Pompa ciepła z podwójnym skraplaczem. Idealna do współpracy z fotowoltaiką?

Naukowcy z Hiszpanii zaprezentowali nową konfigurację pompy ciepła przeznaczoną do przygotowania ciepłej wody użytkowej, zaprojektowaną specjalnie pod kątem współpracy z instalacjami fotowoltaicznymi. Wyniki testów nowego rozwiązania wypadły lepiej niż pomyślnie.

Naukowcy z Uniwersytetu Miguela Hernándeza w Elche w Hiszpanii przedstawili nową pompę ciepła do przygotowania ciepłej wody użytkowej (c.w.u.), zaprojektowaną specjalnie pod kątem współpracy z instalacjami fotowoltaicznymi. W eksperymentalnym systemie zastosowano rozwiązanie z dwoma skraplaczami w zbiorniku wody oraz zmodyfikowany system sterowania, którego celem jest przesunięcie pracy pompy ciepła na godziny największej produkcji energii z PV.

Możliwości nowego urządzenia sprawdzono w warunkach laboratoryjnych w trakcie eksperymentu, w którym odtworzono profil zużycia ciepłej wody typowy dla gospodarstwa domowego liczącego 4–5 osób. Wyniki testów wypadły bardzo pomyślnie i potwierdziły możliwość efektywnej współpracy z instalacją fotowoltaiczną.

REKLAMA

Badanie wpisuje się w szerszy kontekst transformacji energetycznej budynków. Według danych przywołanych przez autorów we wstępie do publikacji budynki odpowiadają w Unii Europejskiej za około 40 proc. końcowego zużycia energii i 36 proc. emisji gazów cieplarnianych związanych z energią. Znowelizowana dyrektywa EPBD (Energy Performance of Buildings Directive) ma przyspieszyć dekarbonizację tego sektora i doprowadzić do powstania budynków zeroemisyjnych. W takich obiektach produkcja ciepłej wody użytkowej może stać się jednym z głównych źródeł zapotrzebowania na energię.

Testowany układ

Proponowany system różni się od klasycznych pomp ciepła zastosowaniem dwóch skraplaczy umieszczonych w różnych częściach zbiornika wody. Dolny skraplacz odpowiada za podgrzewanie całej objętości wody w okresach, gdy dostępna jest energia z instalacji PV. Górny skraplacz umożliwia natomiast podgrzewanie jedynie górnej części zbiornika, co pozwala utrzymać dostępność ciepłej wody w godzinach porannych lub nocnych przy mniejszym zużyciu energii elektrycznej.

Eksperyment przeprowadzono w warunkach laboratoryjnych, odtwarzając profil zużycia ciepłej wody typowy dla gospodarstwa domowego liczącego 4-5 osób. Testy wykonano przy temperaturze otoczenia 18 st. C i temperaturze wody zasilającej 10 st. C. Porównano trzy konfiguracje systemu: klasyczną pompę ciepła, pompę ciepła z instalacją fotowoltaiczną oraz nowy system z dwoma skraplaczami współpracujący z PV.

REKLAMA

Dobry wynik i znaczące zwiększenie udziału energii słonecznej

Wyniki pokazują, że sama integracja pompy ciepła z instalacją PV zwiększa średnią sezonową efektywność systemu (COP) z 3,55 do 4,05. W przypadku zastosowania konfiguracji z dwoma skraplaczami oraz zoptymalizowanego sterowania wartość ta może wzrosnąć nawet do 8,34 w warunkach testowych. Jednocześnie średni COP samej pompy ciepła wzrósł z 3,55 do 3,71 dzięki poprawie warunków pracy i niższej temperaturze wody w zbiorniku, co ogranicza straty ciepła.

Istotnym rezultatem badania jest także znaczący wzrost autokonsumpcji energii z instalacji fotowoltaicznej. W klasycznej konfiguracji jedynie około 9,9 proc. energii zużywanej przez system pochodziło bezpośrednio z PV. W przypadku nowej konfiguracji z dwoma skraplaczami udział ten wzrósł do 55,5 proc. Według autorów przekłada się to na redukcję zużycia energii z sieci oraz związanych z tym emisji CO2 o około 66,7 proc.

Autorzy podkreślają, że poprawa efektywności nie wynika wyłącznie z samej integracji z fotowoltaiką, ale przede wszystkim z odpowiedniej konfiguracji pompy ciepła i systemu sterowania. Wyniki sugerują, że dalsze prace nad optymalizacją konstrukcji pomp ciepła oraz ich współpracy z odnawialnymi źródłami energii mogą odegrać istotną rolę w zwiększaniu efektywności energetycznej budynków i ograniczaniu ich emisji.

Wyniki dotychczasowych badań można dokładniej prześledzić w artykule naukowym: „Experimental assessment of a novel photovoltaic heat pump design with dual condenser” opublikowanym w czasopiśmie Solar Energy.

Radosław Błoński 

redakcja@gramwzielone.pl

© Materiał chroniony prawem autorskim. Wszelkie prawa zastrzeżone. Dalsze rozpowszechnianie artykułu tylko za zgodą wydawcy E-Magazyny Sp. z o.o.