Němečtí vědci simulovali sezónní výkon FVT panelů v tepelných čerpadlech solanka-voda pro vytápění rodinných domů. Porovnávali je s tepelnými čerpadly vzduch a země s FV a bez ní a plynovými topnými systémy.
Vědci z německé Fraunhofer ISE a Institutu pro výzkum solární energie Hamelin (ISFH) zkoumali potenciál fotovoltaicko-tepelných (FVT) kolektorů. A to při zvyšování účinnosti bytových tepelných čerpadel. Své poznatky sdíleli v „Porovnání systémů FVT – tepelných čerpadel s referenčními systémy pro zásobování energií rodinného domu“. Ten se nedávno publikoval v Solar Energy Advances.
Vědci porovnávali šest referenčních systémů se dvěma systémy tepelných čerpadel FVT. A to pomocí sezónního koeficientu výkonu (SCOP) a emisí uhlíku jako metriky.
První systém tepelného čerpadla FVT využívá nekrytý kolektor FVT s lamelami na zadní straně ke zvýšení energie ze slunce a okolního vzduchu. Tento systém poskytuje výkon 340 W s elektrickou účinností 17,5 %. Jeho napětí naprázdno je 48,0 V a zkratové napětí 9,45 A. Druhý systém FVT-tepelné čerpadlo využívá standardní nekrytý kolektor FVT o výkonu 300 W, elektrické účinnosti 18,3 %, napětí naprázdno 39,9 V a zkratové napětí 9,77 A.
Tepelná čerpadla FTV
Na straně tepelného čerpadla využívají simulované systémy buď tepelné čerpadlo solanka-voda s kolektorem FVT jako samostatný zdroj tepla. A nebo vrtný výměník tepla (BHE) jako doplňkový zdroj. Tepelné čerpadlo solanka-voda má tepelný výkon 9,1 kW s koeficientem výkonu (COP) 4,13 při teplotě zdroje 0 °C a výstupní teplotě vody 35 °C (B0/W35). Oba systémy obsahují 560 litrový vyrovnávací zásobník teplé užitkové vody a simulované tepelné čerpadlo země-voda využívá 70 metrů hluboký BHE.
Referenční systémy jsou napájeny z FV panelů nebo ze sítě. A zahrnují tepelná čerpadla vzduch-voda a země-voda, stejně jako plynové kondenzační kotle, samostatné nebo spárované se solárními termálními kolektory. FV moduly v referenčních systémech mají podobné výkonové údaje jako FVT kolektor s žebry. Vzduchové tepelné čerpadlo má tepelný topný výkon 7,4 kW s COP 3,5 při A2/W35. Hloubka BHE pro referenční tepelné čerpadlo země-voda je 110 metrů, plynový kotel má jmenovitý topný výkon 15 kW, vodní objem 7,3 litru a účinnost 96,59 %. Solární termální systém má plochu 15 m2.
Studie ukazuje, že použití FVT s žebry jako jediného zdroje tepla pro tepelná čerpadla poskytuje SCOP 3,49 při 20 m2 FVT kolektorů a 3,80 při 30 m2. Oproti tomu standardní FVT systémy mají o 8 % až 14 % nižší výkon. A vyžadují větší plochy k dosažení srovnatelných výsledků. Výzkumníci poznamenávají, že kombinace systémů FVT-tepelných čerpadel se 70 metrů hlubokým BHE produkuje SCOP nad 4,0. A to bez ohledu na konkrétní technologii kolektorů FVT.
Porovnání čerpadel
Pro srovnání, vzduchové tepelné čerpadlo generuje SCOP 3,29 při spárování s 20 m2 FV systémem a SCOP 3,82 s 30 m2 FV instalací. Akademici tvrdí, že přímé srovnání systémů FVT tepelných čerpadel s tepelnými čerpadly vzduch-zdroj ukazuje, že systémy FVT tepelných čerpadel jsou konkurenční alternativou k těmto referenčním systémům.
Tepelné čerpadlo země-voda ve spojení se 110 metrů hlubokým BHE poskytuje SCOP 4,24, který se zvýší na 4,87 v kombinaci s 30 m2 FV systémem. Proto výzkumníci zdůrazňují, že kombinace FVT s BHE otevírá možnost zkrácení délky BHE. A to o přibližně 35 % bez ovlivnění účinnosti systému.
Nakonec studie zjistila, že použití FVT jako jediného zdroje systémů tepelných čerpadel může snížit emise uhlíku. A to až o 57 % ve srovnání s plynovými kondenzačními kotli. Kombinace FVT s menšími systémy tepelných čerpadel BHE by mohla snížit emise uhlíku až o 63 %. Vzduchová tepelná čerpadla v kombinaci s FV mohou snížit emise o 52 %. A tepelná čerpadla země-voda se 110 metrovým BHE by mohla snížit emise o 63 % ve srovnání s referenčním plynovým kotlem.
Zdroj: pv-magazine, TowPoint
