PV-прототип на термопомпа с двоен кондензатор достига 7,59 коефициент на ефективност

Изследователи от университета Мигел Ернандес в Елче в Испания са проектирали термопомпена система въздух{0}}към-вода, която може да пренасочи производството на битова гореща вода (БГВ) към централните дневни часове, като по този начин максимизира използването на генерирането на фотоволтаична енергия.

Новото в системата се състои в използването на два кондензатора вместо един модул.

Изследователите обясниха, че конвенционалната компактна термопомпа за битова гореща вода (БГВ) включва компресор, изпарител, разширителен вентил и кондензатор, обвит около дъното на резервоара за съхранение, загрявайки целия обем вода чрез естествена конвекция. Предложената конфигурация с двоен-кондензатор добавя втори кондензатор в горната част на резервоара, комбиниран с оптимизирана система за управление за избор на режим на работа, като същевременно запазва стандартните компоненти.

Както долният, така и горният кондензатор се състоят от спираловидни тръби, монтирани между стената на резервоара и изолационния слой. Когато долният кондензатор работи, топлината се доставя на дъното на 215-литровия резервоар, насърчавайки стратификацията и нагряването на целия обем. Когато горният кондензатор е активиран, само горната част на резервоара се нагрява, което позволява по-целенасочена работа и по-малко съхранение на енергия.

Прототипът е разработен от търговска термопомпа с разделен-тип въздух-към-вода, оборудвана със спирален компресор от 600 W и хладилен агент R134a. Оригиналният електрически съпротивителен нагревател от 2400 W беше изключен, за да се осигури работа изключително в режим на термопомпа. Системата имаше -означен от производителя коефициент на ефективност (COP) от 3,17 при 14 C. Модификациите включват интегриране на втория кондензатор, препроектиране на хладилната верига и надграждане на контролната система за тестване при реалистични работни условия на БГВ и PV.

Експерименталната настройка е проектирана да възпроизвежда реално потребление на БГВ в домакинството с помощта на система със затворен -контур, за да се избегне загубата на вода. Състои се от две климатични камери, термопомпа с двоен-кондензатор, фотоволтаична инсталация от 600 W и контролирана хидравлична верига. Термопомпата беше свързана както към мрежата, така и към фотоволтаичната система, без да се разглежда финансова компенсация за излишната електроенергия, подадена в мрежата.

Допълнителен резервоар, циркулационна помпа и воден охладител поддържаха температурата на входящата вода на 10 C, за да симулират условията на захранване от електрическата мрежа. Контролер Arduino Mega управлява помпи, клапани, охладител и термопомпа, за да позволи автоматизирано тестване. Системата беше оборудвана и с 30 температурни сензора, разходомери и електрически устройства за наблюдение, като данните се записваха на интервали от една-минута.

Изследователите оцениха три конфигурации при околна температура от 18 C: конвенционална термопомпа с един-кондензатор, същата система, свързана с PV, и термопомпа с двоен-кондензатор с PV. Тестовете следваха базиран на EN 16147 профил на потребление на БГВ, осигурявайки температури на подаване над 45 C.

Резултатите показаха, че конфигурацията с двоен-кондензатор подобрява контрола на стратификацията, намалява общото потребление на енергия и поддържа качеството на услугата за БГВ, като същевременно значително повишава собствената{1}}консумация на PV.

Анализът установи, че средният сезонен COP на термопомпата достига 3,55 в конфигурация с един-кондензатор и 3,65, когато се комбинира с PV.

„Както се очакваше, и двете стойности са сходни, тъй като между тях няма разлика в режима на работа“, подчерта изследователският екип. „При третия тест, с два кондензатора и подобрена стратегия за управление, която позволява работа с по-ниска температура на водата, тази ефективност се покачва до 3,71. Тази тенденция е по-изразена при анализа на ефективността на услугата БГВ, където резултатите са 3,08 и 3,12 за първите два режима на работа и 3,37 за конфигурацията с два кондензатора и PV панели. Тъй като резервоарът е по-студен в конфигурацията с два кондензатори, има по-малко топлинни загуби."

Междувременно собственото -потребление на слънчева енергия с двойната-кондензаторна система се е повишило от 9,9% на 55,5%.

„Резултатите също така подчертават необходимостта да се вземе предвид моментното собствено-потребление, като се използва изчислителна база от най-много минута-по-минута, а не на час или ден, тъй като последното води до нереалистично високи слънчеви приноси“, заключават учените. „Като се има предвид енергията, доставена от фотоволтаичните панели, производителността на HP може да бъде преоценена, което води до COP от 3,46 при работа с един кондензатор и 7,59 при работа с конфигурация с двоен кондензатор.“

Системата е описана в „Експериментална оценка на нов дизайн на фотоволтаична термопомпа с двоен кондензатор“, публикувана в Solar Energy.