%" - magyarázták a kutatók, megjegyezve, hogy az SG-ready vezérlés képes együttműködni az elektromos hálózatra, és ennek megfelelően állítsa be a rendszer működését. "A nagy hálózati terhelés időszakában a hálózat kezelője kikapcsolhatja a hőszivattyú működését, hogy csökkentse a rács igénybevételét, vagy ellenkező esetben kényszerbekapcsoláson is áteshet."
A javasolt rendszerkonfiguráció szerint a napelemes áramot először a ház terhelésére kell használni, a többletet pedig az akkumulátorhoz kell juttatni. A többletteljesítményt csak akkor lehetne a hálózatba exportálni, ha a háztartás nem igényel áramot, és az akkumulátor teljesen fel van töltve. Ha a napelemes rendszer és az akkumulátor sem képes fedezni a ház energiaigényét, akkor az elektromos hálózat használható.
"Az SG-Ready mód akkor aktiválódik, amikor az akkumulátor teljesen fel van töltve, vagy a maximális teljesítményen töltődik, és még mindig van napelem többlet" - mondták az akadémikusok. Ezzel szemben a kioldási feltétel akkor teljesül, ha a pillanatnyi PV teljesítmény legalább 10 percig alacsonyabb marad, mint a teljes épületigény.
Elemzésük során figyelembe vették az önfogyasztás mértékét, a szoláris frakciót, a hőszivattyú hatásfokát, valamint a PV rendszer és az akkumulátor hatását a hőszivattyú teljesítményének hatékonyságára. 2022 januárja és decembere között nagy felbontású, 1 perces adatokat használtak, és azt találták, hogy az SG-Ready vezérlés 4,1 K-vel növelte a hőszivattyú előremenő hőmérsékletét a melegvíz esetében. Azt is megállapították, hogy a rendszer összességében 42,9%-os önfogyasztást ért el az év során, ami a lakástulajdonosok számára anyagi hasznot jelent.
"A [hőszivattyú] villamosenergia-igényét 36%-ban fedezte a PV/akkumulátoros rendszer, 51%-ban használati melegvíz üzemmódban és 28%-ban térfűtés üzemmódban" - magyarázta a kutatócsoport, hozzátéve, hogy a magasabb mosogató hőmérséklet csökkenti. a hőszivattyú hatásfoka 5,7%-kal HMV üzemmódban és 4,0%-kal térfűtés üzemmódban.
"A térfűtésnél az intelligens vezérlés negatív hatását is megállapították" - mondta Baraskar. „Az SG-Ready vezérlésnek köszönhetően a hőszivattyú a fűtési alaphőmérséklet feletti térfűtésben működött. Ennek az az oka, hogy a vezérlés valószínűleg növelte a tároló beállított hőmérsékletét, és működtette a hőszivattyút, bár a hőre nem volt szükség a helyiség fűtéséhez. Azt is figyelembe kell venni, hogy a túl magas tárolási hőmérséklet nagyobb tárolási hőveszteséghez vezethet.”
A tudósok elmondták, hogy a jövőben további PV/hőszivattyú kombinációkat fognak vizsgálni különböző rendszer- és vezérlési koncepciókkal.
„Meg kell jegyezni, hogy ezek a megállapítások az egyes értékelt rendszerekre vonatkoznak, és az épület- és energiarendszer specifikációitól függően nagymértékben eltérhetnek” – összegezték.
Feladás időpontja: 2023. november 13