독일 프라운호퍼 태양 에너지 시스템 연구소(Fraunhofer ISE)의 새로운 연구에 따르면, 옥상 PV 시스템을 배터리 저장 장치와 히트 펌프와 결합하면 히트 펌프의 효율을 높이는 동시에 전력망 전기 의존도를 줄일 수 있는 것으로 나타났습니다.
Fraunhofer ISE 연구원들은 주거용 옥상 PV 시스템을 히트 펌프와 배터리 저장 장치와 결합할 수 있는 방법을 연구했습니다.
연구진은 1960년 독일 프라이부르크에 지어진 단독주택에서 스마트 그리드(SG) 지원 제어를 기반으로 한 PV-히트펌프-배터리 시스템의 성능을 평가했습니다.
"스마트 제어는 설정 온도를 높여 히트 펌프 작동을 증가시키는 것으로 나타났습니다."라고 연구원 슈브함 바라스카는 pv 매거진에 밝혔습니다. "SG-Ready 제어는 온수 준비 시 공급 온도를 4.1 켈빈 높였고, 이로 인해 계절별 성능 계수(SPF)가 3.5에서 3.3으로 5.7% 감소했습니다. 또한, 난방 모드에서는 스마트 제어가 SPF를 5.0에서 4.8로 4% 감소시켰습니다."
SPF는 성능 계수(COP)와 비슷한 값이지만, 그 차이는 다양한 경계 조건에서 더 긴 기간에 걸쳐 계산됩니다.
Baraskar와 그의 동료들은 "현장 측정 데이터를 기반으로 한 태양광-배터리 히트펌프 시스템의 성능 및 운영 분석, 최근에 출판되었습니다태양 에너지의 발전.그들은 PV-히트펌프 시스템의 주요 장점은 전력망 소비 감소와 전기 비용 절감이라고 말했습니다.
히트펌프 시스템은 13.9kW 지열 히트펌프로, 난방을 위한 완충 저장장치를 갖추고 있습니다. 또한, 저장탱크와 담수화 설비를 통해 생활용 온수(DHW)를 생산합니다. 두 저장장치 모두 전기 보조 히터를 갖추고 있습니다.
태양광 시스템은 남향이며 30도의 경사각을 가지고 있습니다. 출력은 12.3kW이고 모듈 면적은 60m²입니다. 배터리는 DC 커플링 방식으로 11.7kWh의 용량을 가지고 있습니다. 선정된 주택의 난방 공간은 256m²이며, 연간 난방 수요는 84.3kWh/m²a입니다.
연구진은 "PV 및 배터리 장치에서 발생하는 DC 전력은 최대 AC 전력 12kW, 유럽 효율 95%의 인버터를 통해 AC로 변환됩니다."라고 설명하며, SG 지원 제어 장치가 전력망과 상호 작용하여 시스템 작동을 적절히 조절할 수 있다고 덧붙였습니다. "전력망 부하가 높은 기간에는 전력망 운영자가 계통 부하를 줄이기 위해 히트펌프 작동을 중단하거나, 그 반대의 경우 강제로 작동시킬 수 있습니다."
제안된 시스템 구성에 따르면, 태양광 발전은 초기에는 가정용 부하에 사용되어야 하며, 잉여 전력은 배터리에 공급되어야 합니다. 잉여 전력은 가정용 전기가 필요하지 않고 배터리가 완전히 충전된 경우에만 전력망으로 송전될 수 있습니다. 태양광 발전 시스템과 배터리 모두 가정용 에너지 수요를 감당할 수 없는 경우, 전력망을 활용할 수 있습니다.
"SG-Ready 모드는 배터리가 완전히 충전되었거나 최대 전력으로 충전 중이고 여전히 PV 잉여 전력이 있을 때 활성화됩니다."라고 학자들은 말했습니다. "반대로, PV 순간 전력이 건물 전체 수요보다 최소 10분 동안 낮게 유지되면 트리거 조건이 충족됩니다."
분석에는 자가 소비 수준, 태양열 비율, 히트펌프 효율, 그리고 PV 시스템과 배터리가 히트펌프 성능 효율에 미치는 영향이 고려되었습니다. 2022년 1월부터 12월까지의 고해상도 1분 데이터를 사용하여 SG-Ready 제어 시스템이 온수(DHW)의 히트펌프 공급 온도를 4.1K 증가시켰음을 확인했습니다. 또한, 시스템이 연간 전체 자가 소비율 42.9%를 달성하여 주택 소유주에게 재정적 이익을 가져다주었음을 확인했습니다.
연구팀은 "[히트펌프]의 전기 수요는 PV/배터리 시스템에서 36%, 생활용 온수 모드에서 51%, 공간 난방 모드에서 28%를 충당했습니다."라고 설명하며, 싱크대 온도가 높아지면 DHW 모드에서 히트펌프 효율이 5.7%, 공간 난방 모드에서 4.0% 감소한다고 덧붙였습니다.
"공간 난방의 경우, 스마트 제어의 부정적인 영향도 발견되었습니다."라고 바라스카는 말했습니다. "SG-Ready 제어로 인해 히트 펌프가 난방 설정 온도보다 높은 온도에서 공간 난방을 작동했습니다. 이는 제어 장치가 저장고 설정 온도를 높이고 난방에 열이 필요하지 않음에도 불구하고 히트 펌프를 작동시켰기 때문일 수 있습니다. 또한 저장고 온도가 지나치게 높으면 저장고 열 손실이 증가할 수 있다는 점도 고려해야 합니다."
과학자들은 앞으로 다른 시스템과 제어 개념을 적용한 추가적인 PV/히트펌프 조합을 조사할 것이라고 밝혔습니다.
"이러한 결과는 평가된 개별 시스템에 대한 구체적인 결과이며 건물 및 에너지 시스템 사양에 따라 크게 달라질 수 있다는 점에 유의해야 합니다."라고 그들은 결론지었습니다.
게시 시간: 2023년 11월 13일