Uma nova pesquisa do Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energia Solar da Alemanha (Fraunhofer ISE) mostrou que a combinação de sistemas fotovoltaicos em telhados com armazenamento de bateria e bombas de calor pode melhorar a eficiência da bomba de calor e, ao mesmo tempo, reduzir a dependência da eletricidade da rede.
Os pesquisadores do Fraunhofer ISE estudaram como os sistemas fotovoltaicos residenciais em telhados poderiam ser combinados com bombas de calor e armazenamento de baterias.
Eles avaliaram o desempenho de um sistema de bateria de bomba de calor fotovoltaico baseado em um controle pronto para rede inteligente (SG) em uma casa unifamiliar construída em 1960 em Freiburg, Alemanha.
“Descobriu-se que o controle inteligente aumentou a operação da bomba de calor, aumentando as temperaturas definidas”, disse o pesquisador Shubham Baraskar à revista pv. “O controle SG-Ready aumentou a temperatura de fornecimento em 4,1 Kelvin para preparação de água quente, o que diminuiu o fator de desempenho sazonal (SPF) em 5,7%, de 3,5 para 3,3. Além disso, para o modo de aquecimento ambiente, o controlo inteligente diminuiu o FPS em 4%, de 5,0 para 4,8.”
O SPF é um valor semelhante ao coeficiente de desempenho (COP), com a diferença de que é calculado durante um período mais longo com condições de contorno variadas.
Baraskar e seus colegas explicaram suas descobertas em “Análise do desempenho e operação de um sistema de bomba de calor com bateria fotovoltaica com base em dados de medição de campo”, publicado recentemente emAvanços na energia solar.Eles disseram que a principal vantagem dos sistemas de bombas de calor fotovoltaicas consiste na redução do consumo da rede e na redução dos custos de eletricidade.
O sistema de bomba de calor é uma bomba de calor geotérmica de 13,9 kW projetada com um armazenamento tampão para aquecimento ambiente. Conta ainda com um tanque de armazenamento e uma estação de água doce para produção de água quente sanitária (AQS). Ambas as unidades de armazenamento estão equipadas com resistências elétricas auxiliares.
O sistema fotovoltaico está orientado para sul e possui um ângulo de inclinação de 30 graus. Possui potência de 12,3 kW e área de módulo de 60 metros quadrados. A bateria é acoplada a CC e tem capacidade de 11,7 kWh. A casa selecionada tem uma área útil aquecida de 256 m2 e uma necessidade anual de aquecimento de 84,3 kWh/m²a.
“A energia CC das unidades fotovoltaicas e de bateria é convertida em CA através de um inversor que tem uma potência CA máxima de 12 kW e uma eficiência europeia de 95%”, explicaram os investigadores, observando que o controlo preparado para SG é capaz de interagir com rede eléctrica e ajustar o funcionamento do sistema em conformidade. “Durante os períodos de elevada carga da rede, o operador da rede pode desligar o funcionamento da bomba de calor para reduzir a tensão da rede ou também pode sofrer uma ligação forçada no caso oposto.”
Na configuração do sistema proposta, a energia fotovoltaica deve ser inicialmente utilizada para as cargas da casa, sendo o excedente fornecido à bateria. O excesso de energia só poderá ser exportado para a rede se a casa não necessitar de electricidade e a bateria estiver completamente carregada. Se tanto o sistema fotovoltaico como a bateria não conseguirem cobrir a procura de energia da casa, a rede eléctrica pode ser utilizada.
“O modo SG-Ready é ativado quando a bateria está totalmente carregada ou carregando em sua potência máxima e ainda há excedente fotovoltaico disponível”, disseram os acadêmicos. “Por outro lado, a condição de acionamento é atendida quando a potência fotovoltaica instantânea permanece inferior à demanda total do edifício por pelo menos 10 minutos.”
A sua análise considerou os níveis de autoconsumo, a fração solar, a eficiência da bomba de calor e o impacto do sistema fotovoltaico e da bateria na eficiência do desempenho da bomba de calor. Eles usaram dados de 1 minuto de alta resolução de janeiro a dezembro de 2022 e descobriram que o controle SG-Ready aumentou as temperaturas de fornecimento da bomba de calor em 4,1 K para AQS. Verificaram também que o sistema atingiu um autoconsumo global de 42,9% durante o ano, o que se traduz em benefícios financeiros para os proprietários.
“A procura de eletricidade para a [bomba de calor] foi coberta em 36% com o sistema fotovoltaico/bateria, através de 51% no modo de água quente sanitária e 28% no modo de aquecimento ambiente”, explicou a equipa de investigação, acrescentando que temperaturas mais elevadas do dissipador reduziram eficiência da bomba de calor em 5,7% no modo AQS e em 4,0% no modo aquecimento ambiente.
“Para o aquecimento ambiente, também foi encontrado um efeito negativo do controle inteligente”, disse Baraskar. “Devido ao controlo SG-Ready, a bomba de calor funcionou no aquecimento ambiente acima das temperaturas do ponto de regulação de aquecimento. Isto ocorreu porque o controlo provavelmente aumentou a temperatura definida de armazenamento e acionou a bomba de calor, embora o calor não fosse necessário para o aquecimento ambiente. Também deve ser considerado que temperaturas de armazenamento excessivamente altas podem levar a maiores perdas de calor de armazenamento.”
Os cientistas disseram que irão investigar combinações adicionais de energia fotovoltaica/bomba de calor com diferentes sistemas e conceitos de controle no futuro.
“Deve-se notar que estas descobertas são específicas para os sistemas individuais avaliados e podem variar muito dependendo das especificações do edifício e do sistema energético”, concluíram.
Horário da postagem: 13 de novembro de 2023