Penyelidikan baharu dari Institut Sistem Tenaga Suria Fraunhofer Jerman (Fraunhofer ISE) telah menunjukkan bahawa menggabungkan sistem PV atas bumbung dengan penyimpanan bateri dan pam haba boleh meningkatkan kecekapan pam haba sambil mengurangkan pergantungan pada elektrik grid.
Penyelidik Fraunhofer ISE telah mengkaji bagaimana sistem PV atas bumbung kediaman boleh digabungkan dengan pam haba dan penyimpanan bateri.
Mereka menilai prestasi sistem bateri pam haba PV berdasarkan kawalan sedia grid pintar (SG) di rumah keluarga tunggal yang dibina pada tahun 1960 di Freiburg, Jerman.
"Didapati bahawa kawalan pintar meningkatkan operasi pam haba dengan meningkatkan suhu yang ditetapkan," kata penyelidik Shubham Baraskar kepada majalah pv. “Kawalan SG-Ready meningkatkan suhu bekalan sebanyak 4.1 Kelvin untuk penyediaan air panas, yang kemudiannya menurunkan faktor prestasi bermusim (SPF) sebanyak 5.7% daripada 3.5 kepada 3.3. Tambahan pula, untuk mod pemanasan ruang, kawalan pintar menurunkan SPF sebanyak 4% daripada 5.0 kepada 4.8.”
SPF ialah nilai yang serupa dengan pekali prestasi (COP), dengan perbezaan ia dikira dalam tempoh yang lebih lama dengan keadaan sempadan yang berbeza-beza.
Baraskar dan rakan-rakannya menjelaskan penemuan mereka dalam “Analisis prestasi dan operasi sistem pam haba bateri fotovoltaik berdasarkan data pengukuran medan,” yang diterbitkan baru-baru ini dalamKemajuan Tenaga Suria.Mereka berkata kelebihan utama sistem pam haba PV terdiri daripada penggunaan grid yang dikurangkan dan kos elektrik yang lebih rendah.
Sistem pam haba ialah pam haba sumber tanah 13.9 kW yang direka bentuk dengan storan penimbal untuk pemanasan ruang. Ia juga bergantung pada tangki simpanan dan stesen air tawar untuk menghasilkan air panas domestik (DHW). Kedua-dua unit storan dilengkapi dengan pemanas tambahan elektrik.
Sistem PV berorientasikan selatan dan mempunyai sudut kecondongan 30 darjah. Ia mempunyai output kuasa 12.3 kW dan keluasan modul 60 meter persegi. Bateri berpasangan DC dan mempunyai kapasiti 11.7 kWj. Rumah terpilih mempunyai ruang tamu yang dipanaskan seluas 256 m2 dan permintaan pemanasan tahunan sebanyak 84.3 kWj/m²a.
"Kuasa DC daripada PV dan unit bateri ditukar kepada AC melalui penyongsang yang mempunyai kuasa AC maksimum 12 kW dan kecekapan Eropah sebanyak 95%," para penyelidik menjelaskan, sambil menyatakan bahawa kawalan sedia SG mampu berinteraksi dengan grid elektrik dan melaraskan operasi sistem secara sepadan. "Semasa tempoh beban grid tinggi, pengendali grid boleh mematikan operasi pam haba untuk mengurangkan ketegangan grid atau juga boleh menjalani menghidupkan paksa dalam kes yang bertentangan."
Di bawah konfigurasi sistem yang dicadangkan, kuasa PV mesti digunakan pada mulanya untuk beban rumah, dengan lebihan dibekalkan kepada bateri. Kuasa berlebihan hanya boleh dieksport ke grid, jika tiada elektrik diperlukan oleh isi rumah dan bateri dicas sepenuhnya. Jika kedua-dua sistem PV dan bateri tidak dapat menampung permintaan tenaga rumah, grid elektrik boleh digunakan.
"Mod SG-Ready diaktifkan apabila bateri dicas sepenuhnya atau dicas pada kuasa maksimumnya dan masih terdapat lebihan PV," kata ahli akademik itu. "Sebaliknya, syarat pencetus dipenuhi apabila kuasa PV serta-merta kekal lebih rendah daripada jumlah permintaan bangunan selama sekurang-kurangnya 10 minit."
Analisis mereka mempertimbangkan tahap penggunaan diri, pecahan suria, kecekapan pam haba, dan kesan sistem PV dan bateri pada kecekapan prestasi pam haba. Mereka menggunakan data 1 minit resolusi tinggi dari Januari hingga Disember 2022 dan mendapati bahawa kawalan SG-Ready meningkatkan suhu bekalan pam haba sebanyak 4.1 K untuk DHW. Mereka juga memastikan bahawa sistem mencapai penggunaan sendiri keseluruhan sebanyak 42.9% pada tahun tersebut, yang diterjemahkan kepada manfaat kewangan untuk pemilik rumah.
"Permintaan elektrik untuk [pam haba] dilindungi sebanyak 36% dengan sistem PV/bateri, melalui 51% dalam mod air panas domestik dan 28% dalam mod pemanasan ruang," jelas pasukan penyelidik, sambil menambah bahawa suhu sinki yang lebih tinggi berkurangan kecekapan pam haba sebanyak 5.7% dalam mod DHW dan sebanyak 4.0% dalam mod pemanasan ruang.
"Untuk pemanasan ruang, kesan negatif kawalan pintar juga ditemui," kata Baraskar. “Disebabkan kawalan SG-Ready, pam haba beroperasi dalam pemanasan ruang di atas suhu titik set pemanasan. Ini kerana kawalan mungkin meningkatkan suhu set penyimpanan dan mengendalikan pam haba walaupun haba tidak diperlukan untuk pemanasan ruang. Ia juga harus dipertimbangkan bahawa suhu penyimpanan tinggi yang berlebihan boleh menyebabkan kehilangan haba penyimpanan yang lebih tinggi.
Para saintis berkata mereka akan menyiasat gabungan PV/pam haba tambahan dengan sistem dan konsep kawalan yang berbeza pada masa hadapan.
"Perlu diingatkan bahawa penemuan ini khusus untuk sistem yang dinilai individu dan boleh berbeza-beza bergantung pada spesifikasi bangunan dan sistem tenaga," mereka membuat kesimpulan.
Masa siaran: Nov-13-2023