Saksalaisen Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems -instituutin (Fraunhofer ISE) uusi tutkimus on osoittanut, että katolla sijaitsevien aurinkosähköjärjestelmien yhdistäminen akkuvarastoon ja lämpöpumppuihin voi parantaa lämpöpumpun tehokkuutta ja vähentää riippuvuutta verkkosähköstä.
Fraunhofer ISE:n tutkijat ovat tutkineet, kuinka asuinrakennusten kattosähköjärjestelmiä voitaisiin yhdistää lämpöpumppuihin ja akkuvarastoon.
He arvioivat PV-lämpöpumppu-akkujärjestelmän suorituskykyä, joka perustuu smart-grid (SG) -valmiiseen ohjaukseen vuonna 1960 rakennetussa omakotitalossa Freiburgissa, Saksassa.
"Todettiin, että älykäs ohjaus lisäsi lämpöpumpun toimintaa nostamalla asetettuja lämpötiloja", tutkija Shubham Baraskar kertoi pv-lehdelle. ”SG-Ready-säädin nosti menoveden lämpötilaa 4,1 Kelvinillä kuuman veden valmistukseen, mikä sitten laski kausiluonteista suorituskykytekijää (SPF) 5,7 % 3,5:stä 3,3:een. Lisäksi tilanlämmitystilassa älykäs ohjaus alensi SPF:ää 4 % 5,0:sta 4,8:aan.
SPF on arvo, joka on samanlainen kuin suorituskykykerroin (COP), erolla se lasketaan pidemmältä ajanjaksolta vaihtelevilla reunaehdoilla.
Baraskar ja hänen kollegansa selittivät löydöstään "Aurinkosähkö-akkulämpöpumppujärjestelmän suorituskyvyn ja toiminnan analyysi kenttämittaustietojen perusteella”, joka julkaistiin äskettäinAurinkoenergian edistyminen.He sanoivat, että PV-lämpöpumppujärjestelmien tärkein etu on niiden alhaisempi verkkokulutus ja alhaisemmat sähkökustannukset.
Lämpöpumppujärjestelmä on 13,9 kW:n maalämpöpumppu, jossa on puskurivarasto tilan lämmitykseen. Se luottaa myös varastosäiliöön ja makean veden asemaan kuuman käyttöveden (DHW) tuottamiseksi. Molemmat varastoyksiköt on varustettu sähköisillä lisälämmittimillä.
PV-järjestelmä on etelään suunnattu ja sen kallistuskulma on 30 astetta. Sen teho on 12,3 kW ja moduulipinta-ala 60 neliömetriä. Akku on DC-kytketty ja sen kapasiteetti on 11,7 kWh. Valitun talon lämmitetty asuinpinta-ala on 256 m2 ja vuotuinen lämmitystarve 84,3 kWh/m².
"DC-teho aurinkosähkö- ja akkuyksiköistä muunnetaan AC:ksi vaihtosuuntaajan kautta, jonka vaihtovirta maksimiteho on 12 kW ja hyötysuhde Euroopassa 95 %", tutkijat selittivät ja huomauttivat, että SG-valmius ohjaus pystyy toimimaan sähköverkkoon ja säädä järjestelmän toimintaa vastaavasti. "Korkean verkkokuormituksen aikana kantaja voi sammuttaa lämpöpumpun toiminnan vähentääkseen verkon rasitusta tai voi tehdä myös pakkokäynnistyksen päinvastoin."
Ehdotetun järjestelmäkokoonpanon mukaan aurinkosähköä on aluksi käytettävä talon kuormitukseen, ja ylijäämä syötetään akkuun. Ylimääräinen teho voitaisiin viedä verkkoon vain, jos kotitalous ei vaadi sähköä ja akku on ladattu täyteen. Jos sekä aurinkosähköjärjestelmä että akku eivät pysty kattamaan talon energian tarvetta, voidaan käyttää sähköverkkoa.
"SG-Ready-tila aktivoituu, kun akku on ladattu täyteen tai latautuu maksimiteholla ja aurinkosähköä on edelleen käytettävissä", tutkijat sanoivat. "Päinvastoin, laukaisuehto täyttyy, kun hetkellinen aurinkosähköteho on pienempi kuin rakennuksen kokonaistarve vähintään 10 minuuttia."
Heidän analyysissaan tarkasteltiin omakulutustasoa, aurinkoosuutta, lämpöpumpun hyötysuhdetta sekä aurinkosähköjärjestelmän ja akun vaikutusta lämpöpumpun tehokkuuteen. He käyttivät korkearesoluutioisia 1 minuutin tietoja tammikuusta joulukuuhun 2022 ja havaitsivat, että SG-Ready-säädin nosti lämpöpumpun menolämpötiloja 4,1 K käyttövedelle. He totesivat myös, että järjestelmä saavutti kokonaiskulutuksen 42,9 % vuoden aikana, mikä merkitsee taloudellisia etuja asunnonomistajille.
"[Lämpöpumpun] sähköntarpeesta katettiin 36 % PV/akkujärjestelmällä, 51 % lämminvesitilassa ja 28 % tilan lämmitystilassa", tutkimusryhmä selitti ja lisäsi, että korkeammat pesualtaan lämpötilat laskivat. lämpöpumpun hyötysuhde 5,7 % käyttövesitilassa ja 4,0 % tilan lämmitystilassa.
"Tilojen lämmityksessä havaittiin myös älykkään ohjauksen negatiivinen vaikutus", Baraskar sanoi. ”SG-Ready-säädön ansiosta lämpöpumppu toimi tilan lämmityksessä yli lämmityksen asetuspistelämpötilojen. Tämä johtui siitä, että ohjaus luultavasti nosti varastointilämpötilaa ja käytti lämpöpumppua, vaikka lämpöä ei tarvittukaan tilan lämmitykseen. On myös otettava huomioon, että liian korkeat varastointilämpötilat voivat johtaa suurempiin varastointilämpöhäviöihin.
Tiedemiehet sanoivat tutkivansa lisää PV/lämpöpumppuyhdistelmiä erilaisilla järjestelmä- ja ohjauskonsepteilla tulevaisuudessa.
"On huomattava, että nämä havainnot koskevat yksittäisiä arvioituja järjestelmiä ja voivat vaihdella suuresti rakennuksen ja energiajärjestelmän spesifikaatioiden mukaan", he päättivät.
Postitusaika: 13.11.2023