Almanya'nın Fraunhofer Güneş Enerjisi Sistemleri Enstitüsü'nün (Fraunhofer ISE) yeni araştırması, çatı üstü PV sistemlerini akü depolama ve ısı pompalarıyla birleştirmenin, ısı pompası verimliliğini artırırken şebeke elektriğine olan bağımlılığı azaltabileceğini gösterdi.
Fraunhofer ISE araştırmacıları, konut çatısındaki PV sistemlerinin ısı pompaları ve akü depolamayla nasıl birleştirilebileceğini araştırdı.
Almanya'nın Freiburg kentinde 1960 yılında inşa edilen tek aileli bir evde akıllı şebekeye (SG) hazır kontrole dayalı bir PV-ısı pompası-batarya sisteminin performansını değerlendirdiler.
Araştırmacı Shubham Baraskar, pv dergisine şunları söyledi: "Akıllı kontrolün, ayarlanan sıcaklıkları artırarak ısı pompası çalışmasını arttırdığı bulundu." "SG-Ready kontrolü, sıcak su hazırlığı için besleme sıcaklığını 4,1 Kelvin artırdı ve ardından sezonsal performans faktörünü (SPF) %5,7 oranında 3,5'ten 3,3'e düşürdü. Ayrıca, alan ısıtma modu için akıllı kontrol, SPF'yi %4 oranında 5,0'dan 4,8'e düşürdü."
SPF, performans katsayısına (COP) benzer bir değerdir; aradaki fark, değişen sınır koşullarıyla daha uzun bir süre boyunca hesaplanır.
Baraskar ve meslektaşları bulgularını şöyle açıkladılar:Saha ölçüm verilerine dayalı olarak fotovoltaik pilli ısı pompası sisteminin performansının ve çalışmasının analiziYakın zamanda yayınlananGüneş Enerjisi Gelişmeleri.PV-ısı pompası sistemlerinin temel avantajının, azaltılmış şebeke tüketimi ve daha düşük elektrik maliyetleri olduğunu söylediler.
Isı pompası sistemi, alan ısıtma için bir tampon depolama ile tasarlanmış 13,9 kW toprak kaynaklı bir ısı pompasıdır. Aynı zamanda kullanım sıcak suyu (DHW) üretimi için bir depolama tankına ve bir tatlı su istasyonuna da dayanır. Her iki depolama ünitesi de elektrikli yardımcı ısıtıcılarla donatılmıştır.
PV sistemi güneye yöneliktir ve 30 derecelik bir eğim açısına sahiptir. 12,3 kW güç çıkışına ve 60 m2 modül alanına sahiptir. Pil DC bağlantılıdır ve 11,7 kWh kapasiteye sahiptir. Seçilen evin ısıtmalı yaşam alanı 256 m2 ve yıllık ısıtma talebi 84,3 kWh/m²a'dır.
Araştırmacılar, SG'ye hazır kontrolün PV ve akü ünitelerinden gelen DC gücü, maksimum 12 kW AC gücüne ve %95 Avrupa verimliliğine sahip bir invertör aracılığıyla AC'ye dönüştürüldüğünü açıkladı. elektrik şebekesini ayarlayın ve sistemin çalışmasını buna göre ayarlayın. "Şebeke yükünün yüksek olduğu dönemlerde, şebeke operatörü, şebeke yükünü azaltmak için ısı pompası çalışmasını kapatabilir veya tam tersi durumda zorla çalıştırmaya da maruz kalabilir."
Önerilen sistem konfigürasyonuna göre, PV gücü başlangıçta ev yükleri için kullanılmalı ve fazlası aküye sağlanmalıdır. Fazla güç, yalnızca hanenin elektriğe ihtiyacı olmaması ve pilin tamamen şarj olması durumunda şebekeye aktarılabilir. Hem PV sistemi hem de batarya evin enerji talebini karşılayamıyorsa elektrik şebekesi kullanılabilir.
Akademisyenler, "SG-Ready modu, pil tamamen şarj olduğunda veya maksimum güçte şarj olduğunda ve hala PV fazlası mevcut olduğunda etkinleştirilir" dedi. "Tersine, anlık PV gücü en az 10 dakika boyunca toplam bina talebinden düşük kaldığında tetikleme koşulu karşılanır."
Analizlerinde öz tüketim seviyeleri, güneş enerjisi fraksiyonu, ısı pompası verimliliği ve PV sistemi ile bataryanın ısı pompası performans verimliliği üzerindeki etkisi dikkate alındı. Ocak ile Aralık 2022 arasındaki yüksek çözünürlüklü 1 dakikalık verileri kullandılar ve SG-Ready kontrolünün, sıcak kullanım suyu için ısı pompası besleme sıcaklıklarını 4,1 K artırdığını buldular. Ayrıca sistemin yıl içinde %42,9'luk genel bir öz tüketim elde ettiğini ve bunun da ev sahipleri için mali faydaya dönüştüğünü tespit ettiler.
Araştırma ekibi, "[Isı pompasının] elektrik talebinin PV/batarya sistemi ile %36'sı, kullanım sıcak suyu modunda %51'i ve alan ısıtma modunda %28'i karşılandı" diye açıkladı ve daha yüksek lavabo sıcaklıklarının azaldığını ekledi. ısı pompası verimliliği DHW modunda %5,7 ve hacim ısıtma modunda %4,0 arttı.
Baraskar, "Alan ısıtmada akıllı kontrolün olumsuz bir etkisi de bulundu" dedi. “SG-Ready kontrolü nedeniyle ısı pompası, ısıtma ayar noktası sıcaklıklarının üzerinde alan ısıtmada çalıştırıldı. Bunun nedeni, kontrolün muhtemelen depolama ayar sıcaklığını arttırması ve alan ısıtma için ısıya ihtiyaç olmamasına rağmen ısı pompasını çalıştırmasıydı. 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 bireysel olarak değerlendirilen sistemlere özel olduğunu ve bina ve enerji sistemi özelliklerine bağlı olarak büyük ölçüde değişebileceğini unutmamak gerekir."
Gönderim zamanı: 13 Kasım 2023