Ny forskning fra Tysklands Fraunhofer Institut for Solenergisystemer (Fraunhofer ISE) har vist, at kombination af solcelleanlæg på taget med batteriopbevaring og varmepumper kan forbedre varmepumpens effektivitet og samtidig reducere afhængigheden af el fra nettet.
Fraunhofer ISE-forskere har undersøgt, hvordan solcelleanlæg på tagterrassen kan kombineres med varmepumper og batteriopbevaring.
De vurderede ydeevnen af et PV-varmepumpe-batterisystem baseret på en smart-grid (SG) klar kontrol i et enfamiliehus bygget i 1960 i Freiburg, Tyskland.
"Det blev fundet, at den smarte styring øgede varmepumpens drift ved at øge de indstillede temperaturer," fortalte forsker Shubham Baraskar til magasinet pv. "SG-Ready-styringen øgede fremløbstemperaturen med 4,1 Kelvin til varmtvandstilberedning, hvilket derefter reducerede sæsonpræstationsfaktoren (SPF) med 5,7 % fra 3,5 til 3,3. Til rumopvarmningstilstand sænkede den smarte kontrol desuden SPF med 4 % fra 5,0 til 4,8.”
SPF er en værdi svarende til ydeevnekoefficienten (COP), med forskellen den beregnes over en længere periode med varierende randbetingelser.
Baraskar og hans kolleger forklarede deres resultater i "Analyse af ydeevne og drift af et solcellebatteri-varmepumpesystem baseret på feltmålingsdata", som for nylig blev offentliggjort iSolenergi fremskridt.De sagde, at den største fordel ved PV-varmepumpesystemer består i deres reducerede netforbrug og lavere elomkostninger.
Varmepumpesystemet er en 13,9 kW jordvarmepumpe designet med et bufferlager til rumopvarmning. Den er også afhængig af en lagertank og en ferskvandsstation til produktion af varmt brugsvand (DHW). Begge lagerenheder er udstyret med elektriske tilskudsvarmere.
Solcelleanlægget er sydorienteret og har en hældningsvinkel på 30 grader. Den har en effekt på 12,3 kW og et modulareal på 60 kvadratmeter. Batteriet er DC-koblet og har en kapacitet på 11,7 kWh. Det valgte hus har et opvarmet boligareal på 256 m2 og et årligt varmebehov på 84,3 kWh/m²a.
"Jævnstrømseffekten fra PV- og batterienheder konverteres til AC via en inverter, som har en maksimal AC-effekt på 12 kW og en europæisk effektivitet på 95 %," forklarede forskerne og bemærkede, at den SG-klare styring er i stand til at interagere med elnettet og tilpasse systemets drift tilsvarende. "I perioder med høj netbelastning kan netoperatøren slukke for varmepumpens drift for at reducere netbelastningen eller kan også gennemgå en tvungen tænding i det modsatte tilfælde."
I henhold til den foreslåede systemkonfiguration skal PV-strøm i første omgang bruges til husets belastninger, med overskud tilført til batteriet. Overskydende strøm kunne kun eksporteres til nettet, hvis der ikke kræves strøm af husstanden, og batteriet er fuldt opladet. Hvis både solcelleanlæg og batteri ikke er i stand til at dække husets energibehov, kan elnettet bruges.
"SG-Ready-tilstanden aktiveres, når batteriet er fuldt opladet eller oplades ved sin maksimale effekt, og der stadig er PV-overskud tilgængeligt," sagde akademikerne. "Omvendt er udløsningsbetingelsen opfyldt, når den øjeblikkelige PV-effekt forbliver lavere end det samlede bygningsbehov i mindst 10 minutter."
Deres analyse overvejede selvforbrugsniveauer, solfraktion, varmepumpeeffektivitet og indvirkningen af PV-systemet og batteriet på varmepumpens ydeevne. De brugte højopløselige 1-minutsdata fra januar til december 2022 og fandt ud af, at SG-Ready-styringen øgede varmepumpens fremløbstemperaturer med 4,1 K for varmt vand. De konstaterede også, at systemet opnåede et samlet selvforbrug på 42,9% i løbet af året, hvilket udmønter sig i økonomiske fordele for boligejerne.
"Elektricitetsbehovet til [varmepumpen] blev dækket med 36 % med PV/batterisystemet, gennem 51 % i varmtvandstilstand til boligen og 28 % i rumopvarmningstilstand," forklarede forskerholdet og tilføjede, at højere vasketemperaturer reducerede varmepumpeeffektivitet med 5,7 % i varmtvandstilstand og med 4,0 % i rumopvarmningstilstand.
"For rumopvarmning blev der også fundet en negativ effekt af den smarte kontrol," sagde Baraskar. "På grund af SG-Ready-styringen kørte varmepumpen i rumopvarmning over opvarmningsindstillingstemperaturerne. Dette skyldtes, at styringen sandsynligvis øgede den indstillede temperatur på lageret og drev varmepumpen, selvom varmen ikke var nødvendig til rumopvarmning. Det skal også tages i betragtning, at for høje lagertemperaturer kan føre til højere lagervarmetab."
Forskerne sagde, at de vil undersøge yderligere PV/varmepumpekombinationer med forskellige system- og kontrolkoncepter i fremtiden.
"Det skal bemærkes, at disse resultater er specifikke for de individuelle evaluerede systemer og kan variere meget afhængigt af bygnings- og energisystemspecifikationerne," konkluderede de.
Indlægstid: 13. nov. 2023