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-készítésnél, ami aztán 5,7%-kal csökkentette a szezonális teljesítménytényezőt (SPF) 3,5-ről 3,3-ra. Ezenkívül a helyiségfűtési üzemmódban az intelligens vezérlés 4%-kal, 5,0-ról 4,8-ra csökkentette az SPF-t."
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 napelemes rendszer déli fekvésű és 30 fokos dőlésszöggel rendelkezik. Teljesítménye 12,3 kW, modulfelülete pedig 60 négyzetméter. Az akkumulátor egyenáramú csatolású és 11,7 kWh kapacitású. A kiválasztott ház fűtött lakóterülete 256 m2, éves fűtési igénye pedig 84,3 kWh/m²év.
„A PV és akkumulátoregységek egyenáramát egy inverter váltja fel váltakozó árammá, amelynek maximális váltóáramú teljesítménye 12 kW, európai hatásfoka pedig 95 százalék” – magyarázták a kutatók, megjegyezve, hogy az SG-ready vezérlő képes együttműködni az elektromos hálózattal és ennek megfelelően beállítani 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 fedezték a PV/akkumulátoros rendszerrel, 51%-kal használati melegvíz üzemmódban és 28%-kal térfűtés üzemmódban" - magyarázta a kutatócsoport, hozzátéve, hogy a magasabb nyelőhőmérséklet 5,7%-kal csökkentette a hőszivattyú hatásfokát HMV üzemmódban és 4,0%-kal térfűtés üzemmódban.
"A térfűtésnél az intelligens vezérlés negatív hatását is megállapították" - mondta Baraskar. "Az SG-Ready szabályozásnak köszönhetően a hőszivattyú a fűtési alaphőmérséklet feletti térfűtésben működött. Ennek oka az volt, hogy a vezérlés valószínűleg növelte a tároló beállított hőmérsékletét, és akkor is működtette a hőszivattyút, ha a hőre nem volt szükség a térfűtéshez. Figyelembe kell venni azt is, hogy a túl magas tárolási hőmérséklet nagyobb tároló hőveszteséget okozhat."
A tudósok azt mondták, 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 változhatnak” – összegezték.
Feladás időpontja: 2023. november 13