A PV-hőszivattyús prototípus kettős kondenzátorral eléri a 7,59-es teljesítményt

A spanyolországi Miguel Hernández Egyetem kutatói olyan levegő{0}}víz hőszivattyús rendszert terveztek, amely a használati melegvíz (DHW) előállítását a központi nappali órákra tudja átállítani, így maximalizálva a napelemes energiatermelés kihasználását.

A rendszer újdonsága abban rejlik, hogy egyetlen egység helyett két kondenzátort használnak.

A kutatók elmagyarázták, hogy a hagyományos kompakt használati melegvíz (HMV) hőszivattyú kompresszort, elpárologtatót, expanziós szelepet és kondenzátort tartalmaz, amely a tárolótartály alja köré csavarodik, és természetes konvekción keresztül melegíti fel a teljes vízmennyiséget. A javasolt kettős-kondenzátoros konfiguráció egy második kondenzátort ad a tartály tetejére, egy optimalizált vezérlőrendszerrel kombinálva az üzemmód kiválasztásához, miközben megtartja a szabványos alkatrészeket.

Mind az alsó, mind a felső kondenzátor a tartály fala és a szigetelőréteg közé beépített spirálcsövekből áll. Amikor az alsó kondenzátor működik, a hő a 215 literes tartály aljára kerül, elősegítve a rétegződést és a teljes térfogat melegítését. Amikor a felső kondenzátor be van kapcsolva, csak a tartály felső része fűt, ami célzottabb működést és alacsonyabb energiatárolást tesz lehetővé.

A prototípust egy 600 W-os scroll-kompresszorral és R134a hűtőközeggel felszerelt, kereskedelmi forgalomban kapható, osztott{0}}levegős---víz hőszivattyúból fejlesztették ki. Az eredeti 2400 W-os elektromos ellenállásfűtőt leválasztották, hogy a kizárólag hőszivattyús üzemmódban működjön. A rendszer gyártói névleges teljesítménytényezője (COP) 3,17 volt 14 C-on. A módosítások közé tartozott a második kondenzátor beépítése, a hűtőkör újratervezése és a vezérlőrendszer korszerűsítése a valósághű HMV és PV működési feltételek melletti teszteléshez.

A kísérleti elrendezést úgy tervezték, hogy megismételje a valós háztartási melegvíz-szükségletet egy zárt hurkú{0}}rendszerrel a vízpazarlás elkerülése érdekében. Két klímakamrából, a kettős-kondenzátoros hőszivattyúból, egy 600 W-os PV-berendezésből és egy vezérelt hidraulikus körből állt. A hőszivattyú a hálózatra és a fotovoltaikus rendszerre is csatlakozott, a hálózatba betáplált többlet villamos energia pénzügyi ellentételezése nélkül.

Egy segédtartály, keringető szivattyú és vízhűtő a bemenő víz hőmérsékletét 10 C-on tartotta, hogy szimulálja a hálózati ellátás feltételeit. Egy Arduino Mega vezérlő kezelte a szivattyúkat, szelepeket, a hűtőt és a hőszivattyút az automatizált tesztelés érdekében. A rendszert 30 hőmérséklet-érzékelővel, áramlásmérővel és elektromos felügyeleti eszközzel is felszerelték, az adatokat egy-perces időközönként rögzítették.

A kutatók három konfigurációt értékeltek 18 C-os környezeti hőmérsékleten: egy hagyományos egy-kondenzátoros hőszivattyút, ugyanazt a rendszert fotovoltaikussal és a kettős-kondenzátoros hőszivattyút PV-vel. A tesztek EN 16147 alapú HMV fogyasztási profilt követtek, 45 C feletti előremenő hőmérsékletet biztosítva.

Az eredmények azt mutatták, hogy a kettős{0}kondenzátor-konfiguráció javította a rétegződés szabályozását, csökkentette az általános energiafogyasztást és megőrizte a melegvíz-szolgáltatás minőségét, miközben jelentősen megnövelte a napelemes{1}}felhasználást.

Az elemzés megállapította, hogy a hőszivattyú átlagos szezonális COP-értéke elérte a 3,55-öt az egy-kondenzátoros konfigurációban, és a 3,65-öt PV-vel kombinálva.

"Amint az várható volt, mindkét érték hasonló, mivel nincs különbség a működési mód között" - hangsúlyozta a kutatócsoport. "A harmadik tesztben, két kondenzátorral és továbbfejlesztett szabályozási stratégiával, amely lehetővé teszi az alacsonyabb vízhőmérsékletű működést, ez a hatásfok 3,71-re emelkedik. Ez a tendencia még szembetűnőbb a HMV szolgáltatás hatékonyságának elemzésekor, ahol az eredmények 3,08 és 3,12 az első két üzemmódra, valamint 3,37 a két tartályos kondenzátorral és A konfigurációval rendelkező két tartályos kondenzátoros konfigurációra. kondenzátorok, kevesebb a hőveszteség."

Eközben a napenergia önfogyasztása a kettős-kondenzátoros rendszerrel 9,9%-ról 55,5%-ra nőtt.

"Az eredmények rámutatnak arra is, hogy figyelembe kell venni a pillanatnyi ön-fogyasztást, legfeljebb percenkénti-percenkénti-számítási alapot használva, nem pedig óránkénti vagy napi szinten, mivel ez utóbbi irreálisan magas napenergia-hozzájárulást eredményez" - összegezték az akadémikusok. "A PV panelek által szolgáltatott energiát figyelembe véve a HP teljesítménye újraértékelhető, ami 3,46-os COP-t eredményez, ha egy kondenzátorral dolgozik, és 7,59-et, ha kettős kondenzátorral dolgozik."

A rendszer leírása a Solar Energy folyóiratban megjelent "Egy új, kettős kondenzátoros fotovoltaikus hőszivattyú-konstrukció kísérleti értékelése" című kiadványban található.