Solassisterad värmepump - Solar-assisted heat pump

Hybrid solceller med solceller från en SAHP i en experimentell installation vid Department of Energy at Polytechnic of Milan

En solassisterad värmepump ( SAHP ) är en maskin som representerar integrationen av en värmepump och termiska solpaneler i ett enda integrerat system. Normalt används dessa två tekniker separat (eller placerar dem bara parallellt) för att producera varmvatten . I detta system utför solvärmepanelen funktionen för värmekällan med låg temperatur och den producerade värmen används för att mata värmepumpens förångare. Målet med detta system är att få hög COP och sedan producera energi på ett mer effektivt och billigare sätt.

Det är möjligt att använda vilken som helst typ av solvärmepanel (ark och rör, rullbindning, värmerör, värmeplattor) eller hybrid ( mono / polykristallin , tunn film ) i kombination med värmepumpen. Användningen av en hybridpanel är att föredra eftersom det gör det möjligt att täcka en del av värmepumpens elbehov och minska energiförbrukningen och följaktligen systemets rörliga kostnader .

Optimering

Driftsförhållandena optimering av detta system är huvudproblemet, eftersom det finns två motsatta trender för prestanda för de två delsystemen: som exempel, en minskning av avdunstningstemperaturen för arbetsvätskan genererar en ökning av den termiska solpanelens effektivitet men en minskning av värmepumpens prestanda, med en minskning av COP. Målet för optimeringen är normalt minimering av värmepumpens elektriska förbrukning eller primärenergi som krävs av en hjälppanna som levererar den belastning som inte täcks av förnybar källa .

Konfigurationer

Det finns två möjliga konfigurationer av detta system, som kännetecknas av närvaron eller inte av en mellanvätska som transporterar värmen från panelen till värmepumpen. Maskiner som kallas indirekt expansion använder huvudsakligen vatten som värmeöverföringsvätska, blandat med frostskyddsmedel (vanligtvis glykol ) för att undvika isbildningsfenomen under vinterperioden. Maskinerna som kallas direkt expansion placerar kylvätskan direkt inuti den termiska panelens hydrauliska krets, där fasövergången äger rum. Denna andra konfiguration, även om den är mer komplex ur teknisk synvinkel, har flera fördelar:

  • en bättre överföring av värmen som produceras av den termiska panelen till arbetsfluidet, vilket involverar en större termisk effektivitet hos förångaren, kopplad till frånvaron av en mellanvätska;
  • närvaron av en avdunstningsvätska möjliggör en enhetlig temperaturfördelning i värmepanelen med en därmed ökad värmeeffektivitet (vid solpanelens normala driftsförhållanden minskar den lokala termiska verkningsgraden från vätskeintag till utlopp eftersom vätsketemperaturen ökar) ;
  • med användning av hybrid solpanel, utöver den fördel som beskrivs i föregående punkt, ökar panelens elektriska effektivitet (av liknande överväganden).

Jämförelse

Generellt sett är användningen av detta integrerade system ett effektivt sätt att använda värmen som produceras av värmepanelerna under vinterperioden, något som normalt inte skulle utnyttjas på grund av att dess temperatur är för låg.

Separerade produktionssystem

I jämförelse med endast värmepumpanvändning är det möjligt att minska mängden elektrisk energi som förbrukas av maskinen under väderutvecklingen från vintersäsongen till våren, och sedan äntligen bara använda termiska solpaneler för att producera allt värmebehov som krävs (endast vid indirekt expansionsmaskin), vilket sparar på rörliga kostnader.

Jämfört med ett system med enbart värmepaneler är det möjligt att tillhandahålla en större del av den nödvändiga vinteruppvärmningen med en icke-fossil energikälla.

Traditionella värmepumpar

Jämfört med geotermiska värmepumpar är den största fördelen att installation av ett rörfält i marken inte krävs, vilket leder till lägre investeringskostnader (borrning står för cirka 50% av kostnaden för ett geotermiskt värmepumpsystem) och i mer flexibilitet för maskininstallation, även i områden där det finns begränsat tillgängligt utrymme. Dessutom finns det inga risker relaterade till eventuell utarmning av termisk mark.

På samma sätt som luftvärmepumpar påverkas solassisterad värmepumpsprestanda av atmosfäriska förhållanden, även om denna effekt är mindre signifikant. Solassisterad värmepumpens prestanda påverkas vanligtvis av varierande solstrålningsintensitet snarare än lufttemperaturoscillation . Detta ger en större SCOP (Seasonal COP). Dessutom är avdunstningstemperaturen hos arbetsvätskan högre än i luftvärmepumpar, så i allmänhet är prestanda koefficienten betydligt högre.

Låga temperaturförhållanden

I allmänhet kan en värmepump avdunsta vid temperaturer under omgivningstemperaturen. I en solassisterad värmepump genererar detta en temperaturfördelning av värmepanelerna under den temperaturen. I detta tillstånd blir värmepumpens värmeförluster mot miljön ytterligare tillgänglig energi. I detta fall är det möjligt att solpanelernas värmeeffektivitet är mer än 100%.

Ytterligare ett fritt bidrag under dessa förhållanden med låg temperatur är relaterat till möjligheten för kondensering av vattenånga på ytan av panelerna, vilket ger extra värme till värmeöverföringsvätskan (normalt är det en liten del av den totala värmen som samlas upp av sol paneler), vilket är lika med den latenta kondensvärmen.

Värmepump med dubbla kylkällor

Den enkla konfigurationen av solassisterad värmepump som endast solpaneler som värmekälla för förångaren. Det kan också finnas en konfiguration med en extra värmekälla. Målet är att ha ytterligare fördelar med energibesparing men å andra sidan blir hanteringen och optimeringen av systemet mer komplex.

Den geotermiska solenergikonfigurationen gör det möjligt att minska rörledningsfältets storlek (och minska investeringen) och att regenerera marken under sommaren genom värmen som samlas upp från värmepanelerna.

Luft-solstrukturen möjliggör en acceptabel värmeingång även under molniga dagar, vilket bibehåller systemets kompakthet och är lätt att installera.

Utmaningar

Som i vanliga luftkonditioneringsapparater är ett av problemen att hålla avdunstningstemperaturen hög, speciellt när solljuset har låg effekt och det omgivande luftflödet är lågt.

Se även

Referenser

externa länkar