Nový výzkum německého Fraunhoferova institutu pro solární energetické systémy (Fraunhofer ISE) ukázal, že kombinace střešních fotovoltaických systémů s bateriovým úložištěm a tepelnými čerpadly může zlepšit účinnost tepelného čerpadla. A zároveň tak snížit závislost na elektrické síti.
Výzkumníci z Fraunhofer ISE studovali, jak by se daly obytné střešní fotovoltaické systémy kombinovat s tepelnými čerpadly a bateriovým úložištěm.
Hodnotili výkon systému fotovoltaického tepelného čerpadla a baterie založeného na řízení připraveném pro inteligentní síť (SG) v rodinném domě postaveném v roce 1960 v německém Freiburgu.
,,Zjistilo se, že inteligentní ovládání zvýšilo provoz tepelného čerpadla zvýšením nastavených teplot,“ řekl výzkumník Shubham Baraskar. „Řízení SG-Ready zvýšilo výstupní teplotu o 4,1 Kelvina pro přípravu teplé vody. Což následně snížilo sezónní výkonnostní faktor (SPF) o 5,7 % z 3,5 na 3,3. Navíc u režimu prostorového vytápění inteligentní ovládání snížilo SPF o 4 % z 5,0 na 4,8.
SPF je hodnota podobná koeficientu výkonu (COP), s tím rozdílem, že se počítá za delší období s měnícími se okrajovými podmínkami.
Baraskar a jeho kolegové vysvětlili svá zjištění v „Analýze výkonu a provozu systému tepelného čerpadla s fotovoltaickou baterií na základě dat z měření v terénu“. Ta se nedávno publikovala v Solar Energy Advances. Uvedli, že hlavní výhoda systémů FV tepelných čerpadel spočívá v jejich snížené spotřebě sítě a nižších nákladech na elektřinu.
Hlavní výhody a kombinace FV tepelných čerpadel
Systém tepelného čerpadla je 13,9 kW tepelné čerpadlo země-voda navržené s akumulačním zásobníkem pro vytápění. Spoléhá se také na akumulační nádrž a stanici sladké vody pro přípravu teplé užitkové vody (TUV). Obě akumulační jednotky se vybavují elektrickými pomocnými ohřívači.
FV systém se orientuje na jih a má úhel sklonu 30 stupňů. Má výkon 12,3 kW a modulovou plochu 60 m². Baterie je stejnosměrná a má kapacitu 11,7 kWh. Vybraný dům má vytápěnou obytnou plochu 256 m² a roční potřebu tepla na vytápění 84,3 kWh/m².
„Směrný proud z fotovoltaických a bateriových jednotek se převádí na střídavý proud přes invertor. Ten má maximální střídavý výkon 12 kW a evropskou účinnost 95 %,“ vysvětlili výzkumníci s tím, že ovládání SG-ready je schopné spolupracovat s elektrické sítě a odpovídajícím způsobem upravit provoz systému. ,,Během období vysokého zatížení sítě může provozovatel sítě vypnout provoz tepelného čerpadla, aby se snížilo namáhání sítě, nebo může v opačném případě podstoupit nucené zapnutí.“
Podle navrhované konfigurace systému se musí FV energie zpočátku využívat pro domácí zátěže, přičemž přebytek se musí dodat do baterie. Přebytečný výkon se exportuje do sítě pouze v případě, že domácnost nepotřebuje elektřinu a baterie je zcela nabitá. Pokud FV systém ani baterie nejsou schopny pokrýt energetickou potřebu domu, lze použít elektrickou síť.
Analýza o pokrytí režimu
,,Režim SG-Ready se aktivuje, když je baterie plně nabitá nebo se nabíjí na maximální výkon a stále je k dispozici přebytek fotovoltaiky,“ uvedli akademici. ,,Naopak, spouštěcí podmínka je splněna, když okamžitý FV výkon zůstane nižší než celková potřeba budovy po dobu alespoň 10 minut.“
Jejich analýza zvažovala úrovně vlastní spotřeby, podíl solární energie, účinnost tepelného čerpadla a vliv FV systému a baterie na účinnost výkonu tepelného čerpadla. Použili 1minutová data s vysokým rozlišením od ledna do prosince 2022. A zjistili, že regulace SG-Ready zvýšila přívodní teploty tepelného čerpadla o 4,1 K pro TUV. Zjistili také, že systém dosáhl v průběhu roku celkové vlastní spotřeby 42,9 %. Což se promítá do finančního přínosu pro majitele domů.
„Potřeba elektřiny pro tepelné čerpadlo se pokryla z 36 % pomocí fotovoltaického/bateriového systému, přes 51 % v režimu teplé užitkové vody a 28 % v režimu prostorového vytápění,“ vysvětlil výzkumný tým a dodal, že vyšší teploty dřezu snížily účinnost tepelného čerpadla o 5,7 % v režimu TUV a o 4,0 % v režimu prostorového vytápění.
,,U prostorového vytápění se také zjistil negativní vliv chytrého ovládání,“ řekl Baraskar. „Vzhledem k ovládání SG-Ready fungovalo tepelné čerpadlo při prostorovém vytápění nad nastavenou teplotou vytápění. Bylo to proto, že regulace pravděpodobně zvýšila akumulační nastavenou teplotu a provozovala tepelné čerpadlo, i když teplo nebylo potřeba pro vytápění prostoru. Je třeba také vzít v úvahu, že příliš vysoké skladovací teploty mohou vést k vyšším ztrátám akumulačního tepla.“
Vědci uvedli, že v budoucnu prozkoumají další kombinace FV/tepelných čerpadel s různými koncepcemi systému a řízení.
„Je třeba poznamenat, že tato zjištění jsou specifická pro jednotlivé hodnocené systémy a mohou se značně lišit v závislosti na specifikaci budovy a energetického systému,“ uzavřeli.
Zdroj: pv-magazine, TowPoint
