Новыя даследаванні нямецкага Інстытута сонечных энергетычных сістэм імя Фраўнгофера (Fraunhofer ISE) паказалі, што спалучэнне фотаэлектрычных сістэм на даху з акумулятарнымі батарэямі і цеплавымі помпамі можа павысіць эфектыўнасць цеплавых помпаў, адначасова памяншаючы залежнасць ад электрасеткі.
Даследчыкі Fraunhofer ISE вывучылі, як фотаэлектрычныя сістэмы на дахах жылых памяшканняў можна спалучаць з цеплавымі помпамі і акумулятарамі.
Яны ацанілі прадукцыйнасць фотаэлектрычнай цеплавой помпы-батарэі, заснаванай на кіраванні, гатовай да разумнай сеткі (SG), у аднасямейным доме, пабудаваным у 1960 годзе ў Фрайбургу, Германія.
«Было выяўлена, што разумнае кіраванне павялічвае працу цеплавога помпы за кошт павышэння зададзеных тэмператур», — сказаў даследчык Шубам Бараскар часопісу pv. «Рэгулятар SG-Ready павялічыў тэмпературу падачы на 4,1 Кельвіна для падрыхтоўкі гарачай вады, што затым знізіла сезонны каэфіцыент прадукцыйнасці (SPF) на 5,7% з 3,5 да 3,3. Акрамя таго, для рэжыму ацяплення памяшкання разумнае кіраванне знізіла SPF на 4% з 5,0 да 4,8».
SPF - гэта значэнне, падобнае да каэфіцыента прадукцыйнасці (COP), з той розніцай, што ён разлічваецца за больш працяглы перыяд з рознымі межавымі ўмовамі.
Бараскар і яго калегі патлумачылі свае высновы ў «Аналіз прадукцыйнасці і працы сістэмы цеплавога помпы з фотаэлектрычнымі батарэямі на аснове дадзеных палявых вымярэнняў”, які нядаўна быў апублікаваны ўСонечная энергетыка.Яны сказалі, што галоўная перавага сістэм фотаэлектрычных цеплавых помпаў заключаецца ў іх меншым спажыванні сеткі і меншых выдатках на электраэнергію.
Сістэма цеплавога помпы ўяўляе сабой грунтавы цеплавой помпа магутнасцю 13,9 кВт, распрацаваны з буферным назапашвальнікам для ацяплення памяшканняў. Ён таксама абапіраецца на назапашвальнік і станцыю прэснай вады для вытворчасці гарачай вады (ГВС). Абодва назапашвальнікі абсталяваны дапаможнымі электрычнымі абагравальнікамі.
Фотаэлектрычная сістэма арыентавана на поўдзень і мае кут нахілу 30 градусаў. Ён мае магутнасць 12,3 кВт і плошчу модуля 60 квадратных метраў. Акумулятар з падключэннем да пастаяннага току і мае ёмістасць 11,7 кВт.гадз. Выбраны дом мае ацяпляную жылую плошчу 256 м2 і гадавую патрэбу ў ацяпленні 84,3 кВт·г/м² у год.
«Энергія пастаяннага току ад фотаэлектрычных і акумулятарных блокаў пераўтворыцца ў пераменны ток з дапамогай інвертара, які мае максімальную магутнасць пераменнага току 12 кВт і еўрапейскі ККД 95 %, — растлумачылі даследчыкі, адзначыўшы, што кантроль, гатовы да SG, можа ўзаемадзейнічаць з электрасеткі і адпаведным чынам наладзіць працу сістэмы. «У перыяды высокай нагрузкі на сетку аператар сеткі можа адключыць працу цеплавога помпы, каб паменшыць нагрузку на сетку, або можа прымусова ўключыць яе ў адваротным выпадку».
Згодна з прапанаванай канфігурацыяй сістэмы, фотаэлектрычная энергія першапачаткова павінна выкарыстоўвацца для хатніх нагрузак, а лішак падаецца ў батарэю. Лішак электраэнергіі можа быць экспартаваны ў сетку толькі ў тым выпадку, калі электрычнасць не патрэбна хатняй гаспадарцы і акумулятар цалкам зараджаны. Калі і фотаэлектрычная сістэма, і акумулятар не ў стане пакрыць патрэбы дома ў энергіі, можна выкарыстоўваць электрычную сетку.
«Рэжым SG-Ready актывуецца, калі акумулятар цалкам зараджаны або зараджаецца на максімальнай магутнасці і па-ранейшаму ёсць лішак PV», - сказалі навукоўцы. «Наадварот, умова адключэння выконваецца, калі імгненная фотаэлектрычная магутнасць застаецца ніжэйшай за агульную патрэбу ў будынку на працягу як мінімум 10 хвілін».
Іх аналіз улічваў узровень уласнага спажывання, сонечную долю, эфектыўнасць цеплавой помпы і ўплыў фотаэлектрычнай сістэмы і батарэі на эфектыўнасць працы цеплавой помпы. Яны выкарысталі 1-хвілінныя даныя высокай раздзяляльнасці са студзеня па снежань 2022 года і выявілі, што кантроль SG-Ready павялічвае тэмпературу падачы цеплавога помпы на 4,1 K для гарачай вады. Яны таксама пераканаліся, што сістэма дасягнула агульнага самаспажывання 42,9% на працягу года, што азначае фінансавыя выгады для домаўладальнікаў.
«Патрэба ў электраэнергіі для [цеплавога помпы] была пакрыта на 36% з дапамогай фотаэлектрычнай сістэмы/батарэі, праз 51% у рэжыме гарачай вады і на 28% у рэжыме ацяплення памяшканняў», - растлумачыла даследчая група, дадаўшы, што больш высокія тэмпературы ракавіны зніжаюць ККД цеплавога помпы на 5,7% у рэжыме ГВС і на 4,0% у рэжыме ацяплення памяшканняў.
«Для ацяплення памяшканняў таксама быў знойдзены негатыўны эфект разумнага кіравання», - сказаў Бараскар. «Дзякуючы кіраванню SG-Ready, цеплавой помпа працаваў пры ацяпленні памяшканняў пры тэмпературы, вышэйшай за зададзеныя тэмпературы ацяплення. Гэта адбылося таму, што сістэма кіравання, верагодна, павялічыла зададзеную тэмпературу захоўвання і ўключыла цеплавой помпа, нават калі цяпло не патрабавалася для ацяплення памяшкання. Варта таксама ўлічваць, што празмерна высокія тэмпературы захоўвання могуць прывесці да большых страт цяпла пры захоўванні».
Навукоўцы заявілі, што ў будучыні яны будуць даследаваць дадатковыя камбінацыі PV/цеплавой помпы з рознымі сістэмамі і канцэпцыямі кіравання.
«Варта адзначыць, што гэтыя высновы характэрныя для асобных ацэненых сістэм і могуць моцна адрознівацца ў залежнасці ад спецыфікацый будынка і энергетычнай сістэмы», — заключылі яны.
Час публікацыі: 13 лістапада 2023 г