Novo istraživanje njemačkog Fraunhofer instituta za solarne energetske sustave (Fraunhofer ISE) pokazalo je da kombiniranje krovnih fotonaponskih sustava s baterijskim skladištenjem i dizalicama topline može poboljšati učinkovitost dizalice topline uz smanjenje ovisnosti o električnoj mreži.
Fraunhofer ISE istraživači proučavali su kako bi se krovni fotonaponski sustavi mogli kombinirati s dizalicama topline i skladištenjem baterija.
Oni su procijenili izvedbu PV-toplinske pumpe-baterije sustava temeljenog na upravljanju spremnom za pametnu mrežu (SG) u obiteljskoj kući izgrađenoj 1960. u Freiburgu, Njemačka.
"Utvrđeno je da je pametna kontrola povećala rad toplinske pumpe povećanjem postavljenih temperatura", rekao je istraživač Shubham Baraskar za pv magazin. „SG-Ready kontrola povećala je dovodnu temperaturu za 4,1 Kelvina za pripremu tople vode, što je zatim smanjilo faktor sezonske učinkovitosti (SPF) za 5,7% s 3,5 na 3,3. Nadalje, za način grijanja prostora pametna kontrola smanjila je SPF za 4% s 5,0 na 4,8.”
SPF je vrijednost slična koeficijentu učinka (COP), s tom razlikom što se izračunava kroz dulje razdoblje s različitim rubnim uvjetima.
Baraskar i njegovi kolege objasnili su svoja otkrića u “Analiza performansi i rada sustava fotonaponske baterije dizalice topline na temelju podataka terenskih mjerenja”, koji je nedavno objavljen uNapredak solarne energije.Rekli su da se glavna prednost PV sustava dizalica topline sastoji od njihove smanjene potrošnje mreže i nižih troškova električne energije.
Sustav dizalice topline je 13,9 kW dizalica topline iz tla dizajnirana s međuspremnikom za grijanje prostora. Također se oslanja na spremnik i stanicu za slatku vodu za proizvodnju potrošne tople vode (PTV). Obje skladišne jedinice opremljene su električnim pomoćnim grijačima.
PV sustav je južno orijentiran i ima kut nagiba od 30 stupnjeva. Ima izlaznu snagu od 12,3 kW i površinu modula od 60 četvornih metara. Baterija je DC-spojljiva i ima kapacitet od 11,7 kWh. Odabrana kuća ima grijani stambeni prostor od 256 m2 i godišnju potrebu za grijanjem od 84,3 kWh/m²a.
"istosmjerna snaga iz PV i baterijskih jedinica pretvara se u izmjeničnu struju putem pretvarača koji ima maksimalnu izmjeničnu snagu od 12 kW i europsku učinkovitost od 95 %", objasnili su istraživači, ističući da kontrola spremna za SG može komunicirati s električnu mrežu i na odgovarajući način prilagoditi rad sustava. "Tijekom razdoblja 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 sustava, fotonaponska energija mora se u početku koristiti za kućna opterećenja, a višak se isporučuje u bateriju. Višak električne energije mogao bi se izvesti u mrežu samo ako kućanstvo nema potrebe za električnom energijom i ako je baterija potpuno napunjena. Ako i PV sustav i baterija ne mogu pokriti energetske potrebe kuće, može se koristiti električna mreža.
"SG-Ready način rada aktivira se kada je baterija potpuno napunjena ili se puni maksimalnom snagom i još uvijek je dostupan PV višak", rekli su akademici. "Obrnuto, uvjet za isključivanje ispunjen je kada trenutna PV snaga ostane niža od ukupne potražnje zgrade najmanje 10 minuta."
Njihova analiza razmatrala je razine vlastite potrošnje, solarni udio, učinkovitost toplinske pumpe i utjecaj PV sustava i baterije na učinkovitost izvedbe toplinske pumpe. Koristili su 1-minutne podatke visoke rezolucije od siječnja do prosinca 2022. i otkrili da je kontrola SG-Ready povećala dovodne temperature dizalice topline za 4,1 K za PTV. Također su utvrdili da je sustav ostvario ukupnu vlastitu potrošnju od 42,9% tijekom godine, što se prevodi u financijsku korist za vlasnike kuća.
"Potreba za električnom energijom za [dizalicu topline] pokrivena je 36% s fotonaponskim/baterijskim sustavom, kroz 51% u načinu rada tople vode za kućanstvo i 28% u načinu grijanja prostora", objasnio je istraživački tim, dodajući da su više temperature sudopera smanjile učinkovitost dizalice topline za 5,7% u načinu PTV i za 4,0% u načinu grijanja prostora.
"Za grijanje prostora također je pronađen negativan učinak pametne kontrole", rekao je Baraskar. „Zahvaljujući SG-Ready regulaciji, dizalica topline radila je u grijanju prostora iznad temperature zadane točke grijanja. To je bilo zato što je kontrola vjerojatno povećala zadanu temperaturu skladištenja i pokrenula dizalicu topline iako toplina nije bila potrebna za grijanje prostora. Također treba uzeti u obzir da previsoke temperature skladištenja mogu dovesti do većih gubitaka topline skladišta.”
Znanstvenici su rekli da će u budućnosti istražiti dodatne kombinacije PV/toplinske pumpe s različitim sustavima i konceptima upravljanja.
"Mora se napomenuti da su ovi nalazi specifični za pojedinačne procijenjene sustave i mogu uvelike varirati ovisno o specifikacijama zgrade i energetskog sustava", zaključili su.
Vrijeme objave: 13. studenoga 2023