Unha nova investigación do Instituto Fraunhofer de Sistemas de Enerxía Solar de Alemaña (Fraunhofer ISE) demostrou que a combinación de sistemas fotovoltaicos de tellados con almacenamento de baterías e bombas de calor pode mellorar a eficiencia da bomba de calor ao tempo que se reduce a dependencia da electricidade da rede.
Os investigadores de Fraunhofer ISE estudaron como se poderían combinar os sistemas fotovoltaicos de tellados residenciais con bombas de calor e almacenamento de baterías.
Avaliaron o rendemento dun sistema de batería de bomba de calor fotovoltaica baseado nun control listo para a rede intelixente (SG) nunha casa unifamiliar construída en 1960 en Friburgo, Alemaña.
"Descubriuse que o control intelixente aumentou o funcionamento da bomba de calor ao aumentar as temperaturas establecidas", dixo o investigador Shubham Baraskar á revista pv. "O control SG-Ready aumentou a temperatura de subministración en 4,1 Kelvin para a preparación de auga quente, o que despois diminuíu o factor de rendemento estacional (SPF) nun 5,7% de 3,5 a 3,3. Ademais, para o modo de calefacción, o control intelixente diminuíu o SPF nun 4% de 5,0 a 4,8".
O SPF é un valor similar ao coeficiente de rendemento (COP), coa diferenza que se calcula durante un período máis longo con condicións de contorno variables.
Baraskar e os seus colegas explicaron os seus descubrimentos en "Análise do rendemento e funcionamento dun sistema de bomba de calor de batería fotovoltaica a partir de datos de medición de campo”, que foi publicado recentemente enAvances da enerxía solar.Dixeron que a principal vantaxe dos sistemas de bombas de calor fotovoltaicas consiste no seu reducido consumo de rede e os menores custos de electricidade.
O sistema de bomba de calor é unha bomba de calor terrestre de 13,9 kW deseñada cun almacenamento amortiguador para a calefacción do espazo. Tamén conta cun depósito de almacenamento e unha estación de auga doce para a produción de auga quente sanitaria (ACS). Ambas unidades de almacenamento están equipadas con quentadores eléctricos auxiliares.
O sistema fotovoltaico está orientado ao sur e ten un ángulo de inclinación de 30 graos. Ten unha potencia de saída de 12,3 kW e unha superficie de módulo de 60 metros cadrados. A batería está acoplada a CC e ten unha capacidade de 11,7 kWh. A vivenda seleccionada ten unha superficie habitable con calefacción de 256 m2 e unha demanda anual de calefacción de 84,3 kWh/m²a.
"A potencia de CC das unidades fotovoltaicas e de baterías convértese en CA mediante un inversor que ten unha potencia de CA máxima de 12 kW e unha eficiencia europea do 95%", explicaron os investigadores, sinalando que o control SG-ready é capaz de interactuar con a rede eléctrica e axustar o funcionamento do sistema en consecuencia. "Durante os períodos de alta carga da rede, o operador da rede pode apagar o funcionamento da bomba de calor para reducir a tensión da rede ou tamén pode someterse a un acendido forzado no caso contrario".
Baixo a configuración do sistema proposta, a enerxía fotovoltaica debe utilizarse inicialmente para as cargas da casa, subminíndose o excedente á batería. O exceso de enerxía só se pode exportar á rede, se a casa non precisa electricidade e a batería está completamente cargada. Se tanto o sistema fotovoltaico como a batería non son capaces de cubrir a demanda de enerxía da casa, pódese utilizar a rede eléctrica.
"O modo SG-Ready actívase cando a batería está completamente cargada ou se está cargando coa súa potencia máxima e aínda hai excedente fotovoltaico dispoñible", dixeron os académicos. "Ao revés, a condición de activación cúmprese cando a potencia fotovoltaica instantánea segue sendo inferior á demanda total do edificio durante polo menos 10 minutos".
A súa análise considerou os niveis de autoconsumo, a fracción solar, a eficiencia da bomba de calor e o impacto do sistema fotovoltaico e da batería na eficiencia do rendemento da bomba de calor. Usaron datos de alta resolución de 1 minuto de xaneiro a decembro de 2022 e descubriron que o control SG-Ready aumentou as temperaturas de subministración da bomba de calor en 4,1 K para o ACS. Tamén constataron que ese sistema conseguiu un autoconsumo global do 42,9% durante o ano, o que se traduce en beneficios económicos para os propietarios.
"A demanda de electricidade da [bomba de calor] foi cuberta nun 36% co sistema fotovoltaico/batería, nun 51% no modo de auga quente sanitaria e nun 28% no modo de calefacción", explicou o equipo de investigación, engadindo que as temperaturas máis altas do lavabo reduciron. a eficiencia da bomba de calor nun 5,7% en modo ACS e nun 4,0% en modo calefacción.
"Para a calefacción do espazo, tamén se atopou un efecto negativo do control intelixente", dixo Baraskar. "Debido ao control SG-Ready, a bomba de calor funciona na calefacción por riba das temperaturas do punto de referencia de calefacción. Isto débese a que o control probablemente aumentou a temperatura establecida de almacenamento e fixo funcionar a bomba de calor aínda que a calor non era necesaria para a calefacción do espazo. Tamén hai que ter en conta que as temperaturas de almacenamento excesivamente elevadas poden provocar maiores perdas de calor por almacenamento.
Os científicos dixeron que no futuro investigarán combinacións adicionais de FV/bomba de calor con diferentes conceptos de sistema e control.
"Hai que ter en conta que estes achados son específicos para os sistemas individuais avaliados e poden variar moito dependendo das especificacións do edificio e do sistema enerxético", concluíron.
Hora de publicación: 13-nov-2023