Nový výskum nemeckého Fraunhoferovho inštitútu pre solárne energetické systémy (Fraunhofer ISE) ukázal, že kombinácia strešných fotovoltaických systémov s batériovým úložiskom a tepelnými čerpadlami môže zlepšiť účinnosť tepelného čerpadla a zároveň znížiť závislosť od elektrickej energie zo siete.
Výskumníci z Fraunhofer ISE študovali, ako by sa dali rezidenčné strešné fotovoltaické systémy kombinovať s tepelnými čerpadlami a akumulátormi.
Hodnotili výkon systému fotovoltaického tepelného čerpadla a batérie založeného na riadení pripravenom na inteligentnú sieť (SG) v rodinnom dome postavenom v roku 1960 v nemeckom Freiburgu.
„Zistilo sa, že inteligentné ovládanie zvýšilo prevádzku tepelného čerpadla zvýšením nastavených teplôt,“ povedal pre magazín pv výskumník Shubham Baraskar. „Ovládanie SG-Ready zvýšilo prívodnú teplotu o 4,1 Kelvina na prípravu teplej vody, čo následne znížilo sezónny faktor výkonu (SPF) o 5,7 % z 3,5 na 3,3. Okrem toho v režime vykurovania priestoru inteligentné ovládanie znížilo SPF o 4 % z 5,0 na 4,8.
SPF je hodnota podobná koeficientu výkonu (COP), s tým rozdielom, že sa počíta za dlhšie obdobie s meniacimi sa okrajovými podmienkami.
Baraskar a jeho kolegovia vysvetlili svoje zistenia v „Analýza výkonu a prevádzky systému fotovoltaického tepelného čerpadla na základe údajov z terénnych meraní“, ktorý bol nedávno uverejnený vPokroky v solárnej energii.Uviedli, že hlavnou výhodou systémov PV-tepelných čerpadiel je ich znížená spotreba siete a nižšie náklady na elektrinu.
Systém tepelného čerpadla je 13,9 kW tepelné čerpadlo zem-voda navrhnuté s akumulačným zásobníkom na vykurovanie. Spolieha sa tiež na zásobník a stanicu sladkej vody na výrobu teplej úžitkovej vody (TÚV). Obidve zásobníky sú vybavené elektrickými prídavnými ohrievačmi.
FV systém je orientovaný na juh a má uhol sklonu 30 stupňov. Má výkon 12,3 kW a modulovú plochu 60 metrov štvorcových. Batéria je napájaná jednosmerným prúdom a má kapacitu 11,7 kWh. Vybraný dom má vykurovanú obytnú plochu 256 m2 a ročnú potrebu vykurovania 84,3 kWh/m²a.
„Jednosmerný prúd z fotovoltaických a batériových jednotiek sa premieňa na striedavý cez invertor, ktorý má maximálny výkon striedavého prúdu 12 kW a európsku účinnosť 95 %,“ vysvetlili výskumníci a poznamenali, že riadenie SG-ready je schopné spolupracovať s elektrickej siete a zodpovedajúcim spôsobom prispôsobte prevádzku systému. „Počas obdobia vysokého zaťaženia siete môže prevádzkovateľ siete vypnúť prevádzku tepelného čerpadla, aby znížil namáhanie siete, alebo môže v opačnom prípade podstúpiť nútené zapnutie.“
V rámci navrhovanej konfigurácie systému sa musí PV napájanie najprv použiť na domáce zaťaženie, pričom prebytok sa privedie do batérie. Prebytočnú energiu je možné exportovať do siete len vtedy, ak domácnosť nepotrebuje elektrinu a batéria je úplne nabitá. Ak FV systém ani batéria nie sú schopné pokryť spotrebu energie domu, je možné použiť elektrickú sieť.
„Režim SG-Ready sa aktivuje, keď je batéria úplne nabitá alebo sa nabíja na maximálny výkon a stále je k dispozícii prebytok fotovoltiky,“ uviedli akademici. "Naopak, spúšťacia podmienka je splnená, keď okamžitý FV výkon zostane nižší ako celková potreba budovy aspoň 10 minút."
Ich analýza zvažovala úrovne vlastnej spotreby, solárny podiel, účinnosť tepelného čerpadla a vplyv FV systému a batérie na účinnosť výkonu tepelného čerpadla. Použili 1-minútové dáta s vysokým rozlíšením od januára do decembra 2022 a zistili, že regulácia SG-Ready zvýšila prívodné teploty tepelného čerpadla o 4,1 K pre TÚV. Zistili tiež, že systém dosiahol v priebehu roka celkovú vlastnú spotrebu 42,9 %, čo sa premieta do finančných výhod pre majiteľov domov.
„Potreba elektrickej energie pre [tepelné čerpadlo] bola pokrytá z 36 % systémom FV/batéria, cez 51 % v režime teplej úžitkovej vody a 28 % v režime vykurovania priestorov,“ vysvetlil výskumný tím a dodal, že vyššie teploty drezu znížili účinnosť tepelného čerpadla o 5,7 % v režime TÚV a o 4,0 % v režime vykurovania.
„Pri vykurovaní priestorov sa zistil aj negatívny vplyv inteligentného riadenia,“ povedal Baraskar. „Vďaka riadeniu SG-Ready fungovalo tepelné čerpadlo pri vykurovaní miestností nad nastavenými teplotami vykurovania. Bolo to preto, že regulácia pravdepodobne zvýšila nastavenú teplotu zásobníka a prevádzkovala tepelné čerpadlo, aj keď teplo nebolo potrebné na vykurovanie. Treba tiež vziať do úvahy, že príliš vysoké skladovacie teploty môžu viesť k vyšším stratám akumulačného tepla.“
Vedci uviedli, že v budúcnosti budú skúmať ďalšie kombinácie PV/tepelných čerpadiel s rôznymi systémami a koncepciami riadenia.
„Treba poznamenať, že tieto zistenia sú špecifické pre jednotlivé hodnotené systémy a môžu sa značne líšiť v závislosti od špecifikácií budovy a energetického systému,“ uzavreli.
Čas odoslania: 13. novembra 2023