デュアルコンデンサーを備えた PV- 補助ヒートポンプのプロトタイプが性能係数 7.59 に到達

スペインのエルチェ大学ミゲル エルナンデスの研究者は、家庭用温水（DHW）の生産を日中時間帯にシフトして、太陽光発電の利用率を最大化できる空気から水へのヒート ポンプ システムを設計しました。{0}{{1}

このシステムの斬新さは、単一ユニットではなく 2 つのコンデンサーを使用していることにあります。

研究者らは、従来の小型家庭用温水（DHW）ヒートポンプには、圧縮機、蒸発器、膨張弁、貯蔵タンクの底に巻き付けられた凝縮器が含まれており、自然対流によって全量の水が加熱されると説明した。提案されているデュアルコンデンサー構成では、タンクの上部に 2 つ目のコンデンサーが追加され、標準コンポーネントを維持しながら、動作モードを選択するための最適化された制御システムが組み合わされています。

下部凝縮器と上部凝縮器は両方とも、タンク壁と断熱層の間に設置されたスパイラルチューブで構成されています。下部凝縮器が作動すると、熱が 215 リットルタンクの底に届けられ、成層化が促進され、全体が加熱されます。上部の凝縮器が作動すると、タンクの上部のみが加熱され、より目標を絞った運転が可能になり、エネルギー貯蔵量が削減されます。

このプロトタイプは、600 W スクロール コンプレッサーと R134a 冷媒を備えた商用スプリット型の空気から水へのヒート ポンプを基に開発されました。{0}{1}{2}オリジナルの 2,400 W 電気抵抗ヒーターは、ヒートポンプ モードのみで動作するように切り離されました。このシステムのメーカー評価成績係数 (COP) は 14 ℃ で 3.17 でした。変更には、2 番目の凝縮器の統合、冷凍回路の再設計、現実的な DHW と PV の動作条件下でのテスト用の制御システムのアップグレードが含まれます。

実験用のセットアップは、水の無駄を避けるため、閉ループ システムを使用して実際の家庭の DHW 需要を再現するように設計されました。{0}これは 2 つの気候室、デュアル凝縮器ヒートポンプ、600 W PV 設備、制御された油圧回路で構成されていました。{2}ヒートポンプは送電網と太陽光発電システムの両方に接続されており、送電網に供給される余剰電力に対する金銭的補償は考慮されていませんでした。

補助タンク、循環ポンプ、および水チラーは、主供給条件をシミュレートするために入口水温度を 10℃ に維持しました。 Arduino Mega コントローラーはポンプ、バルブ、チラー、ヒートポンプを管理し、自動テストを可能にしました。このシステムには 30 個の温度センサー、流量計、電気監視装置も装備されており、データは 1 分間隔で記録されました。-

研究者らは、周囲温度 18 度で 3 つの構成、つまり従来のシングル コンデンサー ヒート ポンプ、- PV と組み合わせた同じシステム、および PV を備えたデュアル - コンデンサー ヒート ポンプを評価しました。テストは EN 16147 ベースの DHW 消費プロファイルに従い、供給温度が 45 C 以上であることを保証します。

その結果、デュアルコンデンサー構成により成層制御が改善され、全体のエネルギー消費量が削減され、DHW サービスの品質が維持され、同時に PV 自己消費量が大幅に増加することがわかりました。-

分析の結果、ヒートポンプの季節平均 COP は、単一凝縮器構成では 3.55 に達し、PV と組み合わせた場合は 3.65 に達することがわかりました。-

「予想通り、動作モードに違いはないため、両方の値は似ています」と研究チームは強調しました。 「3 番目のテストでは、2 つの凝縮器と、より低い水温での運転を可能にする改良された制御戦略を使用し、この効率は 3.71 に上昇しました。この傾向は、DHW サービスの効率を分析するとより顕著で、結果は最初の 2 つの動作モードで 3.08 と 3.12、2 つの凝縮器と PV パネルを備えた構成では 3.37 でした。2 つの凝縮器を備えた構成ではタンクがより低温になるため、効率は低くなります。熱損失。」

一方、デュアルコンデンサー システムによる太陽エネルギーの自己消費量は、-9.9% から 55.5% に増加しました。-

「この結果はまた、瞬間的な自己消費量を考慮する必要があることを強調しています。時間単位や日単位ではなく、最大でも分単位の計算ベースを使用します。後者では太陽光発電の寄与が非現実的に高くなるためです。」と学者らは結論付けています。 「PV パネルから供給されるエネルギーを考慮すると、HP の性能を再評価することができ、1 つのコンデンサーで動作する場合の COP は 3.46、デュアル コンデンサー構成で動作する場合は 7.59 になります。」

このシステムは、Solar Energy 誌に掲載された「デュアル コンデンサーを備えた新しい太陽光発電ヒート ポンプ設計の実験的評価」で説明されています。