Penelitian baru dari Institut Fraunhofer untuk Sistem Energi Surya Jerman (Fraunhofer ISE) 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 baterai pompa panas PV berdasarkan kontrol siap jaringan pintar (SG) di sebuah rumah keluarga tunggal yang dibangun pada tahun 1960 di Freiburg, Jerman.
“Ditemukan bahwa kontrol cerdas meningkatkan pengoperasian pompa panas dengan meningkatkan suhu yang disetel,” 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. Selain itu, untuk mode pemanas ruangan, kontrol cerdas menurunkan SPF sebesar 4% dari 5,0 menjadi 4,8.”
SPF merupakan nilai yang mirip dengan koefisien kinerja (COP), bedanya nilai tersebut dihitung dalam jangka waktu yang lebih lama dengan kondisi batas yang bervariasi.
Baraskar dan rekan-rekannya menjelaskan temuan mereka dalam “Analisis kinerja dan pengoperasian sistem pompa kalor baterai fotovoltaik berdasarkan data pengukuran lapangan,” yang baru-baru ini diterbitkan diKemajuan Energi Matahari.Mereka mengatakan keuntungan utama sistem pompa panas PV adalah berkurangnya konsumsi jaringan dan biaya listrik yang lebih rendah.
Sistem pompa kalor adalah pompa kalor sumber tanah 13,9 kW yang dirancang dengan penyimpanan penyangga untuk pemanas ruangan. Perusahaan ini juga bergantung pada tangki penyimpanan dan stasiun air tawar untuk memproduksi air panas domestik (DHW). Kedua unit penyimpanan dilengkapi dengan pemanas tambahan listrik.
Sistem PV berorientasi ke selatan dan memiliki sudut kemiringan 30 derajat. Ia memiliki keluaran daya 12,3 kW dan luas modul 60 meter persegi. Baterainya digabungkan DC dan berkapasitas 11,7 kWh. Rumah yang dipilih memiliki ruang tamu berpemanas seluas 256 m2 dan kebutuhan 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%,” jelas para peneliti, sambil mencatat bahwa kontrol siap SG mampu berinteraksi dengan jaringan listrik dan sesuaikan operasi sistem. “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 pada awalnya harus digunakan untuk beban rumah, dan kelebihannya disuplai ke baterai. Kelebihan daya hanya dapat dialirkan ke jaringan listrik, jika tidak ada listrik yang dibutuhkan oleh rumah tangga dan baterai sudah terisi penuh. Jika sistem PV dan baterai tidak mampu memenuhi kebutuhan energi rumah, jaringan listrik dapat digunakan.
“Mode SG-Ready diaktifkan ketika baterai terisi penuh atau diisi dengan daya maksimum dan masih tersedia surplus PV,” kata para akademisi. “Sebaliknya, kondisi trigger-off terpenuhi ketika daya PV sesaat tetap lebih rendah dari total kebutuhan bangunan selama minimal 10 menit.”
Analisis mereka mempertimbangkan tingkat konsumsi sendiri, fraksi surya, efisiensi pompa panas, dan dampak sistem PV dan baterai terhadap efisiensi kinerja pompa panas. Mereka menggunakan data 1 menit resolusi tinggi dari Januari hingga Desember 2022 dan menemukan bahwa kontrol SG-Ready meningkatkan suhu pasokan pompa panas sebesar 4,1 K untuk DHW. Mereka juga memastikan bahwa sistem mencapai konsumsi mandiri secara keseluruhan sebesar 42,9% sepanjang tahun, yang berarti keuntungan finansial bagi pemilik rumah.
“Permintaan listrik untuk [pompa panas] dipenuhi sebesar 36% dengan sistem PV/baterai, melalui 51% dalam mode air panas domestik dan 28% dalam mode pemanas ruangan,” jelas tim peneliti, 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, ditemukan juga efek negatif dari smart control,” kata Baraskar. “Karena kontrol SG-Ready, pompa panas dioperasikan dalam pemanas ruangan di atas suhu titik setel pemanas. Hal ini karena kontrol mungkin meningkatkan suhu penyimpanan yang disetel dan mengoperasikan pompa kalor meskipun panas tersebut 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 depan.
“Perlu dicatat bahwa temuan ini spesifik untuk masing-masing sistem yang dievaluasi dan dapat sangat bervariasi tergantung pada spesifikasi bangunan dan sistem energi,” mereka menyimpulkan.
Waktu posting: 13 November 2023