Kombinálhatók-e a Demax napelemes hőrendszerök hőszivattyúkkal?

Demax gyűjtők hőszivattyúkkal: hidraulika és fűtés

Az említett rendszerek integrálásának megértéséhez alapos ismeret szükséges a napkollektorok és hőszivattyús körök hidraulikájáról. Ideális esetben egy adott üzemeltetési feltétel mellett a kollektorok és a hőszivattyú átfolyási sebességét egymáshoz képest legfeljebb 10%-kal szabad eltéríteni, hogy elkerüljük a túlzott szivattyúzás miatti zavaró párhuzamos veszteségeket. Emellett annak biztosítása érdekében, hogy elegendő hőátadás történjen, turbulens áramlási viszonyok fenntartására kell törekedni. Gyakori állítás számos gyakorló szakember részéről a kollektorok által biztosított hőmérsékleti gradiensekkel, azaz hőmérsékletkülönbségekkel kapcsolatban. A Demax kollektorok kimeneti hőmérséklete 50–80 °C között mozoghat, míg a legtöbb hőszivattyú nem működik jól, vagy egyáltalán nem működik 25–35 °C között. A hőmérsékleti gradiensek lezárásához vagy minimalizálásához, valamint a hőcserének javításához rétegzett puffer-tartályokat vagy kompakt lemezes hőcserélőket kell alkalmazni, amelyeknél a hőmérsékletkülönbség („temperature approach”) legfeljebb 2 °C lehet. Az ipari kutatási tanulmányok azt jelentik, hogy hibás interfésztervek hiányában a hibrid rendszerek hatásfoka akár 15–22 százalékkal is csökkenhet a tervezett értékhez képest. Ez az egyik fő oka annak is, hogy a termosztatikus keverőszelepek alkalmazása döntő fontosságú a bejárati hőmérséklet stabil tartásához, amikor a napsugárzásból származó hőnyereség változó.

Megfelelőségi marketing: Prioritási logika, hőmérséklet-szakaszolás és rövid ciklusok elleni szabályozás

Az előrejelzés alapú teljesítmény intelligens vezérlést igényel, amely az energiaköltségeket az aktuális/valós idejű körülmények alapján módosítja. Háromfázisú prioritási protokollok szabályozzák a rendszer működését:

A primer napsugárzásos üzemmód akkor indul be, amikor a gyűjtő hőmérséklete legalább 8 °C-kal magasabb, mint a hőszivattyú szükséges forráshőmérséklete.

A hibrid segédüzemmód részleges napsugárzás esetén aktiválódik, és a gyűjtőkör hőmérsékletét szabályozza úgy, hogy a forráskör előmelegítésre kerüljön, de túlmelegedés ne következhessen be.

A hőszivattyú elsőbbségi üzemmód akkor aktiválódik, amikor a napenergia hiányzik, és a rendszer átfolyási sebességeit szabályozzák, valamint a kompresszor károsodását megelőzik a működési idők fenntartásával/szabályozásával.

A európai mezővizsgálatok azt mutatták, hogy a fokozatos hőmérséklet-szabályozás 40%-kal csökkentette a kompresszor ciklusozását, és ennyivel megnövelte a berendezés élettartamát. Az antiszakaszos működést biztosító vezérlők terhelés-előrejelzésen és anticipatív vezérlésen, valamint hőmérsékleti igény-előrejelzésen alapulnak, így csökkentik a szükségtelen indításokat, amelyek évente 740 dollárral növelik az egyes egységek karbantartási költségeit (Ponemon Intézet, 2023).

Napenergiával támogatott hőszivattyúk (SAHP) teljesítményelőnyei

A napenergiás hőgyűjtők és a hőszivattyúk kombinációja szinergikus teljesítményt eredményez, mivel erősségeik különböznek, és ezt a teljesítményt egyik komponens sem érné el önállóan. Képzeljük el úgy, mint egy több energiahordozóra épülő együttműködést. A napkollektorok hőt szolgáltatnak, amelyet a hőszivattyú ezután hatékonyabb hőátadás elérésére használ fel. Például az épületeknek kevesebb energiára van szükségük a hőszivattyúk üzemeltetéséhez, mert a hőszivattyú működtetéséhez szükséges energia mennyisége csökken, hiszen a mozgatandó energia egy részét már a napenergia biztosítja. Ezenfelül ez a konfiguráció javítja az épület energiateljesítményét, és átalakítja az energiafogyasztási mintákat az energiafogyasztás csökkentésével, így növelve az épület energiateljesítményét és javítva az épület terhelésprofilját. Így a napenergiával támogatott hőszivattyúk segítik az épületeket abban, hogy hatékonyabban kommunikáljanak a villamos hálózattal, különösen a csúcsfogyasztási időszakokban.

COP-javítás: Demax-integrált napenergiával támogatott hőszivattyúk mezőkísérletei az EU-ban

A SAHP rendszerek európai tesztelése a Demax technológiával összekapcsolva 20–30 százalékos COP-javulást mutat a függetlenül használt hőszivattyúkhoz képest. Amíg az elpárologtatót napenergiás hővel látják el, az összesített villamosenergia-fogyasztás csökken, és az elpárologtató hőmérsékletének emelkedése 10–15 °C-kal enyhíti a hőszivattyúk terhelését. Ennek a technológiának a legnagyobb energiamegtakarítási potenciálja a napfény és a fűtési igény időbeli egybeesésében rejlik. A villamosenergia-megtakarításon túl az improved SAHP rendszerek télen is hatékonyabbak, mivel kevesebb lefagyás-eltávolítási ciklust igényelnek, így kevesebb energiát is fogyasztanak.

Terhelésáthelyezés és hálózati rugalmasság: a forrásvíz előmelegítése a csúcsidőszakban fellépő villamosenergia-igény csökkentése érdekében

A napsugárzás segítésével működő hőszivattyúk (SAHP) a napfényt használják fel arra, hogy melegítsék a vizet, amelyet este, amikor az energiaárak magasabbak, használnak fel, és amelyekkel a nappali, alacsonyabb energiaárak mellett feltölthető a SAHP (hő) akkumulátor. Kereskedelmi rendszerek esetében megfigyeltük, hogy a (hő) akkumulátorok 30–40 százalékkal csökkentik a csúcsenergia-igényt. Az energia költségeinek csökkentésén túl a SAHP-k növelik az energiaellátó hálózat rugalmasságát, és a kínálatválasz-programokban való részvétel további bevételi forrást teremt az épületüzemeltetők számára. A hőszivattyúk révén a korábban figyelmen kívül hagyott fűtőberendezések kulcsszereplővé válnak az ügyfelek energiafelhasználásának kezelésében és az általános hálózati teljesítmény javításában.

Miért nem elegendő egyedül a napenergiás hőtermelés – és hogyan egészítik ki a hőszivattyúk a dekarbonizációs stratégiát? A napenergiás hőrendszer képes megújuló hőenergiát gyűjteni a Napból, de korlátai is vannak. Hőfelvételi képességét befolyásolja a felhős idő, a tél és az éjszaka. Ha a hőtermelésre támaszkodunk, miközben hőenergiát kell kinyernünk, a rendszernek fosszilis tüzelőanyagot kell használnia, ami ellentmond annak a célkitűzésnek, hogy csökkentsük a szén-dioxid-kibocsátást. A hőtermelő rendszerek esetében a hőszivattyúk különösen hasznosak. Ezek képesek hőenergiát kivonni a környező levegőből vagy talajból, és hőt szolgáltatnak akkor is, amikor napenergia termelődik. A hőszivattyúk hatékonyak, és teljesítménytényezőjük (COP) akár 3,5-ig is elérheti – ez lényegesen hatékonyabb, mint a hagyományos rendszereké. Továbbá, ha napenergiás hőrendszerrel kombinálják őket, még nagyobb a hatékonyságuk. A napenergiás hőberendezés előmelegíti a vizet, mielőtt az a hőszivattyúba jutna, így a kompresszor hatékonyabban működik.

Tanulmányok szerint ez a konfiguráció csökkentheti a csúcsfogyasztást 18–34%-kal az elektromos hálózat terhelés alatti időszakaiban (2023, Fraunhofer ISE). Jelenleg az IEA 2024-es adatai szerint a hőszivattyúk csak a világépületek fűtésének 10%-át fedezik, ami nem felel meg klímacéljainknak. A hőszivattyúk napenergiás hőtechnológiával való integrációja azonban javítja az energiafogyasztás irányítását, növeli a rendszer megbízhatóságát, és lehetővé teszi a épületek szénsemleges fűtését egész évben. E két technológia különösen jól kiegészíti egymást: a napenergia növeli a hőszivattyúk hatékonyságát, míg a hőszivattyúk biztosítják a zavartalan működést akkor is, amikor a napenergia hiányzik. Ez az innovatív kombináció valóban átalakító hatású a fosszilis tüzelőanyagoktól való függőség csökkentésében, mind technikai, mind gazdasági szempontból – ellentétben más technológiákkal, amelyek egyszerűen egyet plusz egyet adnak össze, hogy kettőt kapjanak.

GYIK szekció

K1: Mi a fő kihívás a Demax gyűjtők hőszivattyús hurokkal való integrálása során?

A1: A fő kihívás a napkollektorok és hőszivattyús körök hidraulikai egyensúlyának biztosítása a parazitikus veszteségek elkerülése és az hatékony hőátadás érdekében.

Hogyan befolyásolják a hőmérsékletbeli különbségek a rendszerek egymással való integrációját?

A Demax kollektorok akár 80 °C-os hőmérsékletet is elérhetnek, míg a hőszivattyúk 25–35 °C között működnek a legjobban. Ez azt jelenti, hogy a hőmérsékletkülönbség áthidalásához speciális eszközökre van szükség úgy, hogy a rendszer teljes hatásfoka megmaradjon.

Hogyan növelik a hatékonyságot a napenergiával segített hőszivattyúk (SAHP)?

Az SAHP rendszerek a napenergiát „új” (kevesebb mint 6 éves) energiaszintként használják fel. Ez az energiatípus olcsóbb, és lehetővé teszi, hogy a hő könnyen „mozogjon” egy egységen belül.

Miért nem elegendő a napenergia-kollektoros rendszer egyedül?

A napenergiás hőrendszerek hatásfoka szintén csökken felhős időben és éjszaka, ezért szükségük van a fosszilis tüzelőanyagok segítségére is. A hőszivattyúk szintén támogathatják a napenergiás hőrendszereket úgy, hogy hőt szolgáltatnak akkor, amikor a nap nem áll rendelkezésre, így hozzájárulnak a teljes dekarbonizációs cél eléréséhez.