Ново изследване от германския институт Fraunhofer за слънчеви енергийни системи (Fraunhofer ISE) показа, че комбинирането на фотоволтаични системи на покрива с батерии за съхранение и термопомпи може да подобри ефективността на термопомпата, като същевременно намали зависимостта от електрическата мрежа.
Изследователите на Fraunhofer ISE са проучили как жилищните фотоволтаични системи на покрива могат да се комбинират с термопомпи и съхранение на батерии.
Те оцениха ефективността на фотоволтаична термопомпа-батерийна система, базирана на управление, готово за интелигентна мрежа (SG), в еднофамилна къща, построена през 1960 г. във Фрайбург, Германия.
„Беше установено, че интелигентното управление увеличава работата на термопомпата чрез повишаване на зададените температури“, каза изследователят Shubham Baraskar пред pv magazine. „Управлението SG-Ready повиши подаваната температура с 4,1 Келвина за подготовка на гореща вода, което след това намали сезонния коефициент на ефективност (SPF) с 5,7% от 3,5 на 3,3. Освен това, за режим на отопление на помещения интелигентното управление намали SPF с 4% от 5,0 на 4,8.“
SPF е стойност, подобна на коефициента на ефективност (COP), с разликата, че се изчислява за по-дълъг период с различни гранични условия.
Бараскар и колегите му обясниха своите открития в „Анализ на производителността и работата на термопомпена система с фотоволтаични батерии въз основа на данни от полеви измервания”, който наскоро беше публикуван вНапредък в слънчевата енергия.Те казаха, че основното предимство на фотоволтаичните термопомпени системи се състои в тяхната намалена консумация от мрежата и по-ниски разходи за електроенергия.
Термопомпената система е 13,9 kW земна термопомпа, проектирана с буферно съхранение за отопление на помещения. Той също така разчита на резервоар за съхранение и станция за прясна вода за производство на битова гореща вода (БГВ). И двете складови единици са оборудвани с електрически спомагателни нагреватели.
Фотоволтаичната система е южно ориентирана и има ъгъл на наклон 30 градуса. Има изходна мощност от 12,3 kW и модулна площ от 60 квадратни метра. Батерията е DC-свързана и е с капацитет 11,7 kWh. Избраната къща има отопляема жилищна площ от 256 m2 и годишна нужда от отопление от 84,3 kWh/m²a.
„DC захранването от фотоволтаични и батерийни модули се преобразува в AC чрез инвертор, който има максимална променлива мощност от 12 kW и европейска ефективност от 95 %“, обясниха изследователите, отбелязвайки, че контролът, готов за SG, може да взаимодейства с електрическата мрежа и съответно регулирайте работата на системата. „По време на периоди на голямо натоварване на мрежата операторът на мрежата може да изключи работата на термопомпата, за да намали напрежението на мрежата, или може също да претърпи принудително включване в обратния случай.“
Съгласно предложената системна конфигурация, фотоволтаичната мощност трябва да се използва първоначално за домашните товари, като излишъкът се подава към батерията. Излишната мощност може да се изнася към мрежата само ако домакинството не се нуждае от електричество и батерията е напълно заредена. Ако фотоволтаичната система и батерията не са в състояние да покрият енергийните нужди на къщата, може да се използва електрическата мрежа.
„Режимът SG-Ready се активира, когато батерията е напълно заредена или се зарежда на максимална мощност и все още има наличен PV излишък“, казаха учените. „Обратно, условието за изключване е изпълнено, когато моментната фотоволтаична мощност остане по-ниска от общото търсене на сградата за поне 10 минути.“
Техният анализ разглежда нивата на собствена консумация, слънчевата фракция, ефективността на термопомпата и въздействието на фотоволтаичната система и батерията върху ефективността на работата на термопомпата. Те използваха 1-минутни данни с висока разделителна способност от януари до декември 2022 г. и установиха, че контролът SG-Ready повишава температурите на подаване на термопомпата с 4,1 K за БГВ. Те също така установиха, че системата е постигнала общо собствено потребление от 42,9% през годината, което се изразява във финансови ползи за собствениците на жилища.
„Потреблението на електроенергия за [термопомпата] беше покрито с 36% с PV/батерийната система, 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 ефективност на термопомпата с 5,7% в режим БГВ и с 4,0% в режим отопление.
„За отоплението на помещения също беше открит отрицателен ефект от интелигентното управление“, каза Бараскар. „Благодарение на контрола SG-Ready термопомпата работи при отопление на помещения над температурите на зададената точка за отопление. Това е така, защото контролът вероятно е увеличил зададената температура за съхранение и е задействал термопомпата, въпреки че топлината не е била необходима за отопление на помещенията. Трябва също така да се има предвид, че прекалено високите температури на съхранение могат да доведат до по-високи топлинни загуби при съхранение.“
Учените казаха, че ще проучат допълнителни комбинации PV/термопомпи с различни системи и концепции за управление 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“, заключиха те.
Време на публикуване: 13 ноември 2023 г