Je možné kombinovať solárne tepelné systémy Demax s tepelnými čerpadlami?

Kolektory Demax s tepelnými čerpadlami: Hydraulika a vykurovanie

Porozumenie tomu, ako integrovať vyššie uvedené systémy, vyžaduje dobré pochopenie hydrauliky súvisiacej so slnečnými tepelnými kolektormi a okruhmi tepelných čerpadiel. Ideálne by pri danom prevádzkovom stave mali byť prietoky cez kolektory a tepelné čerpadlo udržiavané v rozmedzí ±10 % navzájom, aby sa predišlo otravným parazitným stratám spôsobeným nadmerným čerpaním. Okrem toho, aby sa zabezpečil dostatočný prenos tepla, je žiaduce dosiahnuť turbulentné podmienky prúdenia. Veľmi častým tvrdením mnohých odborníkov je tvrdenie týkajúce sa tepelných gradientov, teda rozdielov teplôt, ktoré kolektory poskytujú. Kolektory Demax môžu mať výstupné teploty v rozmedzí 50 až 80 °C, zatiaľ čo väčšina tepelných čerpadiel nefunguje dobre, alebo vôbec, v rozmedzí 25–35 °C. Aby sa tieto tepelné gradienty minimalizovali alebo úplne odstránili a zároveň sa zlepšil tepelný výmeník, je možné použiť stratifikované vyrovnávacie nádrže alebo kompaktné doskové výmeníky s teplotným rozdielom (tzv. „temperature approach“) najviac 2 °C. Vedecké štúdie v odvetví uvádzajú, že v prípade chýbajúcich vhodných návrhov rozhraní v hybridných systémoch sa účinnosť systémov môže znížiť o 15 až 22 percent počas ich návrhovej účinnosti. Je to tiež jednou z hlavných príčin, prečo je použitie termostatických miešacích ventilov kritické na udržanie stabilných vstupných teplôt v prípade premenného slnečného príspevku.

Marketing zodpovednosti: Prioritná logika, stupňovanie teploty a predpisy proti krátkym cyklom

Prediktívny výkon vyžaduje inteligentne riadené ovládanie, ktoré mení spotrebu energie na základe aktuálnych/skutočných podmienok. Aktivitu systému riadia trojfázové protokoly prioritizácie:

Primárny slnečný režim sa aktivuje, keď je teplota kolektora aspoň o 8 °C vyššia ako požadovaná teplota zdroja tepelného čerpadla.

Režim hybridnej podpory sa aktivuje pri čiastočnom slnečnom žiarení a riadi teplotu obvodu kolektora tak, že zdrojový okruh sa predohrieva bez nadmerného zahrievania.

Režim priorizácie tepelného čerpadla sa aktivuje v prípade nedostatočnej slnečnej energie a rýchlosti prietoku systému sa riadia tak, aby sa zabránilo poškodeniu kompresora udržiavaním/riadením doby chodu.

Európske terénne testy ukázali, že postupné riadenie teploty znížilo cyklenie kompresora o 40 % a predĺžilo životnosť zariadenia práve o túto dobu. Ovládanie proti krátkym cyklom zahŕňa prediktívne a anticipatívne ovládanie zaťaženia a predpoveď tepelnej poptreby, čím sa znížia nepotrebné štarty, ktoré zvyšujú náklady na údržbu o 740 USD ročne na jednotku (The Ponemon Institute, 2023).

Výkonnostné výhody tepelných čerpadiel s podporou slnečnej energie (SAHP)

Kombinácia slnečných tepelných kolektorov a tepelných čerpadiel poskytuje synergický výkon v dôsledku ich odlišných silných strán, ktorý jednotlivé komponenty samostatne nedosiahnu. Predstavte si to ako druh tímovej spolupráce s viacerými zdrojmi energie. Slnečné kolektory poskytujú teplo, ktoré môže tepelné čerpadlo následne využiť na dosiahnutie účinnejšej tepelnej výmeny. Napríklad budovám je potrebné menej energie na prevádzku tepelných čerpadiel, pretože na ich prevádzku je potrebné menej energie – časť energie, ktorú je potrebné presunúť, je už poskytnutá slnečnou energiou. Okrem toho táto konfigurácia zlepšuje energetický výkon budov a mení vzory spotreby energie znížením celkovej spotreby energie, čím sa zvyšuje energetický výkon budov a zlepšuje sa zaťažovací profil budov. Týmto spôsobom pomáhajú tepelné čerpadlá s podporou slnečnej energie budovám lepšie komunikovať so sieťou, najmä počas období maximálnej spotreby energie.

Zvýšenie COP: Poľné skúšky integrovaných SAHP Demax v EÚ

Európske testovanie systémov SAHP spájaných s technológiou Demax ukazuje zlepšenie koeficientu výkonnosti (COP) o 20 až 30 percent oproti tepelným čerpadlám používaným samostatne. Keďže výparník je napájaný slnečnou tepelnou energiou, celková spotreba elektrickej energie sa zníži a teplota výparníka kompresora uľahčuje prácu tepelných čerpadiel o 10 až 15 °C. Najväčší potenciál úspor energie tejto technológie spočíva v prekrývaní slnečného žiarenia a požiadavky na vykurovanie. Okrem úspor elektrickej energie sú vylepšené systémy SAHP v zime energeticky účinnejšie, pretože vyžadujú menej cyklov odmrazovania a teda menej energie.

Presun zaťaženia a odolnosť siete: Predohrievanie zdrojovej vody na zníženie špičkového elektrického zaťaženia

Slnečné tepelné čerpadlá (SAHP) využívajú slnečné svetlo na ohrev vody, ktorá sa používa večer, keď sú energetické poplatky vyššie, a zároveň nabíjajú batériu SAHP (na teplo) počas dňa, keď sú energetické poplatky nižšie. Pri komerčných systémoch sme pozorovali, že batéria (na teplo) umožňuje zníženie špičkového energetického zaťaženia o 30 až 40 percent. Okrem zníženia energetických nákladov SAHP zvyšujú flexibilitu energetického rozvodu a účasť na reakcii na požiadavku vytvára pre majiteľov budov ďalšie príjmové prúdy. Vďaka tepelným čerpadlám sa doteraz podceňované vykurovacie zariadenia stávajú kľúčovými pre riadenie energetického zaťaženia zákazníkov a zlepšovanie celkovej funkčnosti rozvodu.

Prečo samotné solárne tepelné systémy nestačia – a ako tepelné čerpadlá dopĺňajú stratégiu dekarbonizácie Solárne tepelné systémy majú schopnosť zachytávať obnoviteľné teplo zo slnka, avšak majú aj svoje obmedzenia. Ich schopnosť zachytávať teplo je ovplyvnená oblačnosťou, zimným obdobím a nočným časom. Ak sa pri výrobe energie spoliehame výlučne na tepelné systémy, ktoré musia zachytávať teplo, tieto systémy budú musieť využívať fosílne palivá, čím sa zničí účel snahy o zníženie emisií uhlíka. V spojení s tepelnými systémami sa tepelné čerpadlá stávajú mimoriadne užitočné. Dokážu zachytiť tepelnú energiu z okolitého prostredia a poskytnú teplo aj vtedy, keď sa vyrába slnečná energia. Tepelné čerpadlá sú efektívne a majú koeficient výkonu (COP), ktorý môže dosiahnuť až 3,5. To je výrazne efektívnejšie ako konvenčné systémy. Navyše ponúkajú vyššiu účinnosť aj v prípade ich kombinácie so solárnymi tepelnými systémami. Solárny tepelný zariadenie predohreje vodu predtým, než vstúpi do tepelného čerpadla, čím kompresor pracuje efektívnejšie.

Podľa štúdií môže táto konfigurácia znížiť špičkovú spotrebu elektrickej energie o 18 % – 34 % v období zaťaženia elektrickej siete (2023, Fraunhofer ISE). Podľa údajov IEA z roku 2024 tepelné čerpadlá v súčasnosti pokrývajú len 10 % vykurovania budov na celom svete, čo nezodpovedá našim klimatickým cieľom. Integrácia tepelných čerpadiel so slnečnou tepelnou technológiou však zvyšuje kontrolu nad energetickými zaťaženiami, zvyšuje spoľahlivosť a umožňuje uhlíkovo neutrálne vykurovanie budov po celý rok. Tieto dve technológie sa navzájom výborne dopĺňajú: slnečná energia zvyšuje účinnosť tepelných čerpadiel a tepelné čerpadlá zabezpečujú hladký chod v období nedostatku slnečnej energie. Táto inovatívna kombinácia je skutočne premenlivá z hľadiska zníženia závislosti od fosílnych palív, a to nielen z technického, ale aj z ekonomického hľadiska – na rozdiel od iných technológií, ktoré jednoducho sčítajú jedna plus jedna, aby vznikla dva.

Číslo FAQ

Q1: Aká je hlavná výzva pri integrácii kolektorov Demax do okruhov tepelných čerpadiel?

A1: Hlavnou výzvou je vyváženie hydrauliky slnečných tepelných kolektorov a okruhov tepelného čerpadla, aby sa predišlo parazitným stratám a umožnilo sa účinné prenos tepla.

Ako ovplyvňujú rozdiely v teplote integráciu systémov navzájom?

Kolektory Demax dosahujú teploty až 80 °C, avšak tepelné čerpadlá pracujú najefektívnejšie v rozsahu 25–35 °C. To znamená, že na prekonanie tohto teplotného rozdielu je potrebné použiť špecifické prostriedky, pričom sa zachová celková účinnosť systému.

Ako solárne podporované tepelné čerpadlá (SAHP) zvyšujú účinnosť?

SAHP využívajú slnečnú energiu ako „novú“ (menej ako 6 rokov starú) úroveň energie. Tento druh energie je lacnejší a zároveň umožňuje ľahký prenos tepla v rámci jednotky.

Prečo samotná slnečná tepelná energia nestačí?

Solárne tepelné systémy tiež strácajú účinnosť v prípade zamračenia a v noci, preto potrebujú tiež pomoc fosílnych palív. Tepelné čerpadlá môžu solárne tepelné systémy podporiť tým, že poskytnú teplo v čase, keď slnko nie je k dispozícii, a tak pomôžu úplne dosiahnuť cieľ dekarbonizácie.