Španělská výzkumná skupina zkoumala, jak lze termoelektrická tepelná čerpadla použít jako technologii power-to-heat. A to zejména ke zvýšení teploty v systémech skladování tepelné energie. Zjistilo se, že navrhovaná konfigurace systému může dosáhnout celkové účinnosti 112,6 % při 135 °C.
Výzkumníci ze Španělska navrhli nový systém skladování tepelné energie (TES). Ten využívá termoelektrické tepelné čerpadlo (TEHP) jako technologii power-to-heat. A to k dosažení zvýšených teplot při nabíjení samotného akumulačního systému.
,,Analýza se zaměřuje na posouzení koeficientu výkonu (COP) a topné kapacity změnou napájecího napětí a rychlosti proudění vzduchu,“ vysvětlili vědci s tím, že TEHP se používá jako alternativa k tepelným trubicím s proměnlivou vodivostí (VCHP).
Nová konstrukce zahrnuje čtyři hlavní součásti, jmenovitě systém termoelektrického tepelného čerpadla, elektrický odpor a cyklus TES. Tem se opírá o otevřený cyklus se vzduchem jako teplonosnou kapalinou. Ventilátor se umístil na vstupu vzduchu do cyklu a tlačený vzduch se pak ohřívá TEHP. Ten využívá termoelektrické moduly (TEM) s doplňujícím elektrickým odporem.
,,TEM jsou běžně tvořeny dvěma keramickými deskami a několika termočlánky tvořenými n- a p-polovodičovými přechody. Ty jsou tepelně paralelně a elektricky zapojeny do série,“ uvedli akademici. ,,Když je dodáván proud, je teplo čerpáno z jímky chladu do jímky horké pomocí Peltierova jevu.“
Systém skladování tepelné energie (TES) využívající termoelektrické tepelné čerpadlo (TEHP)
Termoelektrickou část systému tvoří šest bloků TEHP. První tři používají konfiguraci jednostupňového termoelektrického tepelného čerpadla (OTEHP), každé využívá TEM s jedním výměníkem tepla na každé straně. Následující tři bloky TEHP obsahují dvoustupňová termoelektrická tepelná čerpadla (TTEHP) s pyramidovou konfigurací.
„Konstrukce tohoto mezilehlého výměníku tepla využívá vysoce účinný systém. Ten se sestává ze čtyř tepelných trubic s vodou jako pracovní tekutinou,“ dodali výzkumníci. ,,Přenos tepla z prvního stupně do druhého stupně probíhá těmito trubicemi prostřednictvím fázové změny vody.“
Výzkumníci také postavili prototyp systému a otestovali 45 scénářů. A to s různými napětími v rezistoru, vstupní teplotou úložiště a rychlostmi proudění vzduchu. Napětí byla 4 V, 6 V, 8 V nebo 10 V; vstupní teploty byly 120 °C, 160 °C nebo 200 °C. A rychlosti proudění vzduchu byly 13 m3/hod., 18 m3/hod. nebo 23 m3/hod.
„S nejvyšším studovaným průtokem vzduchu (23 m3/h) lze generovat 655,5 W tepla s COP 1,35. Čímž se teplota proudění vzduchu zvýší z okolní teploty na 113,1 °C,“ uzavřela skupina. „Integrace vyvinutého systému TEHP do procesu nabíjení systému akumulace tepelné energie založeného na elektrických odporech zvyšuje účinnost přeměny energie o 15 % a 30 % při teplotách skladování energie mezi 120 °C a 200 °C.”
Použití různých topných kapalin
Akademici také zjistili, že navrhovaná konfigurace systému může dosáhnout celkové účinnosti 112,6 % při 135 °C.
Systém se představil v článku „Vylepšení procesu přeměny energie z elektrické energie na teplo v cyklu akumulace tepelné energie pomocí termoelektrického tepelného čerpadla“. A ten se publikoval v Applied Thermal Engineering. Výzkumný tým se vytvořil vědci z Veřejné univerzity v Navarre, Národního centra pro obnovitelné zdroje energie Španělska a Průmyslové asociace Navarry.
Při pohledu do budoucna řekli, že chtějí porozumět chování systému při měnících se teplotách studeného zdroje a prozkoumat použití různých topných kapalin. A to včetně integrace materiálů s fázovou změnou (PCM).
Zdroj: pv-magazine, Vapol
