आवासीय ताप पंपों को पी.वी., बैटरी भंडारण के साथ कैसे संयोजित करें

फ्राउनहोफर आईएसई के शोधकर्ताओं ने अध्ययन किया है कि किस प्रकार आवासीय छतों पर पी.वी. प्रणालियों को ताप पंपों और बैटरी भंडारण के साथ जोड़ा जा सकता है।

उन्होंने जर्मनी के फ्रीबर्ग में 1960 में निर्मित एकल-परिवार के घर में स्मार्ट-ग्रिड (एसजी) तैयार नियंत्रण पर आधारित पीवी-हीट पंप-बैटरी प्रणाली के प्रदर्शन का मूल्यांकन किया।

शोधकर्ता शुभम बारस्कर ने पीवी पत्रिका को बताया, "यह पाया गया कि स्मार्ट कंट्रोल ने निर्धारित तापमान को बढ़ाकर हीट पंप संचालन को बढ़ाया।" "एसजी-रेडी कंट्रोल ने गर्म पानी की तैयारी के लिए आपूर्ति तापमान को 4.1 केल्विन तक बढ़ा दिया, जिससे मौसमी प्रदर्शन कारक (एसपीएफ) 3.5 से 3.3 तक 5.7% कम हो गया। इसके अलावा, स्पेस हीटिंग मोड के लिए स्मार्ट कंट्रोल ने एसपीएफ़ को 5.0 से 4.8 तक 4% कम कर दिया।"

एसपीएफ, निष्पादन गुणांक (सीओपी) के समान ही एक मान है, अंतर यह है कि इसकी गणना अलग-अलग सीमा स्थितियों के साथ लंबी अवधि में की जाती है।

बारस्कर और उनके सहयोगियों ने अपने निष्कर्षों को “क्षेत्र माप डेटा के आधार पर फोटोवोल्टिक-बैटरी ताप पंप प्रणाली के प्रदर्शन और संचालन का विश्लेषण, जो हाल ही में प्रकाशित हुआ थासौर ऊर्जा में प्रगति.उन्होंने कहा कि पी.वी.-हीट पंप प्रणालियों का मुख्य लाभ यह है कि इससे ग्रिड खपत कम होती है और बिजली की लागत भी कम होती है।

हीट पंप सिस्टम एक 13.9 किलोवाट ग्राउंड-सोर्स हीट पंप है जिसे स्पेस हीटिंग के लिए बफर स्टोरेज के साथ डिज़ाइन किया गया है। यह घरेलू गर्म पानी (DHW) के उत्पादन के लिए एक स्टोरेज टैंक और एक मीठे पानी के स्टेशन पर भी निर्भर करता है। दोनों स्टोरेज यूनिट इलेक्ट्रिक सहायक हीटर से सुसज्जित हैं।

पीवी सिस्टम दक्षिण-उन्मुख है और इसका झुकाव कोण 30 डिग्री है। इसका पावर आउटपुट 12.3 किलोवाट है और मॉड्यूल क्षेत्र 60 वर्ग मीटर है। बैटरी डीसी-युग्मित है और इसकी क्षमता 11.7 kWh है। चयनित घर में 256 m2 का गर्म रहने का स्थान है और वार्षिक हीटिंग मांग 84.3 kWh/m²a है।

शोधकर्ताओं ने बताया कि "पीवी और बैटरी इकाइयों से डीसी पावर को एक इन्वर्टर के माध्यम से एसी में परिवर्तित किया जाता है, जिसकी अधिकतम एसी पावर 12 किलोवाट और यूरोपीय दक्षता 95% है," उन्होंने बताया कि एसजी-रेडी कंट्रोल बिजली ग्रिड के साथ बातचीत करने और सिस्टम के संचालन को तदनुसार समायोजित करने में सक्षम है। "उच्च ग्रिड लोड की अवधि के दौरान, ग्रिड ऑपरेटर ग्रिड तनाव को कम करने के लिए हीट पंप ऑपरेशन को बंद कर सकता है या विपरीत स्थिति में जबरन चालू भी कर सकता है।"

प्रस्तावित सिस्टम कॉन्फ़िगरेशन के तहत, पीवी बिजली का इस्तेमाल शुरू में घर के लोड के लिए किया जाना चाहिए, जबकि अधिशेष बिजली को बैटरी को आपूर्ति की जानी चाहिए। अतिरिक्त बिजली को ग्रिड में तभी भेजा जा सकता है, जब घर को बिजली की ज़रूरत न हो और बैटरी पूरी तरह से चार्ज हो। अगर पीवी सिस्टम और बैटरी दोनों घर की ऊर्जा मांग को पूरा करने में सक्षम नहीं हैं, तो बिजली ग्रिड का इस्तेमाल किया जा सकता है।

शिक्षाविदों ने कहा, "एसजी-रेडी मोड तब सक्रिय होता है जब बैटरी पूरी तरह से चार्ज हो जाती है या अपनी अधिकतम शक्ति पर चार्ज हो रही होती है और अभी भी पीवी अधिशेष उपलब्ध होता है।" "इसके विपरीत, ट्रिगर-ऑफ की स्थिति तब पूरी होती है जब तात्कालिक पीवी बिजली कम से कम 10 मिनट के लिए कुल बिल्डिंग मांग से कम रहती है।"

उनके विश्लेषण में स्व-उपभोग स्तर, सौर अंश, हीट पंप दक्षता और पीवी सिस्टम और बैटरी के हीट पंप प्रदर्शन दक्षता पर प्रभाव पर विचार किया गया। उन्होंने जनवरी से दिसंबर 2022 तक उच्च-रिज़ॉल्यूशन 1-मिनट के डेटा का उपयोग किया और पाया कि एसजी-रेडी नियंत्रण ने डीएचडब्ल्यू के लिए हीट पंप आपूर्ति तापमान में 4.1 के की वृद्धि की। उन्होंने यह भी पता लगाया कि सिस्टम ने वर्ष के दौरान 42.9% की कुल स्व-उपभोग हासिल की, जो घर के मालिकों के लिए वित्तीय लाभ में तब्दील हो जाती है।

अनुसंधान दल ने बताया कि, "पीवी/बैटरी प्रणाली के माध्यम से [हीट पंप] के लिए बिजली की मांग 36% तक पूरी की गई, घरेलू गर्म पानी मोड में 51% और अंतरिक्ष हीटिंग मोड में 28% तक।" उन्होंने आगे बताया कि उच्च सिंक तापमान ने डीएचडब्ल्यू मोड में हीट पंप दक्षता को 5.7% और अंतरिक्ष हीटिंग मोड में 4.0% तक कम कर दिया।

बारस्कर ने कहा, "स्पेस हीटिंग के लिए, स्मार्ट कंट्रोल का नकारात्मक प्रभाव भी पाया गया।" "एसजी-रेडी कंट्रोल के कारण हीट पंप स्पेस हीटिंग में हीटिंग सेट पॉइंट तापमान से ऊपर संचालित होता है। ऐसा इसलिए था क्योंकि कंट्रोल ने संभवतः स्टोरेज सेट तापमान को बढ़ा दिया था और हीट पंप को संचालित किया था, भले ही स्पेस हीटिंग के लिए हीट की आवश्यकता न हो। यह भी विचार किया जाना चाहिए कि अत्यधिक उच्च स्टोरेज तापमान से स्टोरेज हीट का अधिक नुकसान हो सकता है।"

वैज्ञानिकों ने कहा कि वे भविष्य में विभिन्न प्रणाली और नियंत्रण अवधारणाओं के साथ अतिरिक्त पी.वी./हीट पंप संयोजनों की जांच करेंगे।

उन्होंने निष्कर्ष निकाला कि, "यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि ये निष्कर्ष व्यक्तिगत मूल्यांकित प्रणालियों के लिए विशिष्ट हैं और भवन और ऊर्जा प्रणाली विनिर्देशों के आधार पर बहुत भिन्न हो सकते हैं।"