Vědci v Itálii spojili vzduchové tepelné čerpadlo poháněné fotovoltaickými články s vodním zásobníkem pro akumulaci tepelné energie, aby mohli v rámci modernizace zásobovat obytné budovy teplou vodou. Tvrdí, že navržená konfigurace systému může dosáhnout „žádoucího“ tepelného výkonu a zároveň snížit roční spotřebu elektrické energie.
Čerpadlo poháněné fotovoltaickými články
Výzkumníci z Boloňské univerzity v Itálii vyvinuli nové řešení modernizace pro ohřev teplé vody (TUV). To využívá systém tepelného čerpadla poháněného fotovoltaickými články a využívající zásobník vody pro akumulaci tepelné energie.
Systém by měl nahradit tradiční elektrické kotle a jeho cílem je oddělit výrobu energie od poptávky. Vědci uvedli, že novinka jejich přístupu spočívá ve vytvoření dvou úrovní skladování tepelné energie, aby se plně využil potenciál fotovoltaického systému.
Systém e-TANK
„První úroveň akumulace zajišťuje velká centralizovaná vodní nádrž. Nádrž je vybavená programovatelným řídicím systémem. Tento program využívá vodní nádrže jako vyrovnávací paměť a umožňuje tepelnému čerpadlu pracovat za žádoucích podmínek,“ vysvětlili. „Druhou úroveň skladování energie zajišťují inovativní štíhlé a modulární decentralizované zásobníky, dále nazývané e-TANK. Jsou určené k výrobě a skladování teplé vody a zajišťují vyšší tepelnou účinnost a zároveň větší autonomii uživatelů díky lokálním zásobníkům instalovaným v každém bytě.“
Systém e-TANK se skládá z nádrže na vodu a hydronického modulu. Modul navrhla rakouská specializovaná společnost Pink GmbH. Oba komponenty jsou namontované na stěnu na ocelovém rámu. Zásobník je rovněž vybavený vnitřním šroubovým výměníkem tepla, který je napojený na dvoutrubkovou teplovodní síť. Tuto síť lze použít buď pro nabíjení zásobníků teplé vody, nebo pro účely vytápění. Během nabíjení během dne může pracovat při vysokých teplotách. Ve srovnání s běžnými kotli má nižší tepelné ztráty z potrubní sítě a nižší spotřebu oběhových čerpadel.
Software TRNSYS
Prostřednictvím softwaru TRNSYS, který se používá k simulaci chování přechodných systémů obnovitelných zdrojů, výzkumná skupina simulovala navrhovanou konfiguraci systému v obytné budově nacházející se v Katánii na Sicílii v jižní Itálii. Dále předpokládala, že by mohla být napájená fotovoltaickým systémem o výkonu 13,5 kW složeným z 36 monokrystalických modulů.
Elektrická energie vyrobená fotovoltaickým panelem by mohla být buď využívaná reverzibilním systémem vzduch-voda s topným výkonem 26,0 kW a koeficientem účinnosti (COP) 3,10, nebo uložená v baterii o kapacitě 20 kWh. „Maximální teplota vody dodávané tepelným čerpadlem se rovná 65 °C. A to při venkovní teplotě mezi 5 °C a 19 °C,“ uvedli výzkumníci.
Získané výsledky
Akademici porovnali energetickou účinnost navrhovaného řešení modernizace se stávajícím systémem v pilotní budově. Zjistili, že systém dosahuje „žádoucího“ tepelného výkonu při nabíjení i vybíjení.
„Výsledek získaný na základě dynamických simulací ukázal, že systém e-TANK snižuje roční spotřebu energie na výrobu teplé vody o více než 7 200 kWh ve srovnání se stávajícím systémem TUV,“ vysvětlili. „Ukázalo se, že typický centralizovaný systém vyžaduje pro oběhové čerpadlo přibližně 11krát více elektrické energie než řešení e-TANK.“
Zjistili také, že po dobu 20 let má nové řešení o 6,1 % nižší náklady životního cyklu (LCC) ve srovnání s tradičními kotli. „Dále se ukázalo, že použití navrhovaného systému PV-BESS pro výrobu elektřiny snižuje potřebu primární energie o 7,1 MWh/rok ve srovnání s případem, kdy se elektřina dodává ze sítě,“ zdůraznili.
Publikace řešení
Tým představil nové řešení v článku „Technicko-ekonomická analýza nového řešení modernizace systému pro přípravu teplé vody v domácnosti: A comparative study“, publikovaném v časopise Energy Conversion and Management. „Očekává se, že výsledky této studie pro pilotní budovu se rozšíří na významnou část stávajícího evropského fondu budov,“ uzavřel.
Zdroje: pv-magazine, Towpoint
