Pompa ciepła wspomagana energią słoneczną

Hybrydowe fotowoltaiczno-termiczne panele słoneczne SAHP w eksperymentalnej instalacji na Wydziale Energii Politechniki Mediolańskiej

Pompa ciepła wspomagana energią słoneczną ( SAHP ) to maszyna reprezentująca integrację pompy ciepła i termicznych paneli słonecznych w jednym zintegrowanym systemie. Zazwyczaj te dwie technologie są stosowane oddzielnie (lub tylko umieszczając je równolegle) do produkcji ciepłej wody użytkowej . W tym systemie panel solarny pełni funkcję niskotemperaturowego źródła ciepła, a wytworzone ciepło jest wykorzystywane do zasilania parownika pompy ciepła. Celem tego systemu jest uzyskanie wysokiego współczynnika COP , a następnie wytwarzanie energii w bardziej efektywny sposób i tańszy sposób.

W połączeniu z pompą ciepła możliwe jest zastosowanie dowolnego typu kolektorów słonecznych (blachy i rury, roll-bond, heatpipe, płyty termiczne) lub hybrydowych ( mono / polikrystalicznych , cienkowarstwowych ). Zastosowanie panelu hybrydowego jest preferowane, ponieważ pozwala na pokrycie części zapotrzebowania na energię elektryczną pompy ciepła i zmniejszenie zużycia energii, a co za tym idzie kosztów zmiennych systemu.

Optymalizacja

Głównym problemem jest optymalizacja warunków pracy tego systemu, ponieważ istnieją dwa przeciwstawne trendy wydajności obu podsystemów: przykładowo obniżenie temperatury parowania czynnika roboczego zwiększa sprawność cieplną panelu fotowoltaicznego ale zmniejsza wydajność pompy ciepła, aw konsekwencji COP. Celem optymalizacji jest zwykle minimalizacja zużycia energii elektrycznej przez pompę ciepła lub energii pierwotnej wymaganej przez kocioł pomocniczy , który dostarcza obciążenie nie pokrywane ze źródła odnawialnego .

Konfiguracje

Istnieją dwie możliwe konfiguracje tego systemu, które różnią się obecnością lub brakiem płynu pośredniczącego, który przenosi ciepło z panelu do pompy ciepła. Maszyny zwane pośrednim rozprężaniem wykorzystują głównie wodę jako płyn przenoszący ciepło, zmieszaną z płynem niezamarzającym (zwykle glikolem ), aby uniknąć zjawiska tworzenia się lodu w okresie zimowym. Maszyny zwane bezpośrednim rozprężaniem umieszczają płyn chłodniczy bezpośrednio w obwodzie hydraulicznym panelu termicznego, w którym zachodzi przemiana fazowa . Ta druga konfiguracja, choć bardziej skomplikowana z technicznego punktu widzenia, ma kilka zalet:

  • lepsze przenoszenie ciepła wytwarzanego przez panel termiczny do płynu roboczego, co wiąże się z większą sprawnością cieplną parownika, związaną z brakiem płynu pośredniego;
  • obecność czynnika odparowującego umożliwia równomierny rozkład temperatury w panelu termicznym, a co za tym idzie wzrost wydajności cieplnej (w normalnych warunkach pracy panelu słonecznego lokalna wydajność cieplna zmniejsza się od wlotu do wylotu czynnika, ponieważ temperatura płynu wzrasta) ;
  • stosując hybrydowy panel słoneczny, oprócz korzyści opisanej w poprzednim punkcie, wzrasta sprawność elektryczna panelu (z podobnych względów).

Porównanie

Ogólnie rzecz biorąc, zastosowanie tego zintegrowanego systemu jest efektywnym sposobem wykorzystania ciepła wytwarzanego przez panele termiczne w okresie zimowym, co normalnie nie byłoby wykorzystywane, ponieważ jego temperatura jest zbyt niska.

Oddzielne systemy produkcyjne

W porównaniu z wykorzystaniem samej pompy ciepła, możliwe jest zmniejszenie ilości energii elektrycznej zużywanej przez maszynę podczas zmiany pogody od sezonu zimowego do wiosennego, a następnie wykorzystanie wyłącznie termicznych paneli słonecznych do wytworzenia całego wymaganego zapotrzebowania na ciepło (tylko w przypadku maszyny o rozprężaniu pośrednim), oszczędzając w ten sposób koszty zmienne.

W porównaniu z systemem składającym się tylko z paneli termicznych, możliwe jest zapewnienie większej części wymaganego ogrzewania zimą przy użyciu niekopalnego źródła energii.

Tradycyjne pompy ciepła

w porównaniu z geotermalnymi pompami ciepła jest to, że nie jest wymagana instalacja rurociągu w gruncie, co skutkuje niższym kosztem inwestycji (wiercenie stanowi ok. 50% kosztu instalacji geotermalnej pompy ciepła) oraz w większej elastyczności instalacji maszyny, nawet w obszarach, w których dostępna przestrzeń jest ograniczona. Ponadto nie występują zagrożenia związane z możliwym zubożeniem termicznym gleb.

Podobnie jak w przypadku powietrznych pomp ciepła , na wydajność pomp ciepła wspomaganych energią słoneczną mają wpływ warunki atmosferyczne, chociaż wpływ ten jest mniej znaczący. Na wydajność pompy ciepła wspomaganej energią słoneczną zasadniczo wpływa zmienna promieniowania słonecznego , a nie oscylacja temperatury powietrza . Powoduje to większy SCOP (sezonowy COP). Dodatkowo temperatura parowania czynnika roboczego jest wyższa niż w powietrznych pompach ciepła, więc generalnie współczynnik efektywności jest znacznie wyższy.

Niskie temperatury

Zasadniczo pompa ciepła może odparowywać w temperaturach niższych od temperatury otoczenia. W pompie ciepła wspomaganej energią słoneczną generuje to rozkład temperatury paneli termicznych poniżej tej temperatury. W tym stanie straty cieplne paneli do otoczenia stają się dodatkową dostępną energią dla pompy ciepła. W takim przypadku możliwe jest, że sprawność cieplna paneli fotowoltaicznych przekracza 100%.

Kolejny darmowy wkład w tych warunkach niskiej temperatury związany jest z możliwością skraplania się pary wodnej na powierzchni paneli, która dostarcza dodatkowe ciepło do płynu przenoszącego ciepło (zwykle jest to niewielka część całkowitego ciepła odbieranego przez kolektory słoneczne). paneli), które jest równe utajonemu ciepłu skraplania.

Pompa ciepła z podwójnymi źródłami chłodu

Prosta konfiguracja pompy ciepła wspomaganej energią słoneczną jako jedynego źródła ciepła dla parownika z paneli słonecznych. Może również istnieć konfiguracja z dodatkowym źródłem ciepła. Celem jest osiągnięcie dalszych korzyści w zakresie oszczędności energii, ale z drugiej strony zarządzanie i optymalizacja systemu stają się bardziej złożone.

Konfiguracja geotermalno-słoneczna pozwala na zmniejszenie rozmiaru pola rurociągów (i zmniejszenie inwestycji) oraz regenerację gruntu w okresie letnim poprzez ciepło zebrane z paneli termicznych.

Konstrukcja powietrzno-słoneczna pozwala na akceptowalny dopływ ciepła również w pochmurne dni, przy zachowaniu zwartości systemu i łatwości jego montażu.

Wyzwania

Podobnie jak w zwykłych klimatyzatorach, jednym z problemów jest utrzymanie wysokiej temperatury parowania, zwłaszcza gdy światło słoneczne ma małą moc, a przepływ powietrza z otoczenia jest niski.

Zobacz też

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Solar-assisted_heat_pump&oldid=1134910918 ”