I ricercatori del Frauhofer ISE tedesco hanno analizzato le prestazioni di una pompa di calore residenziale collegata a un sistema fotovoltaico sul tetto basato sull'accumulo di batterie e hanno scoperto che questa combinazione migliora significativamente le prestazioni della pompa di calore, aumentando considerevolmente anche il tasso di autoconsumo del pannello solare.
Un gruppo di ricercatori dell'Istituto Fraunhofer per i sistemi di energia solare (Fraunhofer ISE) in Germania ha studiato le prestazioni delle pompe di calore (HP) predisposte per la rete intelligente combinate con la generazione di energia solare sul tetto e lo stoccaggio di batterie in case unifamiliari e ha scoperto che sia gli array fotovoltaici che le batterie possono migliorare significativamente le prestazioni delle pompe di calore.
Gli HP predisposti per la Smart Grid possono essere spenti dal gestore della rete durante i periodi di carico di rete elevato. Offrono inoltre il vantaggio di massimizzare l’autoconsumo fotovoltaico regolando il loro funzionamento in base all’energia solare disponibile.
“La modalità smart grid ready viene attivata quando la batteria è completamente carica o si sta caricando alla sua massima potenza e c’è ancora un surplus fotovoltaico disponibile”, hanno detto gli scienziati, sottolineando che gli HP smart grid ready possono regolare il loro funzionamento in una rete. modo orientato. “Al contrario, la condizione di attivazione è soddisfatta quando la potenza FV istantanea rimane inferiore alla domanda totale dell’edificio per almeno 10 minuti.”
Gli accademici hanno analizzato, in particolare, le prestazioni di un sistema PV-HP utilizzando dati di campo con risoluzione di 1 minuto provenienti da una casa bifamiliare unifamiliare costruita nel 1960 a Friburgo, nel sud della Germania. La casa ha un fabbisogno annuo di riscaldamento di 84.3 kWh/m²a e una superficie abitabile riscaldata di 256 m2.
La loro analisi ha considerato come il controllo intelligente utilizzato nel sistema di accumulo solare può influenzare le prestazioni della pompa di calore. Hanno preso in considerazione gli indicatori chiave di prestazione (KPI) come il tasso di autoconsumo, la frazione solare, il fattore di prestazione stagionale e la curva di riscaldamento. "Può essere utile valutare le prestazioni della pompa di calore solo per l'elettricità consumata dalla rete", hanno spiegato. “Questo approccio si basa sul presupposto che l’elettricità generata dal fotovoltaico domestico e dalle batterie sia effettivamente gratuita per i proprietari di case”.
La configurazione del sistema proposta comprende una pompa di calore geotermica da 13.9 kW destinata al riscaldamento degli ambienti e all'acqua calda sanitaria (ACS), un sistema fotovoltaico da 12.3 kW orientato a sud con un angolo di inclinazione di 30 gradi, un inverter da 12 kW e un impianto accoppiato in corrente continua. batteria con una capacità di 11.7 kWh.
Dall'analisi è emerso che nel corso dell'anno l'impianto FV-HP è riuscito a raggiungere un tasso di autoconsumo medio del 42.9%, con i picchi più alti raggiunti in inverno. “Al contrario, un surplus elevato di fotovoltaico porta a un minore autoconsumo in estate, in genere durante le ore di punta della luce solare”, ha spiegato il team di ricerca. “Una maggiore capacità della batteria aiuterebbe a massimizzare l’autoconsumo; tuttavia, ciò implica anche che la maggior parte della capacità della batteria rimarrebbe inutilizzata durante i mesi invernali con un surplus di energia fotovoltaica limitato”.
Gli scienziati hanno inoltre scoperto che il sistema Solar-Plus-Storage era in grado di coprire circa il 36% del fabbisogno elettrico della pompa di calore. "A causa delle temperature del lavandino più elevate, l'efficienza dell'HP diminuisce del 5.7% in modalità ACS e del 4.0% in modalità riscaldamento ambiente", hanno inoltre precisato. “I risultati hanno mostrato che considerando l’elettricità fotovoltaica fornita alla pompa di calore, il fattore di prestazione stagionale è aumentato da 4.2 a 5.2. Quando è stata considerata la fornitura combinata da fotovoltaico e batteria alla pompa di calore, il fattore di prestazione stagionale è aumentato a 6.7.”
Hanno anche notato, tuttavia, che il controllo intelligente potrebbe influire negativamente sull’efficienza della pompa di calore a causa dell’aumento della temperatura di mandata. “La valutazione a lungo termine a livello di sistema, considerando l’effetto delle perdite di stoccaggio e considerando la performance economica, può valutare meglio l’effetto del controllo intelligente sul sistema”, hanno concluso.
I loro risultati sono disponibili nello studio “Analisi delle prestazioni e del funzionamento di un sistema di pompe di calore a batteria fotovoltaica basato su dati di misurazione sul campo”, pubblicato su Progressi nell'energia solare.
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Fonte da rivista pv
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