Una nova investigació de l'Institut Fraunhofer de Sistemes d'Energia Solar (Fraunhofer ISE) d'Alemanya ha demostrat que la combinació de sistemes fotovoltaics al terrat amb emmagatzematge de bateries i bombes de calor pot millorar l'eficiència de la bomba de calor alhora que redueix la dependència de l'electricitat de la xarxa.
Els investigadors de Fraunhofer ISE han estudiat com es podrien combinar els sistemes fotovoltaics de les cobertes residencials amb bombes de calor i emmagatzematge de bateries.
Van avaluar el rendiment d'un sistema de bateria de bomba de calor fotovoltaica basat en un control preparat per a la xarxa intel·ligent (SG) en una casa unifamiliar construïda el 1960 a Friburg, Alemanya.
"Es va trobar que el control intel·ligent augmentava el funcionament de la bomba de calor augmentant les temperatures establertes", va dir l'investigador Shubham Baraskar a la revista pv. "El control SG-Ready va augmentar la temperatura de subministrament en 4,1 Kelvin per a la preparació d'aigua calenta, que després va reduir el factor de rendiment estacional (SPF) un 5,7% de 3,5 a 3,3. A més, per al mode de calefacció de l'espai, el control intel·ligent va reduir el SPF un 4% de 5,0 a 4,8 ".
El SPF és un valor similar al coeficient de rendiment (COP), amb la diferència que es calcula durant un període més llarg amb condicions de límit variables.
Baraskar i els seus col·legues van explicar les seves troballes a "Anàlisi del rendiment i funcionament d'un sistema de bomba de calor de bateria fotovoltaica a partir de dades de mesura de camp”, que es va publicar recentment aAvenços de l'energia solar.Van dir que el principal avantatge dels sistemes de bomba de calor fotovoltaica consisteix en el consum reduït de la xarxa i els costos elèctrics més baixos.
El sistema de bomba de calor és una bomba de calor terrestre de 13,9 kW dissenyada amb un emmagatzematge d'amortiment per a la calefacció d'espais. També compta amb un dipòsit d'emmagatzematge i una estació d'aigua dolça per produir aigua calenta sanitària (ACS). Tots dos magatzems estan equipats amb escalfadors elèctrics auxiliars.
El sistema fotovoltaic està orientat al sud i té un angle d'inclinació de 30 graus. Té una potència de sortida de 12,3 kW i una superfície de mòdul de 60 metres quadrats. La bateria està acoblada a CC i té una capacitat d'11,7 kWh. La casa seleccionada té una superfície habitable climatitzada de 256 m2 i una demanda anual de calefacció de 84,3 kWh/m²a.
"La potència de CC de les unitats fotovoltaiques i de bateries es converteix en CA mitjançant un inversor que té una potència CA màxima de 12 kW i una eficiència europea del 95%", van explicar els investigadors, i van assenyalar que el control preparat per SG és capaç d'interaccionar amb la xarxa elèctrica i ajustar el funcionament del sistema corresponent. "Durant els períodes d'alta càrrega de la xarxa, l'operador de la xarxa pot apagar el funcionament de la bomba de calor per reduir la tensió de la xarxa o també pot sofrir un encès forçat en el cas contrari".
Sota la configuració del sistema proposada, l'energia fotovoltaica s'ha d'utilitzar inicialment per a les càrregues de l'habitatge, i l'excedent s'ha de subministrar a la bateria. L'excés d'energia només es podria exportar a la xarxa, si la llar no necessita electricitat i la bateria està completament carregada. Si tant el sistema fotovoltaic com la bateria no són capaços de cobrir la demanda energètica de l'habitatge, es pot utilitzar la xarxa elèctrica.
"El mode SG-Ready s'activa quan la bateria està completament carregada o s'està carregant a la seva màxima potència i encara hi ha un excedent fotovoltaic disponible", van dir els acadèmics. "Per contra, la condició d'activació es compleix quan la potència fotovoltaica instantània segueix sent inferior a la demanda total de l'edifici durant almenys 10 minuts".
La seva anàlisi va considerar els nivells d'autoconsum, la fracció solar, l'eficiència de la bomba de calor i l'impacte del sistema fotovoltaic i de la bateria en l'eficiència del rendiment de la bomba de calor. Van utilitzar dades d'alta resolució d'1 minut de gener a desembre de 2022 i van trobar que el control SG-Ready va augmentar les temperatures de subministrament de la bomba de calor en 4,1 K per a l'ACS. També van comprovar que el sistema va aconseguir un autoconsum global del 42,9% durant l'any, la qual cosa es tradueix en beneficis econòmics per als propietaris.
"La demanda d'electricitat de la [bomba de calor] es va cobrir en un 36% amb el sistema fotovoltaic/bateria, passant per un 51% en mode d'aigua calenta sanitària i un 28% en mode de calefacció", va explicar l'equip d'investigació, i va afegir que les temperatures més altes de l'aigüera van reduir. eficiència de la bomba de calor en un 5,7% en mode ACS i en un 4,0% en mode de calefacció.
"Per a la calefacció d'espais, també es va trobar un efecte negatiu del control intel·ligent", va dir Baraskar. "A causa del control SG-Ready, la bomba de calor funciona en la calefacció d'espais per sobre de les temperatures de consigna de calefacció. Això va ser perquè el control probablement va augmentar la temperatura establerta d'emmagatzematge i va fer funcionar la bomba de calor tot i que la calor no era necessària per a la calefacció de l'espai. També s'ha de tenir en compte que les temperatures d'emmagatzematge excessives altes poden provocar pèrdues de calor més altes per l'emmagatzematge".
Els científics van dir que en el futur investigaran combinacions addicionals de FV/bomba de calor amb diferents sistemes i conceptes de control.
"Cal tenir en compte que aquestes troballes són específiques per als sistemes individuals avaluats i poden variar molt en funció de les especificacions de l'edifici i del sistema energètic", van concloure.
Hora de publicació: 13-nov-2023