Ερευνητική ομάδα του Πανεπιστημίου Xihang στην Κίνα πραγματοποίησε ανάλυση εξέργειας και μελέτη ευαισθησίας σε ένα σύστημα θέρμανσης που συνδυάζει φωτοβολταϊκά-θερμικά (PVT) πάνελ με αντλία θερμότητας αέρα (ASHP), διαπιστώνοντας ότι το σύστημα παρουσιάζει υψηλή προσαρμοστικότητα σε συνθήκες χαμηλών θερμοκρασιών.
«Η μελέτη πραγματοποιεί συστηματική ανάλυση εξέργειας του προτεινόμενου συστήματος PVT-ASHP», αναφέρουν οι ερευνητές. Στόχος ήταν να ποσοτικοποιηθεί η κατανομή των απωλειών εξέργειας στα βασικά εξαρτήματα υπό τυπικές συνθήκες θέρμανσης, να διερευνηθεί η επίδραση της θερμοκρασίας περιβάλλοντος, της σχετικής υγρασίας και της θερμοκρασίας προθέρμανσης στην αποδοτικότητα εξέργειας του συστήματος, καθώς και να εντοπιστούν οι παράμετροι που επηρεάζουν περισσότερο τη λειτουργία του.
Οι ερευνητές προσομοίωσαν το σύστημα μέσω του λογισμικού TRNSYS 18.0 για ένα εξαώροφο κτίριο γραφείων συνολικής επιφάνειας 2.065 τ.μ. στη Σιάν της Κίνας. Η προσομοίωση κάλυψε την τοπική περίοδο θέρμανσης, από τις 15 Νοεμβρίου έως τις 15 Μαρτίου, με λειτουργία τις καθημερινές από τις 8:00 έως τις 18:00.
Το σύστημα αποτελούνταν από δύο αντλίες θερμότητας αέρα χαμηλών θερμοκρασιών, ισχύος 90 kW η καθεμία, 270 τ.μ. συλλεκτών PVT με ηλεκτρική ισχύ 57,5 kW, δεξαμενή θερμικής αποθήκευσης 200 λίτρων και αντλίες κυκλοφορίας.
Ένα κύκλωμα κυκλοφορίας νερού ανακτούσε την απορριπτόμενη θερμότητα από τα πάνελ PVT, συμβάλλοντας στη βελτίωση της ηλεκτρικής τους απόδοσης. Η ανακτώμενη θερμότητα είτε αποθηκευόταν για τη θέρμανση των χώρων είτε μεταφερόταν μέσω εναλλάκτη θερμότητας νερού-αέρα, προκειμένου να προθερμανθεί ο αέρας που εισερχόταν στον εξατμιστή της αντλίας θερμότητας.
Η αύξηση της θερμοκρασίας του εισερχόμενου αέρα βελτίωνε τις συνθήκες λειτουργίας του εξατμιστή, περιορίζοντας τον σχηματισμό πάγου και τις απώλειες από τους κύκλους απόψυξης και ενισχύοντας τη θερμοδυναμική απόδοση της αντλίας θερμότητας.
Η αντλία θερμότητας ενεργοποιούνταν όταν η θερμοκρασία της δεξαμενής έπεφτε κάτω από τους 40 °C και σταματούσε όταν έφτανε τους 50 °C. Ο εναλλάκτης θερμότητας προθέρμανσης λειτουργούσε όταν η θερμοκρασία της δεξαμενής ήταν τουλάχιστον 20 °C υψηλότερη από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος.
Η ανάλυση εξέτασε θερμοκρασίες περιβάλλοντος από -10 °C έως 10 °C, σχετική υγρασία από 40% έως 90% και θερμοκρασίες προθέρμανσης από 3 °C έως 15 °C.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, το σύστημα πέτυχε συνολικό ποσοστό αξιοποίησης της ενέργειας 80,25% κατά την περίοδο θέρμανσης στη Σιάν, με την αντλία θερμότητας, τη θερμική και την ηλεκτρική παραγωγή των PVT να αποτελούν τις βασικές πηγές ενέργειας.
Σε ό,τι αφορά τις απώλειες εξέργειας, ο συμπιεστής και ο εξατμιστής αποτέλεσαν τα σημαντικότερα σημεία απωλειών, αντιπροσωπεύοντας αντίστοιχα το 38,6% και το 22,55% της συνολικής απώλειας εξέργειας. Ως εκ τούτου, χαρακτηρίζονται από τους ερευνητές ως τα βασικά σημεία στα οποία θα πρέπει να επικεντρωθεί η βελτιστοποίηση του συστήματος.
Τα αποτελέσματα έδειξαν επίσης ότι η αξιοποίηση της απορριπτόμενης θερμότητας των PVT για την προθέρμανση του αέρα μείωσε σημαντικά τις απώλειες εξέργειας στον εξατμιστή. Η μέγιστη μείωση έφτασε το 44,3% στους -10 °C, ενώ στους 10 °C καταγράφηκε μείωση 38%.
Η αποδοτικότητα εξέργειας του συστήματος κυμάνθηκε από 41,2% έως 49,3% στο εύρος θερμοκρασιών περιβάλλοντος από -10 °C έως 10 °C και αυξανόταν όσο αυξανόταν η σχετική υγρασία. Η αποδοτικότητα εξέργειας αποτελεί δείκτη του πόσο αποτελεσματικά ένα σύστημα μετατρέπει το μέγιστο διαθέσιμο χρήσιμο έργο μιας ενεργειακής πηγής σε χρήσιμη έξοδο, λαμβάνοντας υπόψη τις θερμοδυναμικές απώλειες.
Οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι τα αποτελέσματα καταδεικνύουν υψηλή προσαρμοστικότητα του συστήματος σε χαμηλές θερμοκρασίες, καθώς και περιορισμό του σχηματισμού πάγου σε ψυχρές και υγρές συνθήκες.
Παράλληλα, η αποδοτικότητα εξέργειας έφτασε στο μέγιστο επίπεδο του 48,1% όταν η θερμοκρασία προθέρμανσης ήταν 9 °C, γεγονός που υποδεικνύει ένα βέλτιστο εύρος λειτουργίας για την προθέρμανση. Η ανάλυση ευαισθησίας έδειξε ότι η θερμοκρασία περιβάλλοντος, με επίδραση 0,82% ανά °C, και η θερμοκρασία προθέρμανσης, με επίδραση 0,65% ανά °C, αποτελούν τις παραμέτρους με τη μεγαλύτερη ευαισθησία. Σύμφωνα με τους ερευνητές, τα ευρήματα αυτά προσφέρουν σαφείς προτεραιότητες ελέγχου και στόχους βελτιστοποίησης για την πρακτική λειτουργία του συστήματος.
Πηγή: pv-magazine
