Penelitian baru dari Institut Fraunhofer untuk Sistem Energi Surya Jerman (Fraunhofer ISE) telah menunjukkan bahwa menggabungkan sistem PV atap dengan penyimpanan baterai dan pompa panas dapat meningkatkan efisiensi pompa panas sekaligus mengurangi ketergantungan pada listrik jaringan.
Peneliti Fraunhofer ISE telah mempelajari bagaimana sistem PV atap perumahan dapat dikombinasikan dengan pompa panas dan penyimpanan baterai.
Mereka menilai kinerja sistem pompa panas-PV-baterai berdasarkan kontrol siap jaringan pintar (SG) di rumah keluarga tunggal yang dibangun pada tahun 1960 di Freiburg, Jerman.
"Ditemukan bahwa kontrol pintar meningkatkan pengoperasian pompa panas dengan meningkatkan suhu yang ditetapkan," kata peneliti Shubham Baraskar kepada majalah pv. "Kontrol SG-Ready meningkatkan suhu pasokan sebesar 4,1 Kelvin untuk persiapan air panas, yang kemudian menurunkan faktor kinerja musiman (SPF) sebesar 5,7% dari 3,5 menjadi 3,3. Lebih jauh, untuk mode pemanas ruangan, kontrol pintar menurunkan SPF sebesar 4% dari 5,0 menjadi 4,8."
SPF adalah nilai yang serupa dengan koefisien kinerja (COP), bedanya nilai ini dihitung dalam jangka waktu lebih panjang dengan kondisi batas yang bervariasi.
Baraskar dan rekan-rekannya menjelaskan temuan mereka dalam “Analisis kinerja dan operasi sistem pompa kalor fotovoltaik-baterai berdasarkan data pengukuran lapangan,” yang baru-baru ini diterbitkan diKemajuan Energi Surya.Mereka mengatakan keuntungan utama sistem pompa panas PV terdiri dari berkurangnya konsumsi jaringan dan biaya listrik yang lebih rendah.
Sistem pompa kalor adalah pompa kalor sumber tanah berdaya 13,9 kW yang dirancang dengan penyimpanan penyangga untuk pemanas ruangan. Sistem ini juga mengandalkan tangki penyimpanan dan stasiun air tawar untuk memproduksi air panas rumah tangga (DHW). Kedua unit penyimpanan dilengkapi dengan pemanas listrik tambahan.
Sistem PV berorientasi ke selatan dan memiliki sudut kemiringan 30 derajat. Daya keluarannya 12,3 kW dan luas modul 60 meter persegi. Baterainya terhubung dengan arus searah dan berkapasitas 11,7 kWh. Rumah yang dipilih memiliki ruang tamu berpemanas seluas 256 m2 dan permintaan pemanas tahunan sebesar 84,3 kWh/m²a.
“Daya DC dari unit PV dan baterai diubah menjadi AC melalui inverter yang memiliki daya AC maksimum 12 kW dan efisiensi Eropa sebesar 95%,” para peneliti menjelaskan, seraya mencatat bahwa kontrol SG-ready mampu berinteraksi dengan jaringan listrik dan menyesuaikan operasi sistem yang sesuai. “Selama periode beban jaringan tinggi, operator jaringan dapat mematikan operasi pompa panas untuk mengurangi ketegangan jaringan atau juga dapat melakukan penyalaan paksa dalam kasus sebaliknya.”
Berdasarkan konfigurasi sistem yang diusulkan, daya PV harus digunakan terlebih dahulu untuk beban rumah, dengan kelebihan daya dipasok ke baterai. Daya berlebih hanya dapat diekspor ke jaringan listrik, jika tidak ada listrik yang dibutuhkan oleh rumah tangga dan baterai terisi penuh. Jika sistem PV dan baterai tidak dapat memenuhi permintaan energi rumah, jaringan listrik dapat digunakan.
“Mode SG-Ready diaktifkan saat baterai terisi penuh atau sedang diisi daya pada daya maksimumnya dan masih ada kelebihan PV yang tersedia,” kata para akademisi. “Sebaliknya, kondisi pemicu terpenuhi saat daya PV sesaat tetap lebih rendah dari total permintaan bangunan selama setidaknya 10 menit.”
Analisis mereka mempertimbangkan tingkat konsumsi sendiri, fraksi surya, efisiensi pompa kalor, dan dampak sistem PV dan baterai pada efisiensi kinerja pompa kalor. Mereka menggunakan data 1 menit beresolusi tinggi dari Januari hingga Desember 2022 dan menemukan bahwa kontrol SG-Ready meningkatkan suhu pasokan pompa kalor sebesar 4,1 K untuk DHW. Mereka juga memastikan bahwa sistem mencapai konsumsi sendiri keseluruhan sebesar 42,9% selama tahun tersebut, yang menghasilkan keuntungan finansial bagi pemilik rumah.
“Permintaan listrik untuk [pompa panas] dipenuhi sebesar 36% dengan sistem PV/baterai, melalui 51% dalam mode air panas rumah tangga dan 28% dalam mode pemanas ruangan,” tim peneliti menjelaskan, seraya menambahkan bahwa suhu wastafel yang lebih tinggi mengurangi efisiensi pompa panas sebesar 5,7% dalam mode DHW dan sebesar 4,0% dalam mode pemanas ruangan.
“Untuk pemanas ruangan, efek negatif dari kontrol pintar juga ditemukan,” kata Baraskar. “Karena kontrol SG-Ready, pompa panas beroperasi dalam pemanas ruangan di atas suhu titik setel pemanas. Ini karena kontrol tersebut mungkin meningkatkan suhu setel penyimpanan dan mengoperasikan pompa panas meskipun panas tidak diperlukan untuk pemanas ruangan. Perlu juga dipertimbangkan bahwa suhu penyimpanan yang terlalu tinggi dapat menyebabkan kehilangan panas penyimpanan yang lebih tinggi.”
Para ilmuwan mengatakan mereka akan menyelidiki kombinasi PV/pompa panas tambahan dengan sistem dan konsep kontrol yang berbeda di masa mendatang.
“Perlu dicatat bahwa temuan ini bersifat khusus untuk sistem yang dievaluasi secara individual dan dapat sangat bervariasi tergantung pada spesifikasi bangunan dan sistem energi,” simpul mereka.
Waktu posting: 13-Nov-2023