Almanya Fraunhofer Güneş Enerjisi Sistemleri Enstitüsü'nün (Fraunhofer ISE) yeni araştırması, çatı üstü PV sistemlerinin pil depolama ve ısı pompalarıyla birleştirilmesinin, şebeke elektriğine olan bağımlılığı azaltırken ısı pompası verimliliğini artırabileceğini gösterdi.
Fraunhofer ISE araştırmacıları, konutlardaki çatı fotovoltaik sistemlerinin ısı pompaları ve pil depolama ile nasıl birleştirilebileceğini inceledi.
Almanya'nın Freiburg kentinde 1960 yılında inşa edilen tek ailelik bir evde akıllı şebeke (SG) hazır kontrolüne dayalı bir PV-ısı pompası-pil sisteminin performansını değerlendirdiler.
Araştırmacı Shubham Baraskar pv dergisine, "Akıllı kontrolün ayarlanan sıcaklıkları artırarak ısı pompasının çalışmasını artırdığı bulundu" dedi. "SG-Ready kontrolü sıcak su hazırlama için besleme sıcaklığını 4,1 Kelvin artırdı ve bu da mevsimsel performans faktörünü (SPF) 3,5'ten 3,3'e %5,7 oranında düşürdü. Dahası, alan ısıtma modu için akıllı kontrol SPF'yi 5,0'dan 4,8'e %4 oranında düşürdü."
SPF, performans katsayısına (COP) benzer bir değer olup, farkı daha uzun bir zaman diliminde ve değişen sınır koşullarında hesaplanır.
Baraskar ve meslektaşları bulgularını şu şekilde açıkladılar:Saha ölçüm verilerine dayalı bir fotovoltaik-pil ısı pompası sisteminin performans ve çalışmasının analizi” yakın zamanda yayınlandıGüneş Enerjisi Gelişiyor.Fotovoltaik ısı pompası sistemlerinin en büyük avantajının şebeke tüketiminin azalması ve elektrik maliyetlerinin düşmesi olduğunu söylediler.
Isı pompası sistemi, alan ısıtması için bir tampon depolama ile tasarlanmış 13,9 kW'lık bir yer kaynaklı ısı pompasıdır. Ayrıca, evsel sıcak su (DHW) üretmek için bir depolama tankına ve bir tatlı su istasyonuna güvenir. Her iki depolama ünitesi de elektrikli yardımcı ısıtıcılarla donatılmıştır.
PV sistemi güneye dönüktür ve 30 derecelik bir eğim açısına sahiptir. 12,3 kW güç çıkışına ve 60 metrekarelik bir modül alanına sahiptir. Akü DC bağlantılıdır ve 11,7 kWh kapasiteye sahiptir. Seçilen evin ısıtılmış yaşam alanı 256 m2'dir ve yıllık ısıtma talebi 84,3 kWh/m²a'dır.
Araştırmacılar, "PV ve batarya ünitelerinden gelen DC gücü, maksimum 12 kW AC gücü ve %95 Avrupa verimliliğine sahip bir invertör aracılığıyla AC'ye dönüştürülür," açıklamasında bulunarak, SG'ye hazır kontrolün elektrik şebekesiyle etkileşime girebildiğini ve sistemin çalışmasını buna göre ayarlayabildiğini belirttiler. "Yüksek şebeke yükü dönemlerinde, şebeke operatörü şebeke gerginliğini azaltmak için ısı pompası çalışmasını kapatabilir veya tam tersi durumda zorla açma işlemi de yapabilir."
Önerilen sistem yapılandırması altında, PV gücü başlangıçta ev yükleri için kullanılmalı ve fazlası aküye verilmelidir. Fazla güç yalnızca hanenin elektriğe ihtiyacı yoksa ve akü tamamen şarj edilmişse şebekeye aktarılabilir. Hem PV sistemi hem de akü evin enerji talebini karşılayamıyorsa, elektrik şebekesi kullanılabilir.
Akademisyenler, "SG-Ready modu, pil tamamen şarj olduğunda veya maksimum gücünde şarj olurken ve hala PV fazlası mevcut olduğunda etkinleştirilir" dedi. "Tersine, tetikleme koşulu, anlık PV gücü en az 10 dakika boyunca toplam bina talebinden düşük kaldığında karşılanır."
Analizleri, öz tüketim seviyelerini, güneş fraksiyonunu, ısı pompası verimliliğini ve PV sisteminin ve pilin ısı pompası performans verimliliği üzerindeki etkisini göz önünde bulundurdu. Ocak-Aralık 2022 arasında yüksek çözünürlüklü 1 dakikalık verileri kullandılar ve SG-Ready kontrolünün DHW için ısı pompası besleme sıcaklıklarını 4,1 K artırdığını buldular. Ayrıca sistemin yıl boyunca genel olarak %42,9 öz tüketim elde ettiğini ve bunun ev sahipleri için finansal faydalara dönüştüğünü tespit ettiler.
Araştırma ekibi, “[Isı pompasının] elektrik ihtiyacının %36'sı PV/pil sistemiyle karşılanırken, bunun %51'i evsel sıcak su modunda ve %28'i mekan ısıtma modunda karşılandı” açıklamasında bulunarak, daha yüksek lavabo sıcaklıklarının ısı pompası verimliliğini DHW modunda %5,7, mekan ısıtma modunda ise %4,0 oranında azalttığını ekledi.
Baraskar, "Alan ısıtması için akıllı kontrolün olumsuz bir etkisi de bulundu," dedi. "SG-Ready kontrolü nedeniyle ısı pompası, ısıtma ayar noktası sıcaklıklarının üzerinde alan ısıtmasında çalıştı. Bunun nedeni, kontrolün muhtemelen depolama ayar sıcaklığını artırması ve ısıya alan ısıtması için ihtiyaç duyulmasa bile ısı pompasını çalıştırmasıydı. Ayrıca aşırı yüksek depolama sıcaklıklarının daha yüksek depolama ısı kayıplarına yol açabileceği de dikkate alınmalıdır."
Bilim insanları, gelecekte farklı sistem ve kontrol konseptleriyle ek PV/ısı pompası kombinasyonlarını araştıracaklarını söyledi.
"Bu bulguların değerlendirilen her bir sisteme özgü olduğu ve bina ve enerji sistemi özelliklerine bağlı olarak büyük ölçüde değişebileceği unutulmamalıdır" sonucuna vardılar.
Yayınlanma zamanı: 13-Kas-2023