AC Vs. DC в жилищни сгради, оборудвани със слънчева енергия плюс съхранение

Изследователи от Технологичния университет Чалмърс в Швеция сравниха потенциала за спестяване на енергия на разпределителните системи за променлив ток (AC) и постоянен ток (DC) за жилищни сгради, оборудвани с фотоволтаични системи и системи за съхранение на батерии. По-специално, те разгледаха дали DC настройките могат да доведат до по-ниски загуби на енергия.

„Един аспект, извлечен от работата, е, че можем да представим моделирани спестявания на загуби с разпределение на постоянен ток за скандинавски климат със средно по-ниско излъчване“, каза изследователят Патрик Оласpv списание. „Също така, ефектът – и доказана необходимост – от фотоволтаични и акумулаторни батерии за постигане на спестяване на енергия с DC.“

За техния анализ на ежедневното и сезонно представяне на двете топологии учените са използвали цяла година набор от данни за използване на натоварването, генериране на фотоволтаици, зависими от натоварването характеристики на ефективност на силови електронни преобразуватели (PEC) и съхранение на батерията. Те разгледаха AC и DC конфигурации за сграда с ориентирана на юг 3,6 kW слънчева инсталация плюс съхранение при ъгъл на наклон от 45 градуса. Те предположиха, че сградата разполага с отопление на помещения и битова гореща вода чрез земна термопомпа.

„Бяха получени индивидуални измервания за следните уреди: термопомпа от земен източник, вентилация, водни помпи и фотоволтаично генериране“, казаха учените, отбелязвайки, че годишното търсене на натоварване е 6354 kWh, като PV генерира 3113 kWh. „Това проучване беше извършено за свързана с мрежата сграда; беше необходим двупосочен AC/DC преобразувател за взаимодействие с мрежата.“

Работата разглежда четири различни системни топологии: AC—230 VAC с ефективност, зависима от товара, DC1—380 VDC с ефективност, зависима от товара, DC2—380 VDC с фиксирана ефективност на конвертора и DC3—380 и 20 VDC с ефективност, зависима от товара.

„Ниво на ниско напрежение от 20 VDC беше добавено към DC1 и DC2 за захранване на по-малките товари и осветление чрез централен DC/DC преобразувател“, каза изследователският екип.

Те установиха, че двупосочните загуби на конвертора се различават значително, когато се моделират с фиксирани и зависими от товара характеристики на ефективност. Те също така установиха, че DC топологията може да постигне икономии на енергия дори без включването на PV или съхранение на батерии.

„Загубите на свързания с мрежата преобразувател, използващ подход на постоянна ефективност (DC2), са с 34% по-ниски от тези в случая, прилагащ ефективност, зависима от товара (DC1),“ казаха те. „Стойностите на системната ефективност на съответните системи (AC и DC1−3) бяха съответно 95,3, 94,3, 95,8 и 93,7 процента.“

Групата стигна до заключението, че DC настройката не представлява благоприятна опция по отношение на намаляване на загубите без включването на фотоволтаична и батерийна система.

„В по-научен контекст беше подчертана грешката да се използва постоянна ефективност както за батерията, така и за захранващия електронен преобразувател“, заключи Олас. „Също така, най-значителните спестявания бяха получени, когато фотоволтаичната енергия се подаваше към товарите директно или през акумулаторната батерия. Признавам, че разпределението на постоянен ток в сградите е нишово приложение и е попаднало в ситуация на Catch-22 по отношение на доставката на продукти и търсене. Въпреки това, някои конкретни случаи могат да бъдат интересни за това, например вътрешни DC мрежи с PV, батерии и EV свързване и офис сгради с добра корелация между PV и търсенето на натоварване."

Изследователите представиха своите констатации в „Икономия на загуби на енергия чрез разпределение на постоянен ток в жилищна сграда със слънчеви фотоволтаици и съхранение на батерии“, която наскоро беше публикувана вЕнергии.