PV, బ్యాటరీ నిల్వతో నివాస హీట్ పంపులను ఎలా కలపాలి

ఫ్రాన్‌హోఫర్ ISE పరిశోధకులు రెసిడెన్షియల్ రూఫ్‌టాప్ PV వ్యవస్థలను హీట్ పంపులు మరియు బ్యాటరీ నిల్వతో ఎలా కలపవచ్చో అధ్యయనం చేశారు.

జర్మనీలోని ఫ్రీబర్గ్‌లో 1960లో నిర్మించిన సింగిల్-ఫ్యామిలీ హౌస్‌లో స్మార్ట్-గ్రిడ్ (SG) రెడీ కంట్రోల్ ఆధారంగా PV-హీట్ పంప్-బ్యాటరీ సిస్టమ్ పనితీరును వారు అంచనా వేశారు.

"స్మార్ట్ కంట్రోల్ సెట్ ఉష్ణోగ్రతలను పెంచడం ద్వారా హీట్ పంప్ ఆపరేషన్‌ను పెంచిందని కనుగొనబడింది" అని పరిశోధకుడు శుభమ్ బరాస్కర్ పివి మ్యాగజైన్‌తో అన్నారు. "SG-రెడీ నియంత్రణ వేడి నీటి తయారీ కోసం సరఫరా ఉష్ణోగ్రతను 4.1 కెల్విన్‌కు పెంచింది, ఇది కాలానుగుణ పనితీరు కారకాన్ని (SPF) 3.5 నుండి 3.3కి 5.7% తగ్గించింది. ఇంకా, స్పేస్ హీటింగ్ మోడ్ కోసం స్మార్ట్ కంట్రోల్ SPFని 5.0 నుండి 4.8కి 4% తగ్గించింది.

SPF అనేది పనితీరు యొక్క కోఎఫీషియంట్ (COP)కి సమానమైన విలువ, వ్యత్యాసంతో ఇది వివిధ సరిహద్దు పరిస్థితులతో ఎక్కువ కాలం లెక్కించబడుతుంది.

బరాస్కర్ మరియు అతని సహచరులు తమ అన్వేషణలను "లో వివరించారు.ఫీల్డ్ మెజర్మెంట్ డేటా ఆధారంగా ఫోటోవోల్టాయిక్-బ్యాటరీ హీట్ పంప్ సిస్టమ్ యొక్క పనితీరు మరియు ఆపరేషన్ యొక్క విశ్లేషణ,” ఇది ఇటీవల ప్రచురించబడిందిసోలార్ ఎనర్జీ అడ్వాన్స్‌లు.PV-హీట్ పంప్ సిస్టమ్స్ యొక్క ప్రధాన ప్రయోజనం వాటి తగ్గిన గ్రిడ్ వినియోగం మరియు తక్కువ విద్యుత్ ఖర్చులను కలిగి ఉంటుంది.

హీట్ పంప్ సిస్టమ్ అనేది 13.9 kW గ్రౌండ్-సోర్స్ హీట్ పంప్, ఇది స్పేస్ హీటింగ్ కోసం బఫర్ నిల్వతో రూపొందించబడింది. ఇది దేశీయ వేడి నీటిని (DHW) ఉత్పత్తి చేయడానికి నిల్వ ట్యాంక్ మరియు మంచినీటి స్టేషన్‌పై కూడా ఆధారపడుతుంది. రెండు నిల్వ యూనిట్లు విద్యుత్ సహాయక హీటర్లతో అమర్చబడి ఉంటాయి.

PV వ్యవస్థ దక్షిణ దిశలో ఉంది మరియు 30 డిగ్రీల వంపు కోణాన్ని కలిగి ఉంటుంది. ఇది 12.3 kW పవర్ అవుట్‌పుట్ మరియు 60 చదరపు మీటర్ల మాడ్యూల్ ప్రాంతం. బ్యాటరీ DC-కపుల్డ్ మరియు 11.7 kWh సామర్థ్యం కలిగి ఉంటుంది. ఎంచుకున్న ఇల్లు 256 m2 వేడిచేసిన నివాస స్థలాన్ని కలిగి ఉంది మరియు వార్షిక తాపన డిమాండ్ 84.3 kWh/m²a.

"PV మరియు బ్యాటరీ యూనిట్ల నుండి DC శక్తి ఒక ఇన్వర్టర్ ద్వారా ACకి మార్చబడుతుంది, ఇది గరిష్టంగా 12 kW మరియు యూరోపియన్ సామర్థ్యాన్ని 95% కలిగి ఉంటుంది," అని పరిశోధకులు వివరించారు, SG-రెడీ కంట్రోల్‌తో పరస్పర చర్య చేయగలదని పేర్కొంది. విద్యుత్ గ్రిడ్ మరియు సిస్టమ్ యొక్క ఆపరేషన్‌ను తదనుగుణంగా సర్దుబాటు చేయండి. "అధిక గ్రిడ్ లోడ్ ఉన్న కాలంలో, గ్రిడ్ ఆపరేటర్ గ్రిడ్ ఒత్తిడిని తగ్గించడానికి హీట్ పంప్ ఆపరేషన్‌ను ఆఫ్ చేయవచ్చు లేదా వ్యతిరేక సందర్భంలో బలవంతంగా ఆన్ చేయవచ్చు."

ప్రతిపాదిత సిస్టమ్ కాన్ఫిగరేషన్ ప్రకారం, బ్యాటరీకి మిగులుతో పాటు, ఇంటి లోడ్‌ల కోసం PV శక్తిని మొదట ఉపయోగించాలి. గృహానికి విద్యుత్ అవసరం లేనప్పుడు మరియు బ్యాటరీ పూర్తిగా ఛార్జ్ చేయబడితే మాత్రమే అదనపు శక్తిని గ్రిడ్‌కు ఎగుమతి చేయవచ్చు. PV సిస్టమ్ మరియు బ్యాటరీ రెండూ ఇంటి శక్తి డిమాండ్‌ను పూరించలేకపోతే, విద్యుత్ గ్రిడ్‌ను ఉపయోగించవచ్చు.

"బ్యాటరీ పూర్తిగా ఛార్జ్ అయినప్పుడు లేదా గరిష్ట శక్తితో ఛార్జ్ అవుతున్నప్పుడు SG-రెడీ మోడ్ యాక్టివేట్ చేయబడుతుంది మరియు ఇంకా PV మిగులు అందుబాటులో ఉంది" అని విద్యావేత్తలు తెలిపారు. "దీనికి విరుద్ధంగా, తక్షణ PV శక్తి కనీసం 10 నిమిషాల పాటు మొత్తం బిల్డింగ్ డిమాండ్ కంటే తక్కువగా ఉన్నప్పుడు ట్రిగ్గర్-ఆఫ్ పరిస్థితి నెరవేరుతుంది."

వారి విశ్లేషణ స్వీయ-వినియోగ స్థాయిలు, సౌర భిన్నం, హీట్ పంప్ సామర్థ్యం మరియు హీట్ పంప్ పనితీరు సామర్థ్యంపై PV వ్యవస్థ మరియు బ్యాటరీ యొక్క ప్రభావాన్ని పరిగణించింది. వారు జనవరి నుండి డిసెంబర్ 2022 వరకు అధిక-రిజల్యూషన్ 1-నిమిషం డేటాను ఉపయోగించారు మరియు SG-రెడీ కంట్రోల్ DHW కోసం హీట్ పంప్ సరఫరా ఉష్ణోగ్రతలను 4.1 K పెంచినట్లు కనుగొన్నారు. సంవత్సరంలో వ్యవస్థ మొత్తం 42.9% స్వీయ-వినియోగాన్ని సాధించిందని, ఇది గృహయజమానులకు ఆర్థిక ప్రయోజనాలకు అనువదిస్తుందని కూడా వారు నిర్ధారించారు.

"[హీట్ పంప్] కోసం విద్యుత్ డిమాండ్ PV/బ్యాటరీ సిస్టమ్‌తో 36% కవర్ చేయబడింది, దేశీయ వేడి నీటి మోడ్‌లో 51% మరియు స్పేస్ హీటింగ్ మోడ్‌లో 28%," అధిక సింక్ ఉష్ణోగ్రతలు తగ్గాయని పరిశోధనా బృందం వివరించింది. హీట్ పంప్ సామర్థ్యం DHW మోడ్‌లో 5.7% మరియు స్పేస్ హీటింగ్ మోడ్‌లో 4.0%.

"స్పేస్ హీటింగ్ కోసం, స్మార్ట్ కంట్రోల్ యొక్క ప్రతికూల ప్రభావం కూడా కనుగొనబడింది" అని బరస్కర్ చెప్పారు. “SG-రెడీ నియంత్రణ కారణంగా హీట్ పంప్ హీటింగ్ సెట్ పాయింట్ ఉష్ణోగ్రతల కంటే ఎక్కువ స్పేస్ హీటింగ్‌లో పనిచేస్తుంది. ఎందుకంటే నియంత్రణ బహుశా నిల్వ సెట్ ఉష్ణోగ్రతను పెంచింది మరియు స్పేస్ హీటింగ్‌కు వేడి అవసరం లేనప్పటికీ హీట్ పంపును ఆపరేట్ చేస్తుంది. అధిక నిల్వ ఉష్ణోగ్రతలు అధిక నిల్వ ఉష్ణ నష్టాలకు దారితీస్తాయని కూడా పరిగణించాలి.

భవిష్యత్తులో వివిధ సిస్టమ్ మరియు నియంత్రణ భావనలతో అదనపు PV/హీట్ పంప్ కాంబినేషన్‌లను పరిశీలిస్తామని శాస్త్రవేత్తలు తెలిపారు.

"ఈ పరిశోధనలు వ్యక్తిగత మూల్యాంకన వ్యవస్థల కోసం ప్రత్యేకమైనవి మరియు భవనం మరియు శక్తి వ్యవస్థ స్పెసిఫికేషన్‌లను బట్టి చాలా మారవచ్చు" అని వారు ముగించారు.