Nghiên cứu mới của Viện Hệ thống Năng lượng Mặt trời Fraunhofer (Fraunhofer ISE) của Đức đã chỉ ra rằng việc kết hợp hệ thống PV trên mái nhà với bộ lưu trữ pin và bơm nhiệt có thể cải thiện hiệu suất bơm nhiệt đồng thời giảm sự phụ thuộc vào điện lưới.
Các nhà nghiên cứu của Fraunhofer ISE đã nghiên cứu cách kết hợp hệ thống quang điện trên mái nhà dân dụng với máy bơm nhiệt và bộ lưu trữ pin.
Họ đã đánh giá hiệu suất của hệ thống bơm nhiệt PV dựa trên điều khiển sẵn sàng của lưới điện thông minh (SG) trong một ngôi nhà dành cho một gia đình được xây dựng vào năm 1960 tại Freiburg, Đức.
Nhà nghiên cứu Shubham Baraskar nói với tạp chí pv: “Người ta nhận thấy rằng bộ điều khiển thông minh đã tăng cường hoạt động của bơm nhiệt bằng cách tăng nhiệt độ đã đặt”. “Bộ điều khiển SG-Ready đã tăng nhiệt độ nguồn lên 4,1 Kelvin để chuẩn bị nước nóng, sau đó làm giảm hệ số hiệu suất theo mùa (SPF) xuống 5,7% từ 3,5 xuống 3,3. Hơn nữa, đối với chế độ sưởi ấm không gian, điều khiển thông minh đã giảm SPF xuống 4% từ 5,0 xuống 4,8.”
SPF là một giá trị tương tự như hệ số hiệu suất (COP), với sự khác biệt được tính toán trong một khoảng thời gian dài hơn với các điều kiện biên khác nhau.
Baraskar và các đồng nghiệp của ông đã giải thích những phát hiện của họ trong “Phân tích hiệu suất và hoạt động của hệ thống bơm nhiệt pin quang điện dựa trên dữ liệu đo đạc hiện trường,” được xuất bản gần đây trênNhững tiến bộ về năng lượng mặt trời.Họ cho biết ưu điểm chính của hệ thống bơm nhiệt PV bao gồm giảm mức tiêu thụ điện lưới và chi phí điện năng thấp hơn.
Hệ thống bơm nhiệt là máy bơm nhiệt nguồn mặt đất 13,9 kW được thiết kế với bộ lưu trữ đệm để sưởi ấm không gian. Nó cũng dựa vào bể chứa và trạm nước ngọt để sản xuất nước nóng sinh hoạt (DHW). Cả hai kho chứa đều được trang bị lò sưởi phụ trợ bằng điện.
Hệ thống PV hướng về phía Nam và có góc nghiêng 30 độ. Nó có công suất đầu ra là 12,3 kW và diện tích mô-đun là 60 mét vuông. Pin được ghép nối DC và có công suất 11,7 kWh. Ngôi nhà được chọn có không gian sống được sưởi ấm rộng 256 m2 và nhu cầu sưởi ấm hàng năm là 84,3 kWh/m2a.
Các nhà nghiên cứu giải thích: “Nguồn DC từ các bộ pin và PV được chuyển đổi thành AC thông qua một biến tần có công suất AC tối đa là 12 kW và hiệu suất Châu Âu là 95%”, đồng thời lưu ý rằng bộ điều khiển SG sẵn sàng có thể tương tác với lưới điện và điều chỉnh hoạt động của hệ thống cho phù hợp. “Trong thời gian tải lưới cao, người vận hành lưới có thể tắt hoạt động bơm nhiệt để giảm sức căng của lưới hoặc cũng có thể buộc phải bật trong trường hợp ngược lại.”
Theo cấu hình hệ thống được đề xuất, nguồn điện PV ban đầu phải được sử dụng cho các phụ tải trong nhà, phần điện dư sẽ được cung cấp cho pin. Lượng điện dư thừa chỉ có thể được xuất lên lưới điện nếu hộ gia đình không cần dùng điện và pin đã được sạc đầy. Nếu cả hệ thống PV và pin đều không thể đáp ứng nhu cầu năng lượng của ngôi nhà thì có thể sử dụng lưới điện.
Các học giả cho biết: “Chế độ SG-Ready được kích hoạt khi pin đã được sạc đầy hoặc đang sạc ở mức công suất tối đa và vẫn còn dư lượng PV”. “Ngược lại, điều kiện kích hoạt được đáp ứng khi công suất quang điện tức thời vẫn thấp hơn tổng nhu cầu của tòa nhà trong ít nhất 10 phút.”
Phân tích của họ đã xem xét mức độ tự tiêu thụ, tỷ lệ năng lượng mặt trời, hiệu suất bơm nhiệt và tác động của hệ thống PV và pin đến hiệu suất hoạt động của bơm nhiệt. Họ đã sử dụng dữ liệu 1 phút có độ phân giải cao từ tháng 1 đến tháng 12 năm 2022 và nhận thấy rằng bộ điều khiển SG-Ready đã tăng nhiệt độ nguồn cung cấp bơm nhiệt lên 4,1 K cho DHW. Họ cũng xác định chắc chắn rằng hệ thống đã đạt được mức tự tiêu thụ tổng thể là 42,9% trong năm, điều này mang lại lợi ích tài chính cho chủ sở hữu nhà.
Nhóm nghiên cứu giải thích: “Nhu cầu điện cho [bơm nhiệt] được đáp ứng 36% nhờ hệ thống PV/pin, 51% ở chế độ nước nóng sinh hoạt và 28% ở chế độ sưởi ấm không gian”. hiệu suất bơm nhiệt tăng 5,7% ở chế độ DHW và 4,0% ở chế độ sưởi ấm không gian.
Baraskar cho biết: “Đối với việc sưởi ấm không gian, người ta cũng thấy tác động tiêu cực của điều khiển thông minh. “Do điều khiển SG-Ready, bơm nhiệt hoạt động ở nhiệt độ không gian cao hơn nhiệt độ điểm đặt nhiệt. Điều này là do bộ điều khiển có thể đã tăng nhiệt độ cài đặt bảo quản và vận hành bơm nhiệt mặc dù không cần nhiệt để sưởi ấm không gian. Cũng cần lưu ý rằng nhiệt độ bảo quản quá cao có thể dẫn đến tổn thất nhiệt khi bảo quản cao hơn.”
Các nhà khoa học cho biết họ sẽ nghiên cứu thêm các tổ hợp PV/bơm nhiệt với các khái niệm hệ thống và điều khiển khác nhau trong tương lai.
Họ kết luận: “Cần phải lưu ý rằng những phát hiện này là cụ thể đối với từng hệ thống được đánh giá riêng lẻ và có thể khác nhau rất nhiều tùy thuộc vào thông số kỹ thuật của tòa nhà và hệ thống năng lượng”.
Thời gian đăng: 13-11-2023