Ny forskning från Tysklands Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (Fraunhofer ISE) har visat att en kombination av solcellsanläggningar på taket med batterilagring och värmepumpar kan förbättra värmepumpens effektivitet samtidigt som man minskar beroendet av el från nätet.
Fraunhofer ISE-forskare har studerat hur solcellsanläggningar på taket kan kombineras med värmepumpar och batterilagring.
De utvärderade prestandan hos ett PV-värmepump-batterisystem baserat på en smart-grid (SG)-färdig kontroll i ett enfamiljshus byggt 1960 i Freiburg, Tyskland.
"Det visade sig att den smarta kontrollen ökade värmepumpens drift genom att öka de inställda temperaturerna," sa forskaren Shubham Baraskar till tidningen pv. "SG-Ready-kontrollen ökade framledningstemperaturen med 4,1 Kelvin för varmvattenberedning, vilket sedan minskade den säsongsbundna prestandafaktorn (SPF) med 5,7 % från 3,5 till 3,3. Dessutom, för rumsuppvärmningsläge minskade den smarta kontrollen SPF med 4 % från 5,0 till 4,8.”
SPF är ett värde som liknar prestandakoefficienten (COP), med skillnaden som det beräknas över en längre period med varierande randvillkor.
Baraskar och hans kollegor förklarade sina resultat i "Analys av prestandan och driften av ett solcellsbatteri-värmepumpsystem baserat på fältmätningsdata", som nyligen publicerades iSolenergins framsteg.De sa att den största fördelen med PV-värmepumpssystem består av deras minskade nätförbrukning och lägre elkostnader.
Värmepumpssystemet är en 13,9 kW bergvärmepump designad med buffertlager för uppvärmning av rum. Den förlitar sig också på en ackumulatortank och en sötvattenstation för produktion av hushållsvarmvatten (DHW). Båda förråden är utrustade med elektriska tillsatsvärmare.
PV-systemet är söderorienterat och har en lutningsvinkel på 30 grader. Den har en effekt på 12,3 kW och en modulyta på 60 kvadratmeter. Batteriet är DC-kopplat och har en kapacitet på 11,7 kWh. Det valda huset har en uppvärmd boyta på 256 m2 och ett årligt värmebehov på 84,3 kWh/m²a.
"DC-effekten från PV- och batterienheter omvandlas till AC via en växelriktare som har en maximal växelströmseffekt på 12 kW och en europeisk verkningsgrad på 95 %", förklarade forskarna och noterade att den SG-färdiga kontrollen kan interagera med elnätet och anpassa systemets drift på motsvarande sätt. "Under perioder med hög nätbelastning kan nätoperatören stänga av värmepumpens drift för att minska nätbelastningen eller kan även genomgå en tvångsstart i motsatt fall."
Enligt den föreslagna systemkonfigurationen måste PV-ström initialt användas för huslasterna, och överskottet tillförs batteriet. Överskottskraft skulle bara kunna exporteras till nätet, om ingen el behövs av hushållet och batteriet är helt laddat. Om både solcellsanläggningen och batteriet inte klarar husets energibehov kan elnätet användas.
"SG-Ready-läget aktiveras när batteriet är fulladdat eller laddas med maximal effekt och det fortfarande finns PV-överskott tillgängligt", sa akademikerna. "Omvänt uppfylls utlösningsvillkoret när den momentana PV-effekten förblir lägre än det totala byggnadsbehovet i minst 10 minuter."
Deras analys övervägde egenförbrukningsnivåer, solfraktion, värmepumpseffektivitet och effekten av PV-systemet och batteriet på värmepumpens prestandaeffektivitet. De använde högupplösta 1-minutersdata från januari till december 2022 och fann att SG-Ready-kontrollen ökade värmepumpens framledningstemperaturer med 4,1 K för varmvatten. De konstaterade också att systemet uppnådde en total egenkonsumtion på 42,9 % under året, vilket leder till ekonomiska fördelar för husägarna.
"Elektricitetsbehovet för [värmepumpen] täcktes med 36 % med PV/batterisystemet, genom 51 % i tappvarmvattenläge och 28 % i uppvärmningsläge," förklarade forskargruppen och tillade att högre diskbänkstemperaturer minskade värmepumpens verkningsgrad med 5,7 % i varmvattenläge och med 4,0 % i uppvärmningsläge.
"För rumsuppvärmning fann man också en negativ effekt av den smarta kontrollen," sa Baraskar. "På grund av SG-Ready-styrningen arbetade värmepumpen i rumsuppvärmning över värmebörvärdestemperaturerna. Det berodde på att kontrollen troligen ökade den inställda lagringstemperaturen och drev värmepumpen trots att värmen inte behövdes för uppvärmning av rum. Det bör också beaktas att alltför höga lagringstemperaturer kan leda till högre lagringsvärmeförluster.”
Forskarna sa att de kommer att undersöka ytterligare kombinationer av PV/värmepumpar med olika system och styrkoncept i framtiden.
"Det måste noteras att dessa resultat är specifika för de individuella utvärderade systemen och kan variera mycket beroende på byggnads- och energisystemspecifikationerna", avslutade de.
Posttid: 2023-nov-13