Pesquisadores do Frauhofer ISE da Alemanha analisaram o desempenho de uma bomba de calor residencial conectada a um sistema fotovoltaico no telhado que depende de armazenamento de bateria e descobriram que esta combinação melhora significativamente o desempenho da bomba de calor, ao mesmo tempo que aumenta consideravelmente a taxa de autoconsumo do painel solar.
Um grupo de pesquisadores do Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energia Solar da Alemanha (Fraunhofer ISE) investigou o desempenho de bombas de calor (HPs) prontas para rede inteligente combinadas com geração de energia solar em telhados e armazenamento de bateria em residências unifamiliares e descobriu que tanto painéis fotovoltaicos quanto as baterias podem melhorar significativamente o desempenho das bombas de calor.
HPs prontos para redes inteligentes podem ser desligados pelo operador da rede durante períodos de alta carga da rede. Eles também oferecem a vantagem de maximizar o autoconsumo fotovoltaico, ajustando sua operação com base na energia solar disponível.
“O modo pronto para rede inteligente é ativado quando a bateria está totalmente carregada ou carregando em sua potência máxima e ainda há excedente fotovoltaico disponível”, disseram os cientistas, observando que HPs prontos para rede inteligente podem ajustar sua operação em uma rede. maneira orientada. “Por outro lado, a condição de disparo é atendida quando a potência fotovoltaica instantânea permanece inferior à demanda total do edifício por pelo menos 10 minutos.”
Os acadêmicos analisaram, em particular, o desempenho de um sistema fotovoltaico-HP usando dados de campo com resolução de 1 minuto de uma casa unifamiliar geminada construída em 1960 em Freiburg, sul da Alemanha. A casa tem uma necessidade anual de aquecimento de 84.3 kWh/m²a e uma área útil aquecida de 256 m2.
A sua análise considerou como o controlo inteligente utilizado no sistema solar mais armazenamento pode afetar o desempenho da bomba de calor. Eles levaram em consideração indicadores-chave de desempenho (KPIs), como taxa de autoconsumo, fração solar, fator de desempenho sazonal e curva de aquecimento. “Pode ser útil avaliar o desempenho da bomba de calor apenas para a eletricidade consumida da rede”, explicaram. “Esta abordagem baseia-se na suposição de que a eletricidade gerada por unidades fotovoltaicas e de baterias domésticas é efetivamente gratuita para os proprietários.”
A configuração do sistema proposta inclui uma bomba de calor geotérmica de 13.9 kW destinada ao aquecimento ambiente e água quente sanitária (AQS), um sistema fotovoltaico de 12.3 kW orientado a sul com um ângulo de inclinação de 30 graus, um inversor de 12 kW e um sistema acoplado a CC. bateria com capacidade de 11.7 kWh.
A análise mostrou que o sistema fotovoltaico-HP conseguiu atingir uma taxa média de autoconsumo de 42.9% ao longo do ano, sendo os picos mais elevados atingidos no inverno. “Em contraste, um elevado excedente fotovoltaico leva a um menor autoconsumo no verão, normalmente durante as horas de pico de luz solar”, explicou a equipa de investigação. “Maior capacidade da bateria ajudaria a maximizar o autoconsumo; no entanto, isto também implica que a maior parte da capacidade da bateria não seria utilizada durante os meses de inverno, com energia fotovoltaica excedente limitada.”
Os cientistas também descobriram que o sistema solar e de armazenamento foi capaz de cobrir cerca de 36% da procura de eletricidade da bomba de calor. “Devido às temperaturas de dissipação mais elevadas, a eficiência do HP diminui 5.7% no modo AQS e 4.0% no modo de aquecimento ambiente”, especificaram também. “Os resultados mostraram que, considerando a eletricidade fotovoltaica fornecida à bomba de calor, o fator de desempenho sazonal aumentou de 4.2 para 5.2. Quando foi considerado o fornecimento combinado de energia fotovoltaica e bateria para a bomba de calor, o fator de desempenho sazonal aumentou para 6.7.”
Contudo, também observaram que o controlo inteligente pode afetar negativamente a eficiência da bomba de calor devido ao aumento das temperaturas de fornecimento. “A avaliação a longo prazo ao nível do sistema, ao considerar o efeito das perdas de armazenamento e ao considerar o desempenho económico, pode avaliar melhor o efeito do controlo inteligente no sistema”, concluíram.
Suas descobertas estão disponíveis no estudo “Análise do desempenho e operação de um sistema de bomba de calor com bateria fotovoltaica com base em dados de medição de campo”, publicado em Avanços na energia solar.
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