Novo istraživanje njemačkog Fraunhofer instituta za solarne energetske sisteme (Fraunhofer ISE) pokazalo je da kombinovanje krovnih fotonaponskih sistema sa baterijama za skladištenje i toplotnim pumpama može poboljšati efikasnost toplotnih pumpi uz smanjenje oslanjanja na električnu energiju iz mreže.
Fraunhofer ISE istraživači su proučavali kako se stambeni krovni PV sistemi mogu kombinovati sa toplotnim pumpama i skladištem baterija.
Oni su procijenili performanse PV-toplotne pumpe-baterije sistema baziranog na kontroli spremnoj za pametnu mrežu (SG) u jednoj porodičnoj kući izgrađenoj 1960. godine u Frajburgu, Njemačka.
„Otkriveno je da je pametna kontrola povećala rad toplotne pumpe povećanjem zadanih temperatura“, rekao je istraživač Shubham Baraskar za pv magazin. “SG-Ready kontrola povećala je temperaturu dovoda za 4,1 Kelvina za pripremu tople vode, što je zatim smanjilo faktor sezonskog učinka (SPF) za 5,7% sa 3,5 na 3,3. Nadalje, za način grijanja prostora, pametna kontrola je smanjila SPF za 4% sa 5,0 na 4,8.”
SPF je vrijednost slična koeficijentu učinka (COP), s tom razlikom što se izračunava tokom dužeg perioda sa različitim graničnim uslovima.
Baraskar i njegove kolege objasnili su svoje nalaze u “Analiza performansi i rada sistema toplotne pumpe sa fotonaponskim baterijama na osnovu podataka merenja na terenu”, koji je nedavno objavljen uNapredak solarne energije.Rekli su da se glavna prednost PV sistema toplotnih pumpi sastoji u smanjenoj potrošnji u mreži i nižim troškovima električne energije.
Sistem toplotne pumpe je toplotna pumpa sa zemljom od 13,9 kW dizajnirana sa bafer akumulacijom za grejanje prostora. Takođe se oslanja na rezervoar za skladištenje i stanicu za slatku vodu za proizvodnju tople vode za domaćinstvo (PTV). Obje skladišne jedinice su opremljene električnim pomoćnim grijačima.
PV sistem je južno orijentisan i ima ugao nagiba od 30 stepeni. Ima izlaznu snagu od 12,3 kW i površinu modula od 60 kvadratnih metara. Baterija je DC spojena i ima kapacitet od 11,7 kWh. Odabrana kuća ima grijani stambeni prostor od 256 m2 i godišnju potrošnju grijanja od 84,3 kWh/m²a.
"DC snaga iz PV i baterijskih jedinica pretvara se u AC preko pretvarača koji ima maksimalnu snagu izmjenične struje od 12 kW i evropsku efikasnost od 95%", objasnili su istraživači, napominjući da je SG-ready kontrola u stanju da komunicira sa električnu mrežu i shodno tome prilagoditi rad sistema. “Tokom perioda velikog opterećenja mreže, operater mreže može isključiti rad toplinske pumpe kako bi smanjio opterećenje mreže ili se također može podvrgnuti prisilnom uključivanju u suprotnom slučaju.”
Prema predloženoj konfiguraciji sistema, fotonaponska snaga se u početku mora koristiti za kućno opterećenje, a višak se dovodi u bateriju. Višak energije mogao bi se izvoziti u mrežu samo ako domaćinstvu nije potrebna električna energija i ako je baterija potpuno napunjena. Ako i fotonaponski sistem i baterija nisu u stanju da pokriju potrebe kuće za energijom, može se koristiti električna mreža.
“Režim SG-Ready se aktivira kada je baterija potpuno napunjena ili se puni maksimalnom snagom, a još uvijek je dostupan PV višak”, rekli su akademici. „Nasuprot tome, uslov okidača je ispunjen kada trenutna fotonaponska snaga ostane niža od ukupne potražnje zgrade najmanje 10 minuta.”
Njihova analiza je razmatrala nivoe sopstvene potrošnje, solarnu frakciju, efikasnost toplotne pumpe i uticaj fotonaponskog sistema i baterije na efikasnost toplotne pumpe. Koristili su 1-minutne podatke visoke rezolucije od januara do decembra 2022. i otkrili da je SG-Ready kontrola povećala temperature dovoda toplotne pumpe za 4,1 K za PTV. Takođe su utvrdili da je sistem ostvario ukupnu sopstvenu potrošnju od 42,9% tokom godine, što se prevodi u finansijske koristi za vlasnike kuća.
„Potreba za električnom energijom za [toplotnu pumpu] pokrivena je za 36% sa PV/baterijskim sistemom, kroz 51% u načinu rada tople vode za domaćinstvo i 28% u načinu grijanja prostora“, objasnio je istraživački tim, dodajući da su više temperature sudopera smanjile efikasnost toplotne pumpe za 5,7% u režimu PTV i za 4,0% u režimu grejanja prostora.
"Za grijanje prostora također je utvrđen negativan učinak pametne kontrole", rekao je Baraskar. „Zbog SG-Ready kontrole toplotna pumpa radi u grijanju prostora iznad zadanih temperatura grijanja. To je bilo zato što je kontrola vjerovatno povećala zadanu temperaturu skladištenja i pokrenula toplotnu pumpu iako toplina nije bila potrebna za grijanje prostora. Također treba uzeti u obzir da pretjerano visoke temperature skladištenja mogu dovesti do većih gubitaka topline u skladištenju.”
Naučnici su rekli da će u budućnosti istražiti dodatne kombinacije PV/toplotne pumpe s različitim konceptima sistema i upravljanja.
„Mora se napomenuti da su ovi nalazi specifični za pojedinačne evaluirane sisteme i da mogu značajno varirati u zavisnosti od specifikacija zgrade i energetskog sistema“, zaključili su.
Vrijeme objave: 13.11.2023