Ново проучване на германския институт Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (Fraunhofer ISE) показа, че комбинирането на фотоволтаична система на покрива с батерии за съхранение и термопомпа може да подобри ефективността на термопомпата, като същевременно намали зависимостта от електроенергията на мрежата.
Изследователите на Fraunhofer ISE са проучили как жилищните фотоволтаични системи на покрива могат да бъдат комбинирани с термопомпи и съхранение на батерии.
Те оценяват ефективността на фотоволтокошена система за помпени батерии, базирана на готов контрол на интелигентната мрежа (SG) в еднофамилна къща, построена през 1960 г. във Фрайбург, Германия.
“Беше установено, че интелигентният контрол е увеличил работата на термопомпата, като е повишил зададените температури”, заяви изследователят Шубам Бараскар пред списание Pv. Контролът SG-Ready увеличава температурата на подаване с 4.1 Келвин за подготовка на гореща вода, което след това намалява сезонния фактор на производителността (SPF) с 5,7% от 3,5 на 3.3. Освен това, за режим на отопление на помещенията интелигентното управление намалява SPF с 4% от 5,0 на 4,8.
SPF е стойност, подобна на коефициента на полезно действие (COP), като разликата се изчислява за по-дълъг период с различни гранични условия.
Бараскар и колегите му обясниха своите открития в “Анализ на производителността и експлоатацията на термопомпена система за фотоволтаик и батериите, базирана на данните от измерванията на полетата”, която наскоро беше публикувана в Solar Energy Advances. Те заявиха, че основното предимство на фотокап системите за PV-топлина се състои от намаленото потребление на мрежата и по-ниските разходи за електроенергия.
Термопомпата е 13,9 kW наземен източник термопомпа, проектирана с буферно хранилище за отопление на помещения. Той също така разчита на резервоар за съхранение и сладководна станция за производство на битова гореща вода (DHW). И двата склада са оборудвани с електрически спомагателни нагреватели.
Фотоволтаичната система е ориентирана на юг и има ъгъл на наклон от 30 градуса. Той е с мощност 12.3 kW и модулна площ от 60 квадратни метра. Батерията е с постоянно свързване и е с капацитет 11.7 kWh. Избраната къща е с отопляемо жилищно пространство от 256 м2 и годишно търсене на отопление от 84.3 kWh/m2a.
“Електроната мощност на DC от PV и батериите се преобразува в променлив ток чрез инвертор, който има максимална променливо захранване от 12 kW и европейска ефективност от 95 %”, обясняват изследователите, като отбелязват, че готовият за SG контрол е в състояние да взаимодейства с електрическата мрежа и да регулира съответно работата на системата. “По време на периодите на високо натоварване на мрежата операторът на мрежата може да изключи работата на термопомпата, за да намали напрежението в мрежата или също може да претърпи принудително включване в обратния случай.”
Съгласно предложената конфигурация на системата, първоначално трябва да се използва за натоварването на дома, като излишъкът се доставя на батерията. Излишното захранване може да се изнася в мрежата само ако домакинството не се изисква електричество и батерията е напълно заредена. Ако и фотоволтаичната система, и батерията не са в състояние да покрият търсенето на енергия в къщата, електрическата мрежа може да се използва.
“Режимът SG-Ready се активира, когато батерията е напълно заредена или се зарежда с максимална мощност и все още има наличен фотоволтаичен излишък”, казват академиците. “Обратно, състоянието на задействане се удовлетворява, когато моментната фотоволтаична енергия остава по-ниска от общото търсене на сгради за най-малко 10 минути.”
Техният анализ се счита за нива на самоконсумация, слънчева фракция, ефективност на термопомпата и въздействието на фотоволтаичната система и батерията върху ефективността на топлинната помпа. Те използваха 1-минутни данни с висока резолюция от януари до декември 2022 г. и установиха, че контролът SG-Ready увеличава температурите на подаване на термопомпата с 4.1 K за DHW. Те също така установиха, че системата е постигнала цялостна собствена консумация от 42,9% през годината, което се изразява във финансови ползи за собствениците на жилища.
“Търсенето на електроенергия за [топлинната помпа] беше обхванато от 36% със системата PV / батерията, чрез 51% в режим на битова гореща вода и 28% в режим на отопление на помещенията”, обясни изследователският екип, добавяйки, че по-високите температури на мивката намаляват ефективността на термопомпата с 5,7% в режим DHW и с 4,0% в режим на отопление на помещенията.
“За отоплението на помещенията е открит и непримерен ефект от интелигентния контрол”, каза Бараскар. “Поради SG-Ready контролира термопомпата, работеща в отоплението над температурите на отоплителната точка. Това е така, защото контролът вероятно е увеличил температурата на съхранение и е управлявал термопомпата, въпреки че топлината не е била необходима за отопление на пространството. Трябва също така да се има предвид, че прекомерните високи температури на съхранение могат да доведат до по-високи загуби на топлина за съхранение.
Учените заявиха, че ще проучат допълнителни комбинации от фотоволтаични / топлинни помпи с различни концепции за система и контрол в бъдеще.
“Трябва да се отбележи, че тези констатации са специфични за отделните оценени системи и могат да варират значително в зависимост от спецификациите на сградата и енергийната система”, заключават те.