이중 콘덴서를 갖춘 PV{0}}보조 열 펌프 프로토타입이 7.59 성능 계수에 도달

스페인 엘체(Elche)의 Miguel Hernández 대학교 연구원은 가정용 온수(DHW) 생산을 중앙 일광 시간으로 전환하여 PV 발전 활용도를 극대화할 수 있는 공기{0}}대-열 펌프 시스템을 설계했습니다.

시스템의 참신함은 단일 장치 대신 두 개의 콘덴서를 사용한다는 것입니다.

연구진은 기존 소형 가정용 온수(DHW) 히트펌프에는 압축기, 증발기, 팽창밸브, 응축기가 저장탱크 바닥을 감싸며 자연대류를 통해 물 전체를 가열한다고 설명했다. 제안된 이중-응축기 구성은 표준 구성 요소를 유지하면서 작동 모드를 선택하기 위해 최적화된 제어 시스템과 결합된 두 번째 응축기를 탱크 상단에 추가합니다.

하부 및 상부 응축기 모두 탱크 벽과 단열층 사이에 설치된 나선형 튜브로 구성됩니다. 하부 응축기가 작동하면 215리터 탱크 바닥으로 열이 전달되어 성층화를 촉진하고 전체 부피를 가열합니다. 상부 응축기가 활성화되면 탱크의 상단 부분만 가열되므로 보다 목표한 작동이 가능하고 에너지 저장량이 줄어듭니다.

프로토타입은 600W 스크롤 압축기와 R134a 냉매가 장착된 상업용 분할-공기{1}}대{2}}수열 펌프에서 개발되었습니다. 원래의 2,400W 전기 저항 히터는 히트펌프 모드에서만 작동하도록 분리되었습니다. 시스템의 제조업체- 정격 성능 계수(COP)는 14C에서 3.17이었습니다. 수정 사항에는 두 번째 응축기 통합, 냉동 회로 재설계, 실제 DHW 및 PV 작동 조건에서 테스트하기 위한 제어 시스템 업그레이드가 포함되었습니다.

실험 설정은 물 낭비를 방지하기 위해 폐쇄형-루프 시스템을 사용하여 실제 가정용 DHW 수요를 재현하도록 설계되었습니다. 이는 두 개의 기후 챔버, 이중-응축기 열 펌프, 600W PV 설치 및 제어되는 유압 회로로 구성되었습니다. 열 펌프는 그리드와 PV 시스템 모두에 연결되었으며 그리드에 공급되는 잉여 전력에 대한 재정적 보상은 고려되지 않았습니다.

보조탱크, 순환펌프, 냉각기는 유입수 온도를 10℃로 유지하여 주전원 공급조건을 시뮬레이션하였습니다. Arduino Mega 컨트롤러는 펌프, 밸브, 냉각기 및 열 펌프를 관리하여 자동화된 테스트를 가능하게 했습니다. 또한 시스템에는 30개의 온도 센서, 유량계 및 전기 모니터링 장치가 장착되어 있으며 데이터는 1분 간격으로 기록됩니다.-

연구원들은 주변 온도 18C에서 세 가지 구성, 즉 기존 단일-응축기 열 펌프, PV와 결합된 동일한 시스템, PV가 있는 이중-응축기 열 펌프를 평가했습니다. 테스트는 EN 16147 기반 DHW 소비 프로필을 따랐으며 45C 이상의 공급 온도를 보장합니다.

결과에 따르면 이중{0}}응축기 구성은 계층화 제어를 개선하고 전체 에너지 소비를 줄이며 DHW 서비스 품질을 유지하는 동시에 PV 자체 소비를 크게 증가시키는 것으로 나타났습니다-.

분석 결과, 히트펌프의 평균 계절 COP는 단일-응축기 구성에서 3.55에 이르렀고 PV와 결합하면 3.65에 도달한 것으로 나타났습니다.

연구팀은 “예상대로 두 값은 동작 모드에 차이가 없기 때문에 비슷하다”고 강조했다. "두 개의 응축기와 더 낮은 수온에서 작동할 수 있는 향상된 제어 전략을 사용하는 세 번째 테스트에서 이 효율성은 3.71로 증가합니다. 이러한 경향은 DHW 서비스의 효율성을 분석할 때 더욱 두드러집니다. 결과는 처음 두 작동 모드의 경우 3.08 및 3.12이고 두 개의 응축기와 PV 패널 구성의 경우 3.37입니다. 두 개의 응축기가 있는 구성에서는 탱크가 더 차갑기 때문에 열 손실이 적습니다."

한편, 이중-응축기 시스템을 사용한 태양에너지 자체-소비량은 9.9%에서 55.5%로 증가했습니다.

"결과는 또한 시간별 또는 일별이 아니라 최대 분-별-의 계산 기반을 사용하여 즉각적인 자체-소비를 고려해야 한다는 점을 강조합니다. 후자의 경우 태양열 기여도가 비현실적으로 높기 때문입니다."라고 학계에서는 결론지었습니다. "PV 패널에서 공급되는 에너지를 고려하면 HP의 성능을 재평가할 수 있으며, 이는 하나의 콘덴서로 작업할 때 COP가 3.46이고 이중 콘덴서 구성으로 작업할 때 COP가 7.59입니다."

이 시스템은 Solar Energy에 게재된 "이중 콘덴서를 사용한 새로운 광전지 열 펌프 설계의 실험적 평가"에 설명되어 있습니다.