PVT'nin Hava Kaynaklı Isı Pompaları ve Toprak Kaynaklı Isı Pompaları ile Kombinasyonunun Beklentileri

giriiş

Küresel karbon nötrlüğü stratejisinin ivmesiyle, binaların ve endüstrilerin enerji sistemleri hızla temizlik ve verimliliğe doğru ilerliyor. Fotovoltaik ve güneş enerjisi entegrasyonu (PVT), hava kaynaklı ısı pompası (ASHP) ve toprak kaynaklı ısı pompası (GSHP) giderek bunların tipik ve temsili teknolojileri haline geliyor. PVT sistemi hem güç üretimi hem de ısıtma işlevlerine sahipken, çeşitli ısı pompası tipleri ısıtma ve soğutma için hava veya toprak kaynaklarından çevresel ısıyı verimli bir şekilde elde edebilir. PVT, hava kaynaklı ısı pompaları ve toprak kaynaklı ısı pompalarıyla organik olarak birleştirilirse, elektrik, ısı ve soğuğu entegre eden kapsamlı bir enerji çözümü elde etmek mümkün olup, bina enerjisi tasarrufu ve dağıtılmış enerjinin geliştirilmesi için yeni bir yön sağlamaktadır.

I. PVT ve Isı Pompası Sistemlerinin Çalışma Prensiplerinin Kısa Bir Açıklaması

1. PVT sistemi

PVT, fotovoltaik ve güneş termal enerjisini birleştiren bir sistemdir. Fotovoltaik kısım, güneş hücreleri aracılığıyla radyant enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür. Güneş termal kısmı ise, fotovoltaik panellerin artık ısısını arka sac veya boru hatları aracılığıyla toplayarak su veya havayı ısıtır. PVT, fotovoltaik modüllerin güç üretim verimliliğini artırmanın yanı sıra ek termal enerji de sağlar.

2. Hava Kaynaklı Isı Pompası (ASHP)

ASHP, ısıtma veya soğutma amacıyla kompresörler, buharlaştırıcılar ve kondenserler gibi bileşenler aracılığıyla havadan suya veya havaya düşük kaliteli ısı aktarır. Performans katsayısı (COP) genellikle 2,5 ile 4,5 arasındadır; bu da tüketilen her birim elektrik enerjisi için 2,5 ila 4,5 birim termal enerji elde edilebileceği anlamına gelir.

3. Yer Kaynaklı Isı Pompası (GSHP)

GSHP, ısı ve soğuk alışverişini gerçekleştirmek için yeraltı toprak veya su kütlelerinin nispeten sabit sıcaklığından yararlanır. ASHP ile karşılaştırıldığında, GSHP ortam sıcaklığından daha az etkilenir ve daha istikrarlı bir enerji verimliliğine sahiptir, ancak kurulum maliyeti daha yüksektir.

Ii. PVT ve Isı Pompalarının Birleşiminin Mantığı

PVT ile ısı pompalarının birleşimi basit bir üst üste binme değil, tamamlayıcı bir ilişkidir:

PVT elektrik enerjisi sağlar

Isı pompalarının çalışması elektrik gerektirir. PVT tarafından üretilen elektrik, ısı pompasını doğrudan çalıştırarak elektrik şebekesine olan bağımlılığı azaltır.

PVT düşük sıcaklıkta bir ısı kaynağı sağlar

Bir ısı pompasının verimliliği, ısı kaynağının sıcaklığıyla yakından ilişkilidir. PVT arka plakasından gelen atık ısı, buharlaştırıcı için yardımcı bir ısı kaynağı olarak kullanılabilirse, özellikle soğuk mevsimlerde ısı pompasının çalışma verimliliği artacaktır.

Isı pompası kararlı bir şekilde çalışır

Isı pompası, PVT'deki yetersiz güneş radyasyonundan kaynaklanan enerji dalgalanmalarını telafi ederek gece veya bulutlu günlerde çalışmaya devam edebilir.

Kombine soğutma ve ısıtma temini

PVT ve ısı pompasının bir arada kullanıldığı sistem sayesinde, modern binaların çeşitli enerji taleplerini karşılayarak kapsamlı bir elektrik, sıcak su, ısıtma ve soğutma temini sağlanabilmektedir.

III. PVT ve Hava Kaynaklı Isı Pompalarının Kombinasyonunun Beklentileri

Kışın verimin düşmesi sorununu çözün

Kışın düşük sıcaklık koşullarında, ASHP'nin buharlaştırıcısı donmaya eğilimlidir ve verimliliği önemli ölçüde düşer. PVT'nin gün içinde sağladığı ısı, buharlaştırıcıyı önceden ısıtabilirse, donma sıklığını etkili bir şekilde azaltabilir ve çalışma verimliliğini artırabilir.

Kent mimarisine uygun

Kentsel yapıların genellikle sınırlı çatı alanları ve yüksek enerji talepleri vardır. PVT+ASHP sistemi çatıya kurularak elektrik üretebilir, ısı sağlayabilir ve sıcak su sağlayabilir. Alan dostu bir çözümdür.

Ekonomik analiz

İlk yatırım: Nispeten yüksek, ancak yerden kaynaklı ısı pompalarına göre daha düşük.

İşletme maliyeti: PVT kendi kendine üretim yoluyla elektrik satın alma maliyetini azaltın.

Geri ödeme süresi: Enerji fiyatlarının yüksek olduğu bölgelerde genellikle 7-10 yıldır.

Uygulama Örneği

İtalya, İspanya ve diğer yerlerde bazı oteller, hem yazın soğutma hem de kışın ısıtma için yeşil enerjide kendi kendine yeterliliği sağlayabilen PVT ile çalışan ASHP sistemlerini benimsedi.

IV. PVT ve Yer Kaynaklı Isı Pompalarının Kombinasyonunun Beklentileri

Yeraltı kaynaklı ısı pompalarının verimliliğini artırın

GSHP elektrik enerjisi tüketir. PVT tarafından çalıştırılıyorsa işletme maliyeti önemli ölçüde azaltılabilir.

PVT'den gelen atık ısı, yardımcı ısı kaynağı olarak kullanılır

Kışın, yeraltı sıcaklığı sabittir, ancak yine de nispeten düşüktür. PVT tarafından üretilen atık ısı, ısı eşanjör boruları aracılığıyla yeraltına aktarılabilirse, yer altı kaynaklı ısı pompasının buharlaştırıcısının çalışma koşulları iyileştirilebilir ve genel COP değeri artırılabilir.

Uzun vadeli operasyonel güvenilirlik

GSHP, uzun ömürlü ve istikrarlı bir çalışma performansına sahiptir. PVT ile birleştirildiğinde, özellikle okullar, hastaneler ve sanayi bölgeleri gibi uzun süreli faaliyet gösteren kamu binaları için uygun, verimli, düşük karbonlu ve uzun ömürlü bir sistem oluşturabilir.

Ekonomik analiz

İlk yatırım: ASHP'den daha yüksektir, bunun başlıca nedeni sondaj ve boru döşeme maliyetlerinin yüksek olmasıdır.

İşletme maliyeti: Yeraltı sıcaklığının sabit olması ve enerji verimliliği oranının yüksek olması nedeniyle en düşüktür.

Geri ödeme süresi: Genellikle 8 ila 12 yıl olmakla birlikte, ömrü 20 yılı aşabilir.

Uygulama senaryoları

PVT ve GSHP kombinasyonu, yıl boyunca ısıtma ve kullanım sıcak suyu ihtiyaçlarını karşılayabilen Kuzey Avrupa ve Almanya gibi soğuk bölgelerde daha uygundur.

V. Teknik ve Uygulama Zorlukları

Yüksek başlangıç ​​maliyeti

İster ASHP ister GSHP olsun, PVT ile birleştirildiğinde sistem karmaşıklığı artmakta ve yatırım eşiği nispeten yüksek kalmaktadır.

Sistem eşleştirme sorunu

PVT güç üretimi ve ısıtmanın çıkış karakteristikleri ısı pompalarının taleplerini tam olarak karşılamamakta olup, akıllı kontrol ve enerji depolamanın koordineli bir şekilde yapılması gerekmektedir.

Yetersiz standartlar ve tanıtım

Günümüzde PVT+ ısı pompaları için birleşik standartlar bulunmamaktadır ve mühendislik tasarımı ve inşası konusunda deneyim sınırlıdır.

Düşük kullanıcı farkındalığı

Pazar, PVT ve ısı pompasının ayrı ayrı teknolojilerine ilişkin belirli bir anlayışa sahip, ancak ikisinin birleştirilmiş kompozit sistemine henüz aşina değil ve tanıtım için demonstrasyon projelerine ihtiyaç duyuluyor.

Vi. Gelecekteki Gelişim Yönleri

Akıllı kontrol sistemi

Yapay zeka ve nesnelerin interneti sayesinde, PVT çıkışı ile ısı pompası yükü arasında gerçek zamanlı eşleştirme sağlanarak işletme stratejileri optimize ediliyor.

Enerji depolama teknolojisiyle birleştirildi

Elektrik enerjisi depolama: Gündüzleri elektriği depolar ve geceleri ısı pompalarını çalıştırır.

Isıl enerji depolama: PVT tarafından üretilen atık ısı, gece-gündüz dalgalanmalarını dengelemek için su tankında veya faz değişim malzemelerinde depolanır.

Modüler tasarım

Gelecekte, PVT ve ısı pompaları sistem entegrasyonunun zorluğunu azaltmak için entegre ürünler piyasaya sürülebilir.

Politika tanıtımı

Karbon nötrlüğü politikaları kapsamında, hükümetin kamu kurumları ve ticari binalarda uygulanmasını teşvik etmek amacıyla sübvansiyonlar veya yeşil bina kredileri sunması bekleniyor.

VII. Çözüm

PVT'nin hava kaynaklı ısı pompaları ve toprak kaynaklı ısı pompalarıyla birleştirilmesi, enerji formlarının çeşitlendirilmiş tamamlayıcılığını sağlamanın yanı sıra enerji kullanım verimliliğini önemli ölçüde artırır ve bina işletme maliyetlerini düşürür. Ticari binalardan kamu kurumlarına ve sanayi bölgelerine kadar, bu tür kompozit enerji sistemleri geniş uygulama olanaklarına sahiptir. Şu anda maliyet, standartlar ve pazar tanınırlığı gibi zorluklarla karşı karşıya olsa da, teknolojik ilerleme ve politika desteğiyle PVT+ ısı pompası sisteminin önümüzdeki on yılda yeşil bina enerji sisteminin önemli bir parçası haline gelmesi bekleniyor.