Çift Kondenserli PV-destekli Isı Pompası Prototipi 7,59 Performans Katsayısına Ulaştı

İspanya'daki Miguel Hernández Üniversitesi Elche'deki araştırmacılar, evsel sıcak su (DHW) üretimini merkezi gündüz saatlerine kaydırabilen, böylece PV enerji üretiminin kullanımını maksimuma çıkarabilen havadan{0}}suya-suya ısı pompası sistemi tasarladılar.

Sistemin yeniliği tek ünite yerine iki kondansatörün kullanılmasında yatmaktadır.

Araştırmacılar, geleneksel bir kompakt evsel sıcak su (DHW) ısı pompasının bir kompresör, evaporatör, genleşme valfi ve depolama tankının tabanına sarılı bir kondansatör içerdiğini ve tüm su hacmini doğal konveksiyon yoluyla ısıttığını açıkladı. Önerilen çift-kondansatör konfigürasyonu, standart bileşenleri korurken, çalışma modunu seçmek için optimize edilmiş bir kontrol sistemi ile birlikte tankın tepesine ikinci bir kondansatör ekler.

Hem alt hem de üst kondenserler, tank duvarı ile yalıtım katmanı arasına monte edilen spiral borulardan oluşur. Alt kondansatör çalıştığında, 215 litrelik tankın tabanına ısı iletilir, böylece katmanlaşma ve tüm hacmin ısıtılması sağlanır. Üst kondenser etkinleştirildiğinde tankın yalnızca üst kısmı ısıtılır, bu da daha hedefe yönelik çalışma ve daha düşük enerji depolama olanağı sağlar.

Prototip, 600 W kaydırmalı kompresör ve R134a soğutucu akışkanla donatılmış, ticari-tip havadan{-suya-bölünmüş tipte bir ısı pompasından geliştirildi. Yalnızca ısı pompası modunda çalışmayı sağlamak için orijinal 2.400 W elektrikli rezistanslı ısıtıcının bağlantısı kesildi. Sistemin üretici tarafından derecelendirilmiş performans katsayısı (COP) 14°C'de 3,17'ydi. Değişiklikler arasında ikinci kondansatörün entegre edilmesi, soğutma devresinin yeniden tasarlanması ve kontrol sisteminin gerçekçi DHW ve PV çalışma koşulları altında test edilmek üzere yükseltilmesi yer alıyordu.

Deney kurulumu, su israfını önlemek için kapalı-döngü sistemi kullanarak gerçek evsel sıcak su talebini taklit edecek şekilde tasarlandı. İki iklim odasından, ikili-kondansatörlü ısı pompasından, 600 W PV kurulumundan ve kontrollü bir hidrolik devreden oluşuyordu. Isı pompası hem şebekeye hem de PV sistemine bağlandı ve şebekeye beslenen fazla elektrik için herhangi bir mali tazminat düşünülmedi.

Yardımcı bir tank, sirkülasyon pompası ve su soğutucu, şebeke besleme koşullarını simüle etmek için giriş suyu sıcaklığını 10°C'de tuttu. Otomatik testi mümkün kılmak için bir Arduino Mega kontrol cihazı pompaları, vanaları, soğutma grubunu ve ısı pompasını yönetti. Sistem ayrıca bir-dakikalık aralıklarla kaydedilen verilerle 30 sıcaklık sensörü, akış ölçer ve elektrikli izleme cihazıyla donatılmıştı.

Araştırmacılar, 18 C ortam sıcaklığında üç konfigürasyonu değerlendirdiler: geleneksel tek-yoğunlaştırıcılı ısı pompası, aynı sistemin PV ile birleştirilmiş hali ve PV'li çift-yoğunlaştırıcılı ısı pompası. Testler, EN 16147 tabanlı bir DHW tüketim profilini takip ederek besleme sıcaklıklarının 45 C'nin üzerinde olmasını sağladı.

Sonuçlar, çift-kondenser yapılandırmasının katmanlaşma kontrolünü iyileştirdiğini, genel enerji tüketimini azalttığını ve PV öz tüketimini önemli ölçüde artırırken DHW hizmet kalitesini koruduğunu{1}gösterdi.

Analiz, ısı pompasının ortalama sezonluk COP'sinin tek-kondenser konfigürasyonunda 3,55'e, PV ile birleştirildiğinde ise 3,65'e ulaştığını buldu.

Araştırma ekibi, "Beklendiği gibi, aralarında çalışma modunda bir fark olmadığı için her iki değer de benzer" dedi. "İki kondansatör ve daha düşük su sıcaklığıyla çalışmaya izin veren geliştirilmiş bir kontrol stratejisi ile yapılan üçüncü testte, bu verimlilik 3,71'e yükseliyor. Bu eğilim, sıcak su hizmetinin verimliliği analiz edilirken daha belirgindir; sonuçlar ilk iki çalışma modu için 3,08 ve 3,12, iki kondansatörlü ve PV panelli konfigürasyon için 3,37'dir. İki kondansatörlü konfigürasyonda tank daha soğuk olduğundan, daha az ısı kaybı olur."

Bu arada, ikili-yoğunlaştırıcı sistemle güneş enerjisinin öz-tüketimi %9,9'dan %55,5'e yükseldi.

Akademisyenler, "Sonuçlar ayrıca, saatlik veya günlük yerine en fazla dakika-dakikalık{- dakikalık bir hesaplama tabanı kullanarak anlık öz-tüketimi dikkate alma ihtiyacını da vurguluyor; zira ikincisi, gerçekçi olmayan derecede yüksek güneş enerjisi katkılarıyla sonuçlanır." "PV paneller tarafından sağlanan enerji göz önüne alındığında, HP'nin performansı yeniden değerlendirilebilir; bu da tek kondansatörle çalışırken 3,46, çift kondenser konfigürasyonuyla çalışırken ise 7,59 COP'ye yol açabilir."

Sistem, Solar Energy dergisinde yayınlanan "Çift kondansatörlü yeni bir fotovoltaik ısı pompası tasarımının deneysel değerlendirmesi" bölümünde anlatılmıştır.