독일 프라운호퍼 태양 에너지 시스템 연구소(Fraunhofer ISE)의 새로운 연구에 따르면 옥상 PV 시스템을 배터리 저장 장치 및 열 펌프와 결합하면 열 펌프 효율성을 향상시키는 동시에 그리드 전기 의존도를 줄일 수 있는 것으로 나타났습니다.
Fraunhofer ISE 연구원들은 주거용 옥상 PV 시스템을 히트 펌프 및 배터리 저장 장치와 결합하는 방법을 연구했습니다.
그들은 1960년 독일 프라이부르크에 건설된 단독 주택에서 스마트 그리드(SG) 지원 제어를 기반으로 한 PV-열 펌프-배터리 시스템의 성능을 평가했습니다.
연구원 Shubham Baraskar는 pv 매거진과의 인터뷰에서 “스마트 제어가 설정 온도를 높여 히트펌프 작동을 증가시키는 것으로 밝혀졌습니다.”라고 말했습니다. “SG-Ready 컨트롤은 온수 준비를 위해 공급 온도를 4.1켈빈 높였으며, 계절 성능 계수(SPF)는 3.5에서 3.3으로 5.7% 감소했습니다. 또한 난방 모드의 경우 스마트 컨트롤이 SPF를 5.0에서 4.8로 4% 감소시켰습니다.”
SPF는 성능 계수(COP)와 유사한 값이지만, 차이점은 다양한 경계 조건을 사용하여 장기간에 걸쳐 계산됩니다.
Baraskar와 그의 동료들은 그들의 연구 결과를 다음과 같이 설명했습니다.현장 계측 데이터를 기반으로 태양광전지 히트펌프 시스템의 성능 및 동작 분석,”라는 제목의 최근 출판물이 게재됐다.태양 에너지 발전.그들은 PV 히트 펌프 시스템의 주요 장점은 그리드 소비 감소와 전기 비용 절감이라고 말했습니다.
히트펌프 시스템은 공간난방을 위한 완충저장장치로 설계된 13.9kW 지열원 히트펌프이다. 또한 가정용 온수(DHW)를 생산하기 위해 저장 탱크와 담수 스테이션에 의존합니다. 두 저장 장치 모두 전기 보조 히터를 갖추고 있습니다.
PV 시스템은 남향이며 경사각은 30도입니다. 출력은 12.3kW, 모듈 면적은 60㎡다. 배터리는 DC 결합형이며 용량은 11.7kWh입니다. 선택한 주택의 난방 생활 공간은 256m2이고 연간 난방 수요는 84.3kWh/m²a입니다.
연구원들은 "PV 및 배터리 장치의 DC 전력은 최대 AC 전력 12kW 및 유럽 효율 95%의 인버터를 통해 AC로 변환됩니다"라고 설명하며 SG 지원 제어는 다음과 상호 작용할 수 있다고 설명했습니다. 전력망을 조정하고 이에 따라 시스템 작동을 조정합니다. "그리드 부하가 높은 기간 동안 그리드 운영자는 히트 펌프 작동을 꺼서 그리드 변형을 줄이거나 반대의 경우 강제로 켤 수도 있습니다."
제안된 시스템 구성에 따르면 PV 전력은 초기에 주택 부하용으로 사용되고 잉여분은 배터리에 공급되어야 합니다. 초과 전력은 가구에 전기가 필요하지 않고 배터리가 완전히 충전된 경우에만 그리드로 내보내질 수 있습니다. PV 시스템과 배터리가 모두 집의 에너지 수요를 감당할 수 없는 경우 전력망을 사용할 수 있습니다.
“SG-Ready 모드는 배터리가 완전히 충전되었거나 최대 전력으로 충전 중이고 여전히 PV 잉여가 남아있을 때 활성화됩니다.”라고 학계는 말했습니다. “반대로, 순간 PV 전력이 최소 10분 동안 전체 건물 수요보다 낮은 상태로 유지되면 트리거 오프 조건이 충족됩니다.”
분석에서는 자체 소비량 수준, 태양열 사용량, 히트펌프 효율, PV 시스템과 배터리가 히트펌프 성능 효율에 미치는 영향을 고려했습니다. 그들은 2022년 1월부터 12월까지의 고해상도 1분 데이터를 사용했으며 SG-Ready 제어가 DHW의 히트펌프 공급 온도를 4.1K 높인다는 사실을 발견했습니다. 그들은 또한 시스템이 해당 연도 동안 42.9%의 전체 자체 소비를 달성했으며 이는 주택 소유자에게 재정적 이익으로 해석된다는 것을 확인했습니다.
연구팀은 “[히트펌프]의 전기 수요는 PV/배터리 시스템으로 36%, 급탕 모드에서 51%, 난방 모드에서 28%를 충당했다”고 설명했다. 히트펌프 효율은 DHW 모드에서 5.7%, 공간 난방 모드에서 4.0% 증가합니다.
Baraskar는 “공간 난방의 경우 스마트 제어의 부정적인 효과도 발견되었습니다.”라고 말했습니다. “SG-Ready 제어로 인해 열 펌프는 난방 설정점 온도보다 높은 공간 난방에서 작동했습니다. 이는 공간난방에 열이 필요하지 않음에도 불구하고 제어장치가 저장고 설정온도를 높이고 히트펌프를 작동시켰을 가능성이 있기 때문이다. 또한 지나치게 높은 보관 온도는 보관 열 손실을 증가시킬 수 있다는 점도 고려해야 합니다.”
과학자들은 앞으로 다양한 시스템과 제어 개념을 갖춘 추가 PV/열 펌프 조합을 조사할 것이라고 말했습니다.
"이러한 결과는 개별 평가 시스템에 특정하며 건물 및 에너지 시스템 사양에 따라 크게 달라질 수 있다는 점에 유의해야 합니다."라고 그들은 결론을 내렸습니다.
게시 시간: 2023년 11월 13일