PV-prototip toplotne pumpe sa dvostrukim kondenzatorom dostiže koeficijent performansi 7,59

Istraživači na Univerzitetu Miguel Hernández u Elcheu u Španiji dizajnirali su sistem toplotne pumpe zrak-na-voda koji može prebaciti proizvodnju tople vode za domaćinstvo (PTV) na centralno dnevno svjetlo, čime se maksimizira korištenje PV proizvodnje energije.

Novost sistema je u upotrebi dva kondenzatora umesto jedne jedinice.

Istraživači su objasnili da konvencionalna kompaktna toplinska pumpa za potrošnu toplu vodu (PTV) uključuje kompresor, isparivač, ekspanzijski ventil i kondenzator omotan oko dna spremnika, zagrijavajući punu količinu vode prirodnom konvekcijom. Predložena dvostruka-konfiguracija kondenzatora dodaje drugi kondenzator na vrhu rezervoara, u kombinaciji sa optimizovanim kontrolnim sistemom za odabir načina rada, uz zadržavanje standardnih komponenti.

I donji i gornji kondenzatori se sastoje od spiralnih cijevi postavljenih između stijenke spremnika i izolacijskog sloja. Kada donji kondenzator radi, toplota se isporučuje na dno rezervoara od 215 litara, promovišući slojevitost i zagrijavanje cijele zapremine. Kada se aktivira gornji kondenzator, grije se samo gornji dio rezervoara, što omogućava ciljaniji rad i manje skladištenje energije.

Prototip je razvijen od komercijalne toplotne pumpe zraka-tip-na-voda koja je opremljena scroll kompresorom od 600 W i rashladnim sredstvom R134a. Originalni električni otporni grijač od 2400 W je isključen kako bi se osigurao rad isključivo u načinu rada toplinske pumpe. Sistem je imao proizvođač{9}}procijenjeni koeficijent performansi (COP) od 3,17 na 14 C. Modifikacije su uključivale integraciju drugog kondenzatora, redizajn rashladnog kruga i nadogradnju kontrolnog sistema za testiranje u realnim radnim uslovima PTV i PV.

Eksperimentalna postavka je dizajnirana da replicira stvarnu potrošnju tople vode u domaćinstvu korištenjem zatvorenog-sistema kako bi se izbjeglo rasipanje vode. Sastojao se od dvije klimatske komore, toplotne pumpe s dvostrukom-kondenzatorom, PV instalacije od 600 W i kontroliranog hidrauličkog kruga. Toplotna pumpa je bila priključena i na mrežu i na fotonaponski sistem, bez finansijske kompenzacije za višak električne energije uveden u mrežu.

Pomoćni rezervoar, cirkulaciona pumpa i rashladnik vode održavali su ulaznu temperaturu vode na 10 C da bi simulirali uslove napajanja iz mreže. Arduino Mega kontroler je upravljao pumpama, ventilima, rashladnim uređajem i toplotnom pumpom kako bi omogućio automatizovano testiranje. Sistem je također opremljen sa 30 temperaturnih senzora, mjerača protoka i električnih uređaja za nadzor, sa podacima koji se bilježe u jednom{4}}minutnom intervalu.

Istraživači su procijenili tri konfiguracije na temperaturi okoline od 18 C: konvencionalnu toplotnu pumpu sa jednom-kondenzatorom, isti sistem uparen sa PV-om i dvostruku- toplotnu pumpu sa kondenzatorom sa PV-om. Testovi su pratili profil potrošnje PTV-a zasnovan na EN 16147, osiguravajući temperature dovoda iznad 45 C.

Rezultati su pokazali da je dvostruka-konfiguracija kondenzatora poboljšala kontrolu stratifikacije, smanjila ukupnu potrošnju energije i održala kvalitet usluge PTV-a uz značajno povećanje vlastite{1}}potrošnje PV.

Analiza je pokazala da je prosječni sezonski COP toplotne pumpe dostigao 3,55 u konfiguraciji sa jednim-kondenzatorom i 3,65 u kombinaciji sa PV.

“Očekivano, obje vrijednosti su slične, jer među njima nema razlike u načinu rada”, naglasio je istraživački tim. "U trećem testu, sa dva kondenzatora i poboljšanom strategijom upravljanja koja omogućava rad sa nižom temperaturom vode, ova efikasnost raste na 3,71. Ovaj trend je izraženiji kada se analizira efikasnost usluge PTV-a, gdje su rezultati 3,08 i 3,12 za prva dva režima rada i 3,37 za konfiguraciju sa dva kondenzatora i PV panela sa hladnim kondenzatorom. kondenzatora, manji su gubici toplote."

U međuvremenu, samo-potrošnja solarne energije sa dvostrukim-kondenzatorskim sistemom porasla je sa 9,9% na 55,5%.

"Rezultati također naglašavaju potrebu da se uzme u obzir trenutna vlastita{0}}potrošnja, koristeći bazu za izračunavanje od najviše minuta-po{2}}minut, a ne svaki sat ili dan, jer ovo posljednje rezultira nerealno visokim solarnim doprinosima," zaključili su akademici. „Uzimajući u obzir energiju koju obezbeđuju PV paneli, performanse HP-a se mogu ponovo proceniti, što dovodi do COP od 3,46 kada se radi sa jednim kondenzatorom i od 7,59 kada se radi sa konfiguracijom dvostrukog kondenzatora."

Sistem je opisan u "Eksperimentalnoj procjeni novog dizajna fotonaponske toplotne pumpe sa dvostrukim kondenzatorom", objavljenom u Solar Energy.