Ny forskning fra Tysklands Fraunhofer-institutt for solenergisystemer (Fraunhofer ISE) har vist at kombinasjon av solcelleanlegg på taket med batterilagring og varmepumper kan forbedre varmepumpens effektivitet samtidig som man reduserer avhengigheten av nettelektrisitet.
Fraunhofer ISE-forskere har studert hvordan solcelleanlegg på taket kan kombineres med varmepumper og batterilagring.
De vurderte ytelsen til et PV-varmepumpe-batterisystem basert på en smart-grid (SG)-klar kontroll i et enebolig bygget i 1960 i Freiburg, Tyskland.
"Det ble funnet at den smarte kontrollen økte varmepumpens drift ved å øke de innstilte temperaturene," sa forsker Shubham Baraskar til pv magazine. "SG-Ready-kontrollen økte tilførselstemperaturen med 4,1 Kelvin for varmtvannstilberedning, som deretter reduserte sesongeffektfaktoren (SPF) med 5,7 % fra 3,5 til 3,3. Dessuten, for romoppvarmingsmodus reduserte den smarte kontrollen SPF med 4 % fra 5,0 til 4,8.
SPF er en verdi som ligner på ytelseskoeffisienten (COP), med forskjellen den beregnes over en lengre periode med varierende randbetingelser.
Baraskar og hans kolleger forklarte funnene sine i "Analyse av ytelsen og driften av et solcellebatteri-varmepumpesystem basert på feltmålingsdata", som nylig ble publisert iSolenergi fremskritt.De sa at hovedfordelen med PV-varmepumpesystemer består av redusert nettforbruk og lavere strømkostnader.
Varmepumpesystemet er en 13,9 kW bergvarmepumpe designet med bufferlager for romoppvarming. Den er også avhengig av en lagringstank og en ferskvannsstasjon for å produsere varmtvann til husholdningsbruk (DHW). Begge lagerenhetene er utstyrt med elektriske tilleggsvarmer.
PV-anlegget er sørvendt og har en tiltvinkel på 30 grader. Den har en effekt på 12,3 kW og et modulareal på 60 kvadratmeter. Batteriet er DC-koblet og har en kapasitet på 11,7 kWh. Det valgte huset har et oppvarmet boareal på 256 m2 og et årlig varmebehov på 84,3 kWh/m²a.
"DC-kraften fra PV- og batterienheter konverteres til AC via en omformer som har en maksimal AC-effekt på 12 kW og en europeisk effektivitet på 95 %," forklarte forskerne og la merke til at den SG-klare kontrollen er i stand til å samhandle med strømnettet og justere anleggets drift tilsvarende. "I periodene med høy nettbelastning kan nettoperatøren slå av varmepumpedriften for å redusere nettbelastningen eller kan også gjennomgå en tvungen påstenging i motsatt tilfelle."
Under den foreslåtte systemkonfigurasjonen må PV-strøm i utgangspunktet brukes til huslastene, med overskudd tilført batteriet. Overflødig strøm kan bare eksporteres til nettet hvis husholdningen ikke trenger strøm og batteriet er fulladet. Dersom både solcelleanlegget og batteriet ikke klarer å dekke husets energibehov, kan strømnettet benyttes.
"SG-Ready-modusen aktiveres når batteriet er fulladet eller lades med maksimal effekt og det fortsatt er PV-overskudd tilgjengelig," sa akademikerne. "Omvendt er utløserbetingelsen oppfylt når den øyeblikkelige PV-effekten forblir lavere enn det totale bygningsbehovet i minst 10 minutter."
Analysen deres tok for seg selvforbruksnivåer, solfraksjon, varmepumpeeffektivitet og effekten av PV-systemet og batteriet på varmepumpens ytelseseffektivitet. De brukte høyoppløselige 1-minutters data fra januar til desember 2022 og fant ut at SG-Ready-kontrollen økte varmepumpens tilførselstemperaturer med 4,1 K for varmtvann. De konstaterte også at systemet oppnådde et samlet egenforbruk på 42,9 % i løpet av året, noe som gir økonomiske fordeler for huseierne.
"Elektrisitetsbehovet for [varmepumpen] ble dekket med 36 % med PV/batterisystemet, gjennom 51 % i varmtvannsmodus til husholdningsbruk og 28 % i romoppvarmingsmodus," forklarte forskerteamet og la til at høyere vasketemperaturer reduserte varmepumpeeffektivitet med 5,7 % i varmtvannsmodus og med 4,0 % i romoppvarmingsmodus.
"For romoppvarming ble det også funnet en negativ effekt av den smarte kontrollen," sa Baraskar. "På grunn av SG-Ready-styringen drev varmepumpen romoppvarming over oppvarmingens settpunkttemperaturer. Dette var fordi kontrollen sannsynligvis økte den innstilte lagringstemperaturen og drev varmepumpen selv om varmen ikke var nødvendig for romoppvarming. Det bør også tas i betraktning at for høye lagringstemperaturer kan føre til høyere lagringsvarmetap."
Forskerne sa at de vil undersøke ytterligere PV/varmepumpekombinasjoner med forskjellige system- og kontrollkonsepter i fremtiden.
"Det må bemerkes at disse funnene er spesifikke for de individuelle evaluerte systemene og kan variere sterkt avhengig av bygnings- og energisystemspesifikasjonene," konkluderte de.
Innleggstid: 13. november 2023