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