റെസിഡൻഷ്യൽ ഹീറ്റ് പമ്പുകൾ പിവി, ബാറ്ററി സംഭരണവുമായി എങ്ങനെ സംയോജിപ്പിക്കാം

റെസിഡൻഷ്യൽ റൂഫ്‌ടോപ്പ് പിവി സിസ്റ്റങ്ങൾ ഹീറ്റ് പമ്പുകളും ബാറ്ററി സംഭരണവുമായി എങ്ങനെ സംയോജിപ്പിക്കാമെന്ന് ഫ്രോൺഹോഫർ ഐഎസ്ഇ ഗവേഷകർ പഠിച്ചിട്ടുണ്ട്.

1960-ൽ ജർമ്മനിയിലെ ഫ്രീബർഗിൽ നിർമ്മിച്ച ഒരു ഒറ്റ കുടുംബ വീട്ടിൽ സ്മാർട്ട്-ഗ്രിഡ് (SG) റെഡി കൺട്രോൾ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ഒരു പിവി-ഹീറ്റ് പമ്പ്-ബാറ്ററി സിസ്റ്റത്തിന്റെ പ്രകടനം അവർ വിലയിരുത്തി.

"സ്മാർട്ട് കൺട്രോൾ സെറ്റ് താപനില വർദ്ധിപ്പിച്ചുകൊണ്ട് ഹീറ്റ് പമ്പ് പ്രവർത്തനം വർദ്ധിപ്പിച്ചതായി കണ്ടെത്തി," ഗവേഷകനായ ശുഭം ബരാസ്‌കർ പിവി മാഗസിനിനോട് പറഞ്ഞു. "എസ്‌ജി-റെഡി കൺട്രോൾ ചൂടുവെള്ളം തയ്യാറാക്കുന്നതിനുള്ള വിതരണ താപനില 4.1 കെൽവിൻ വർദ്ധിപ്പിച്ചു, ഇത് സീസണൽ പെർഫോമൻസ് ഫാക്ടർ (എസ്‌പിഎഫ്) 3.5 ൽ നിന്ന് 3.3 ആയി 5.7% കുറച്ചു. കൂടാതെ, സ്‌പേസ് ഹീറ്റിംഗ് മോഡിനായി സ്മാർട്ട് കൺട്രോൾ എസ്‌പി‌എഫ് 5.0 ൽ നിന്ന് 4.8 ആയി 4% കുറച്ചു."

SPF എന്നത് പ്രകടന ഗുണകത്തിന് (COP) സമാനമായ ഒരു മൂല്യമാണ്, വ്യത്യാസത്തോടെ ഇത് വ്യത്യസ്ത അതിർത്തി വ്യവസ്ഥകളോടെ കൂടുതൽ കാലയളവിലേക്ക് കണക്കാക്കുന്നു.

ബരാസ്കറും സഹപ്രവർത്തകരും അവരുടെ കണ്ടെത്തലുകൾ “ഫീൽഡ് മെഷർമെന്റ് ഡാറ്റയെ അടിസ്ഥാനമാക്കി ഒരു ഫോട്ടോവോൾട്ടെയ്ക്-ബാറ്ററി ഹീറ്റ് പമ്പ് സിസ്റ്റത്തിന്റെ പ്രകടനത്തിന്റെയും പ്രവർത്തനത്തിന്റെയും വിശകലനം"," ഇത് അടുത്തിടെ പ്രസിദ്ധീകരിച്ചത്സൗരോർജ്ജ പുരോഗതി.പിവി-ഹീറ്റ് പമ്പ് സംവിധാനങ്ങളുടെ പ്രധാന നേട്ടം അവയുടെ കുറഞ്ഞ ഗ്രിഡ് ഉപഭോഗവും കുറഞ്ഞ വൈദ്യുതി ചെലവുമാണ് എന്ന് അവർ പറഞ്ഞു.

ഹീറ്റ് പമ്പ് സിസ്റ്റം 13.9 kW ഗ്രൗണ്ട്-സോഴ്‌സ് ഹീറ്റ് പമ്പാണ്, ഇത് ബഹിരാകാശ ചൂടാക്കലിനായി ഒരു ബഫർ സംഭരണത്തോടെ രൂപകൽപ്പന ചെയ്‌തിരിക്കുന്നു. ഗാർഹിക ചൂടുവെള്ളം (DHW) ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നതിന് ഒരു സ്റ്റോറേജ് ടാങ്കിനെയും ഒരു ശുദ്ധജല സ്റ്റേഷനെയും ഇത് ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു. രണ്ട് സ്റ്റോറേജ് യൂണിറ്റുകളിലും ഇലക്ട്രിക് ഓക്സിലറി ഹീറ്ററുകൾ സജ്ജീകരിച്ചിരിക്കുന്നു.

തെക്ക് ദിശയിലേക്ക് നയിക്കുന്ന പിവി സിസ്റ്റം 30 ഡിഗ്രി ടിൽറ്റ് ആംഗിളിലാണ് പ്രവർത്തിക്കുന്നത്. ഇതിന് 12.3 കിലോവാട്ട് പവർ ഔട്ട്പുട്ടും 60 ചതുരശ്ര മീറ്റർ മൊഡ്യൂൾ ഏരിയയുമുണ്ട്. ബാറ്ററി ഡിസി-കപ്പിൾഡ് ആണ്, 11.7 കിലോവാട്ട് ശേഷിയുണ്ട്. തിരഞ്ഞെടുത്ത വീടിന് 256 ചതുരശ്ര മീറ്റർ വിസ്തീർണ്ണമുള്ള ചൂടാക്കൽ സ്ഥലവും 84.3 കിലോവാട്ട്/ചതുരശ്ര ചതുരശ്ര അടി വാർഷിക ചൂടാക്കൽ ആവശ്യകതയുമുണ്ട്.

"പിവിയിൽ നിന്നും ബാറ്ററി യൂണിറ്റുകളിൽ നിന്നുമുള്ള ഡിസി പവർ, പരമാവധി 12 kW എസി പവറും 95% യൂറോപ്യൻ കാര്യക്ഷമതയും ഉള്ള ഒരു ഇൻവെർട്ടർ വഴി എസിയിലേക്ക് പരിവർത്തനം ചെയ്യപ്പെടുന്നു," ഗവേഷകർ വിശദീകരിച്ചു, എസ്‌ജി-റെഡി കൺട്രോളിന് വൈദ്യുതി ഗ്രിഡുമായി ഇടപഴകാനും സിസ്റ്റത്തിന്റെ പ്രവർത്തനം അതിനനുസരിച്ച് ക്രമീകരിക്കാനും കഴിയുമെന്ന് ചൂണ്ടിക്കാട്ടി. "ഉയർന്ന ഗ്രിഡ് ലോഡിന്റെ കാലഘട്ടങ്ങളിൽ, ഗ്രിഡ് ഓപ്പറേറ്റർക്ക് ഗ്രിഡ് സ്ട്രെയിൻ കുറയ്ക്കുന്നതിന് ഹീറ്റ് പമ്പ് പ്രവർത്തനം ഓഫാക്കാം അല്ലെങ്കിൽ വിപരീത സാഹചര്യത്തിൽ നിർബന്ധിതമായി ഓണാക്കാം."

നിർദ്ദിഷ്ട സിസ്റ്റം കോൺഫിഗറേഷൻ പ്രകാരം, തുടക്കത്തിൽ വീട്ടിലെ ലോഡുകൾക്ക് പിവി പവർ ഉപയോഗിക്കണം, മിച്ചം വരുന്ന വൈദ്യുതി ബാറ്ററിയിലേക്ക് നൽകണം. വീട്ടുകാർക്ക് വൈദ്യുതി ആവശ്യമില്ലെങ്കിൽ, ബാറ്ററി പൂർണ്ണമായും ചാർജ് ചെയ്തിട്ടുണ്ടെങ്കിൽ മാത്രമേ അധിക വൈദ്യുതി ഗ്രിഡിലേക്ക് കയറ്റുമതി ചെയ്യാൻ കഴിയൂ. പിവി സിസ്റ്റത്തിനും ബാറ്ററിക്കും വീടിന്റെ ഊർജ്ജ ആവശ്യകത നിറവേറ്റാൻ കഴിയുന്നില്ലെങ്കിൽ, വൈദ്യുതി ഗ്രിഡ് ഉപയോഗിക്കാൻ കഴിയും.

"ബാറ്ററി പൂർണ്ണമായി ചാർജ്ജ് ചെയ്യപ്പെടുമ്പോഴോ പരമാവധി പവറിൽ ചാർജ്ജ് ചെയ്യപ്പെടുമ്പോഴോ PV മിച്ചം ലഭ്യമാകുമ്പോഴോ SG-റെഡി മോഡ് സജീവമാകുന്നു," അക്കാദമിക് വിദഗ്ധർ പറഞ്ഞു. "നേരെമറിച്ച്, തൽക്ഷണ PV പവർ കുറഞ്ഞത് 10 മിനിറ്റെങ്കിലും മൊത്തം കെട്ടിട ആവശ്യകതയേക്കാൾ കുറവായിരിക്കുമ്പോഴാണ് ട്രിഗർ-ഓഫ് അവസ്ഥ നിറവേറ്റുന്നത്."

സ്വയം ഉപഭോഗ നിലവാരം, സോളാർ ഫ്രാക്ഷൻ, ഹീറ്റ് പമ്പ് കാര്യക്ഷമത, ഹീറ്റ് പമ്പ് പ്രകടന കാര്യക്ഷമതയിൽ പിവി സിസ്റ്റത്തിന്റെയും ബാറ്ററിയുടെയും സ്വാധീനം എന്നിവ അവരുടെ വിശകലനം പരിഗണിച്ചു. 2022 ജനുവരി മുതൽ ഡിസംബർ വരെയുള്ള ഉയർന്ന റെസല്യൂഷൻ 1-മിനിറ്റ് ഡാറ്റ അവർ ഉപയോഗിച്ചു, SG-റെഡി കൺട്രോൾ DHW-നായി ഹീറ്റ് പമ്പ് വിതരണ താപനില 4.1 K വർദ്ധിപ്പിച്ചതായി കണ്ടെത്തി. വർഷത്തിൽ സിസ്റ്റം മൊത്തത്തിൽ 42.9% സ്വയം ഉപഭോഗം കൈവരിച്ചതായും ഇത് വീട്ടുടമസ്ഥർക്ക് സാമ്പത്തിക നേട്ടമായി മാറുന്നതായും അവർ കണ്ടെത്തി.

"[ഹീറ്റ് പമ്പിന്റെ] വൈദ്യുതി ആവശ്യകതയിൽ 36% പിവി/ബാറ്ററി സിസ്റ്റം ഉപയോഗിച്ച് നികത്തി, ഗാർഹിക ചൂടുവെള്ള മോഡിൽ 51% ഉം ബഹിരാകാശ ചൂടാക്കൽ മോഡിൽ 28% ഉം," ഗവേഷണ സംഘം വിശദീകരിച്ചു, ഉയർന്ന സിങ്ക് താപനില DHW മോഡിൽ ഹീറ്റ് പമ്പിന്റെ കാര്യക്ഷമത 5.7% ഉം ബഹിരാകാശ ചൂടാക്കൽ മോഡിൽ 4.0% ഉം കുറച്ചു.

"സ്‌പേസ് ഹീറ്റിംഗിന്, സ്മാർട്ട് കൺട്രോളിന്റെ ഒരു നെഗറ്റീവ് ഇഫക്റ്റും കണ്ടെത്തി," ബരാസ്‌കർ പറഞ്ഞു. "എസ്‌ജി-റെഡി കൺട്രോൾ കാരണം, ഹീറ്റിംഗ് സെറ്റ് പോയിന്റ് താപനിലയ്ക്ക് മുകളിലുള്ള സ്‌പേസ് ഹീറ്റിംഗിൽ ഹീറ്റ് പമ്പ് പ്രവർത്തിച്ചു. സ്‌പേസ് ഹീറ്റിംഗിന് ഹീറ്റ് ആവശ്യമില്ലെങ്കിലും നിയന്ത്രണം സ്റ്റോറേജ് സെറ്റ് താപനില വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും ഹീറ്റ് പമ്പ് പ്രവർത്തിപ്പിക്കുകയും ചെയ്തതിനാലാണിത്. അമിതമായ ഉയർന്ന സംഭരണ ​​താപനില ഉയർന്ന സംഭരണ ​​താപ നഷ്ടത്തിന് കാരണമാകുമെന്നും പരിഗണിക്കണം."

ഭാവിയിൽ വ്യത്യസ്ത സംവിധാനങ്ങളും നിയന്ത്രണ ആശയങ്ങളുമുള്ള അധിക പിവി/ഹീറ്റ് പമ്പ് കോമ്പിനേഷനുകൾ അന്വേഷിക്കുമെന്ന് ശാസ്ത്രജ്ഞർ പറഞ്ഞു.

"വ്യക്തിഗതമായി വിലയിരുത്തപ്പെടുന്ന സിസ്റ്റങ്ങൾക്ക് ഈ കണ്ടെത്തലുകൾ പ്രത്യേകമാണെന്നും കെട്ടിടത്തിന്റെയും ഊർജ്ജ സംവിധാനത്തിന്റെയും പ്രത്യേകതകളെ ആശ്രയിച്ച് വളരെയധികം വ്യത്യാസപ്പെടാമെന്നും ശ്രദ്ധിക്കേണ്ടതാണ്," അവർ നിഗമനത്തിലെത്തി.