วิธีรวมปั๊มความร้อนสำหรับที่อยู่อาศัยเข้ากับ PV, ที่เก็บแบตเตอรี่

นักวิจัยของ Fraunhofer ISE ได้ศึกษาว่าระบบ PV บนชั้นดาดฟ้าสำหรับที่พักอาศัยสามารถใช้ร่วมกับปั๊มความร้อนและที่เก็บแบตเตอรี่ได้อย่างไร

พวกเขาประเมินประสิทธิภาพของระบบแบตเตอรี่ปั๊มความร้อน PV โดยอิงตามการควบคุมแบบสมาร์ทกริด (SG) ในบ้านเดี่ยวที่สร้างขึ้นในปี 1960 ในเมืองไฟรบูร์ก ประเทศเยอรมนี

“พบว่าระบบควบคุมอัจฉริยะเพิ่มการทำงานของปั๊มความร้อนโดยการเพิ่มอุณหภูมิที่ตั้งไว้” นักวิจัย Shubham Baraskar กล่าวกับนิตยสาร pv “การควบคุม SG-Ready เพิ่มอุณหภูมิการจ่าย 4.1 เคลวินสำหรับการเตรียมน้ำร้อน ซึ่งจากนั้นลดปัจจัยด้านประสิทธิภาพตามฤดูกาล (SPF) ลง 5.7% จาก 3.5 เป็น 3.3 นอกจากนี้ สำหรับโหมดการทำความร้อนในพื้นที่ ระบบควบคุมอัจฉริยะยังลด SPF ลง 4% จาก 5.0 เป็น 4.8”

SPF เป็นค่าที่คล้ายกับค่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพ (COP) โดยจะคำนวณความแตกต่างในช่วงเวลาที่นานกว่าโดยมีเงื่อนไขขอบเขตที่แตกต่างกัน

Baraskar และเพื่อนร่วมงานของเขาอธิบายสิ่งที่ค้นพบใน “การวิเคราะห์ประสิทธิภาพและการทำงานของระบบปั๊มความร้อนแบตเตอรี่ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ตามข้อมูลการวัดภาคสนาม” ซึ่งเพิ่งเผยแพร่เมื่อเร็ว ๆ นี้ในความก้าวหน้าของพลังงานแสงอาทิตย์พวกเขากล่าวว่าข้อได้เปรียบหลักของระบบปั๊มความร้อน PV ประกอบด้วยการใช้กริดที่ลดลงและค่าไฟฟ้าที่ลดลง

ระบบปั๊มความร้อนคือปั๊มความร้อนจากแหล่งกราวด์ขนาด 13.9 กิโลวัตต์ที่ออกแบบพร้อมที่เก็บบัฟเฟอร์เพื่อให้ความร้อนในพื้นที่ นอกจากนี้ยังอาศัยถังเก็บและสถานีน้ำจืดเพื่อผลิตน้ำร้อนภายในบ้าน (DHW) หน่วยเก็บข้อมูลทั้งสองมีการติดตั้งเครื่องทำความร้อนเสริมไฟฟ้า

ระบบ PV หันไปทางทิศใต้และมีมุมเอียง 30 องศา มีกำลังขับ 12.3 kW และพื้นที่โมดูล 60 ตารางเมตร แบตเตอรี่เป็นแบบ DC Coupled และมีความจุ 11.7 kWh บ้านที่เลือกมีพื้นที่อยู่อาศัยที่มีเครื่องทำความร้อน 256 ตารางเมตร และความต้องการเครื่องทำความร้อนต่อปีที่ 84.3 kWh/m²a

“พลังงาน DC จาก PV และหน่วยแบตเตอรี่จะถูกแปลงเป็น AC ผ่านอินเวอร์เตอร์ซึ่งมีกำลังไฟ AC สูงสุด 12 kW และประสิทธิภาพของยุโรปที่ 95%” นักวิจัยอธิบาย โดยสังเกตว่าการควบคุมที่พร้อมใช้งาน SG สามารถโต้ตอบกับ โครงข่ายไฟฟ้าและปรับการทำงานของระบบให้สอดคล้องกัน “ในช่วงเวลาที่มีภาระกริดสูง ผู้ปฏิบัติงานโครงข่ายสามารถปิดการทำงานของปั๊มความร้อนเพื่อลดความตึงเครียดของโครงข่าย หรือยังสามารถได้รับการบังคับเปิดในกรณีตรงกันข้าม”

ภายใต้การกำหนดค่าระบบที่เสนอ จะต้องใช้พลังงาน PV ในขั้นต้นสำหรับโหลดในโรงเลี้ยง โดยจะมีการจ่ายส่วนเกินให้กับแบตเตอรี่ พลังงานส่วนเกินสามารถส่งออกไปยังโครงข่ายไฟฟ้าได้เท่านั้น หากครัวเรือนไม่จำเป็นต้องใช้ไฟฟ้าและชาร์จแบตเตอรี่จนเต็มแล้ว หากทั้งระบบ PV และแบตเตอรี่ไม่สามารถตอบสนองความต้องการพลังงานของบ้านได้ ก็สามารถใช้โครงข่ายไฟฟ้าได้

“โหมด SG-Ready จะถูกเปิดใช้งานเมื่อแบตเตอรี่ชาร์จเต็มหรือกำลังชาร์จด้วยกำลังสูงสุด และยังมี PV ส่วนเกินอยู่” นักวิชาการกล่าว “ในทางกลับกัน จะเป็นไปตามเงื่อนไขการหยุดทำงานเมื่อพลังงาน PV ทันทียังคงต่ำกว่าความต้องการอาคารทั้งหมดเป็นเวลาอย่างน้อย 10 นาที”

การวิเคราะห์ของพวกเขาพิจารณาระดับการบริโภคด้วยตนเอง สัดส่วนพลังงานแสงอาทิตย์ ประสิทธิภาพของปั๊มความร้อน และผลกระทบของระบบ PV และแบตเตอรี่ที่มีต่อประสิทธิภาพการทำงานของปั๊มความร้อน พวกเขาใช้ข้อมูลความละเอียดสูง 1 นาทีตั้งแต่เดือนมกราคมถึงธันวาคม 2022 และพบว่าการควบคุม SG-Ready เพิ่มอุณหภูมิการจ่ายปั๊มความร้อนขึ้น 4.1 K สำหรับ DHW พวกเขายังยืนยันด้วยว่าระบบประสบความสำเร็จในการบริโภคเองโดยรวมที่ 42.9% ในระหว่างปี ซึ่งแปลเป็นผลประโยชน์ทางการเงินสำหรับเจ้าของบ้าน

“ความต้องการไฟฟ้าสำหรับ [ปั๊มความร้อน] ถูกครอบคลุม 36% ด้วยระบบ PV/แบตเตอรี่ ผ่าน 51% ในโหมดน้ำร้อนในครัวเรือน และ 28% ในโหมดทำความร้อนในอวกาศ” ทีมวิจัยอธิบาย โดยเสริมว่าอุณหภูมิอ่างล้างจานที่สูงขึ้นลดลง ประสิทธิภาพปั๊มความร้อน 5.7% ในโหมด DHW และ 4.0% ในโหมดทำความร้อนในพื้นที่

“สำหรับการทำความร้อนในพื้นที่ ก็พบผลเสียของการควบคุมอัจฉริยะเช่นกัน” Baraskar กล่าว “เนื่องจากการควบคุม SG-Ready ปั๊มความร้อนจึงทำงานในการทำความร้อนในพื้นที่สูงกว่าอุณหภูมิจุดทำความร้อนที่ตั้งไว้ เนื่องจากการควบคุมอาจเพิ่มอุณหภูมิที่ตั้งไว้ของการจัดเก็บและใช้งานปั๊มความร้อนแม้ว่าจะไม่จำเป็นต้องใช้ความร้อนในการทำความร้อนในพื้นที่ก็ตาม ควรพิจารณาด้วยว่าอุณหภูมิในการจัดเก็บที่สูงเกินไปอาจนำไปสู่การสูญเสียความร้อนในการจัดเก็บที่สูงขึ้นได้”

นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าพวกเขาจะตรวจสอบการผสมผสาน PV/ปั๊มความร้อนเพิ่มเติมกับระบบและแนวคิดการควบคุมที่แตกต่างกันในอนาคต

“ต้องสังเกตว่าการค้นพบนี้มีความเฉพาะเจาะจงสำหรับระบบที่ได้รับการประเมินแต่ละระบบ และอาจแตกต่างกันอย่างมากขึ้นอยู่กับข้อกำหนดของอาคารและระบบพลังงาน” พวกเขาสรุป