1. 1
Проект
Промоция на ефективни термо-помпи за
отопление
( ProHeatPump)
EIE/06/072 / S12.444283
Deliverable N° 19
Доклад за слънчева енергия и термопомпи
Работен пакет 5
Термопомпи и ВЕИ
Редактори: Bernard Thonon, Julien Kohler, Antoine Mathieu
Единствената отговорност за съдържанието на този документ е на авторите. Документът не отразява задължително
мнението на Европейската общност. Европейската Комисия не носи отговорност за опити за използване на
съдържащата се в документа информация.
2. 2
Резюме
Настоящията икономическа действителност налага намирането на нови
технологии за отопление, които ще доведат до икономии на първична енергия
при конкурентни инвестиционни разходи.
Системите, които комбинират термопомпа със слънчева енергия стават
приложими днес, но това е възможно при известни условия: само някои
комбинации от технологии могат да дадат голяма надеждност и простота, така
че да намалят както разходите за оборудване и поддръжка, така и
консумацията на електричество.
Нещо повече – изпълнението на такива комбинации от технологии е предмет на
важни вариации в зависимост от природните условия, които от своя страна
зависят от климата и релефа на мястото, където ще се монтира инсталацията.
Така че това е важно предизвикателство за производителите. Някои от тях
разработват вече повече от 10 години съоръжения на базата на помпи, които
могат да се свържат с конвертор на слънчева енергия чрез фотоволтаични
модули или слънчеви колектори.
В настоящия документ ние се опитваме да представим основните оферти,
които съществуват днес, както и да определим техните предимства и
недостатъци.
Научните изследвания могат да дадат престава за някои бъдещи технологични
решения. Тази област е рядко разглеждана, но едно осъвременяване на този
доклад би дало повече подробности.
3. 3
СЪДЪРЖАНИЕ
Въведение ....................................................................4
Основни схеми на предлаганите системи......................... 5
Термопомпи и слънчева енергия ............................ 7
Изпарители със слънчева енергия за въздушни
термопомпи................................................................................7
Въздушно-слънчево изпарение...................................................................7
Изпарение чрез серия от вторични слънчеви вериги............................ 9
Термопомпи със стандартни термични слънчеви
колектори..................................................................................10
Термопомпи (ТП), свързани към слънчев колектор за
производство само на DHW.........................................................................10
HP и слънчев колектор за отопление, DHW и друго приложение........13
Многофункционална ТП, проектирана за слънчево предварително
нагряване.........................................................................................................15
Термопомпи, задвижвани с фотоволтаика..............17
Заключение....................................................................20
Референции за фигурите.............................................22
Други документи, свалени от мрежата................24
Съкращения:
COP К.п.д.
DHW Гореща вода за битови нужди
HEx Топлообменник (ци)
HP Термопомпа (и)
PV Фотоволтаика
R&D Научни изследвания
CMV Управлявана механична вентилация
4. 4
Въведение
В настоящата икономическа действителност първичната енергия става все по-
скъпа. Това е причината защо ниско-енергийните решения за домашно
отопление и топла вода (DHW) се изследват все повече.
Затова много производители предлагат уреди, които могат да комбинират
термопомпи (HP) и слънчева енергия. Някои от тези решения съществуват от
повече от 20 години, докато други са се появили на пазара съвсем скоро.
Целта на настоящия документ е да направи преглед на най-подходящите от
тези предложения съобразно тяхната технологична приложимост и наличност.
Възможни са много технически комбинации. Но за целите на устойчивостта – за
клиента, както и за производителя – предлаганите продукти трябва да дават
енерго-спестяване и в същото време да имат съвсем малко по-високи разходи
в сравнение с традиционните технологии.
Поради тази причина, въпреки че понастоящем съществуващите предложения
са многобройни, те не представляват голямо техническо разнообразие.
Посетили сме много интернет страници на производители, основно, но не само
на европейски.
Събраната информация в общия случай е публична. Затова настоящата
презентация не претендира да бъде изчерпателна по отношение както на
съществуващите решения, така и на иновациите.
Показано е, че търговските предложения се базират в действителност на
следните принципи:
– HP със слънчев изпарител
– Класическа HP, свързана към стандартни слънчеви колектори
– Многофункционален уред, комбиниращ HP с въздух, механична вентилация с
термично регенеративно регулиране (CMV) и термичен слънчев колектор за
домашно отопление и DHW генерация
– Термопомпа, захранвана с Фотоволтаика (PV) – по принцип за устойчиви или
преносими хладилни уреди за медицински, военни или индивидуални
потребители.
Следващата информация ще допълни този доклад за изследванията в тази
област, особено с представянето на няколко демонстрационни инсталации.
5. 5
Основни схеми на предлаганите системи
Термопомпа със слънчев колектор:
Термопомпа с последователно свързан слънчев колектор:
Конвенционална термопомпа с воден цилиндър, нагряван предварително
от слънцето:
7. 7
Термопомпи и слънчева термална енергия
Слънчеви изпарители за въздушни термопомпи
Въздушно-слънчево изпарение
Една възможна конфигурация се състои от плосък изпарител, монтиран на
открито и приспособен за слънчевите лъчи. Когато времето е лошо или през
нощта, инсталацията може да извлича топлина от околния въздух чрез
естествена конвекция като класическа въздушна HP. Когато слънцето грее,
непрозрачното покритие на изпарителя го прави еквивалентен на основен
слънчев колектор. Получената по този начин топлина задейства изпаряването
на охлаждащата течност.
Тази система е интересна поради своята простота и гъвкавост:
- Инсталацията няма нужда от извършване на тежки работи, като сондиране
или изкопи. Лесно може да се прилага за подмяна на съществуващ воден
нагревател.
- Използването на въздушни/водни HP позволява комбинации от няколко
източника на топлина. Входът лесно може да се свърже – през единичен HEx –
към допълнителен източник на топлина, като околния въздух или още по-добре
към изсмуквания въздух от съществуваща CMV, за подобряване на к.п.д. и
намаляване на топлинните загуби.
Фиг. 1: Принцип на действие на въздушно-слънчева HP
8. 8
Фиг. 2: Подобрение на въздушно-слънчева HP, използваща въздух от CMV
Този принцип вече се прилага при малки инсталации чрез производство на
отделни DHW генератори. SFT (Societe Fabrication Thermodynamique, Grenoble,
France) е комерсиализирала тези продукти с търговската марка Aixter, като част
от производствена линия за водни нагреватели.
Този търговски пример като че ли показва, че увеличението на ефективността,
което се получава от слънчевата енергия, е пренебрежимо малко. Това
вероятно се дължи на концепцията на това изделие, основаваща се на
стандартни домашни изпарители – подобно на тези, използвани при
хладилници или фризери – с тънко покритие от тъмна боя.
Дизайнът на всеки конкретен изпарител с увеличена площ и по-специфично
покритие, позволява увеличена ефективност на по-големите инсталации, като
отоплителни уреди за отделни къщи или комплекси като жилищни сгради,
плувни басейни и т.н.
Основният недостатък на тази концепция е количеството охлаждаща течност,
необходима за запълването на големите инсталации. От една страна това
увеличава риска от утечки, а от друга – поддръжката и подмяна на слънчевите
панели трябва да се извършва от специализиран персонал, сертифициран да
работи с охлаждащите течности.
10. 10
Фиг. 3: НР с въздушно-слънчев изпарител: принципна схема на гъвкава и многоцелева инсталация
(горе) и пример на съществуваща инсталация (долу)
11. 11
Energie Lda (Laundos, Portugal) работи с термодинамични слънчеви панели,
които са патентована технология от основаването на фирмата през 1986 г.
Днес те предлагат широк диапазон от изделия – от единични генератори на
DHW до комплексни термодинамични котли, приспособени за големи жилищни
инсталации (хотели, университети, плувни басейни и др.)
Solar PST (La Coruсa, Spain) е комерсиализирала такива системи след 2006 г. в
промишлени мащаби и е реализирала много инсталации – в по-голямата си
част комплексни.
Тази концепция фактически съществува от началото на 1980-те, но относно
тяхната ефективност и сравнение с класически HP, няма много налична
информация.
Междувременно публично достъпната документация показва, че отоплението е
по-силно през деня, отколкото през нощта при една и съща околна температура
– това означава, че слънчевото греене се използва ефективно. При - 5°C
околна температура, енергията за отопление е около 60% повече през деня,
отколкото през нощта, а при околна температура от 20°C – тя е повече с около
29%. Производителят посочва, че правилната експлоатация изисква околната
температура да бъде над 0°C, което е еквивалентно на 50% максимално
производство от Слънцето.
Изпарение чрез последователно свързан слънчев колектор и вторична
верига
Тази система е близка по концепция до предишната, тъй като има само един
колектор, който се допира до студения източник на топлина, който е околният
въздух. Разликата се състои в междинната последователна верига, в която се
използва класическа течност – като смес от гликол и вода, за да осигури
преноса и обмена на топлина. Енергията за отопление се предава през два
водни цилиндъра: Първият е буферен, а вторият е свързан с
разпределителната верига.
Външният обменник е направен от полимерни тръбички, което осигурява както
извличането на топлина от околния въздух, така и поглъщане на слънчевото
греене. Гъвкавостта на тази концепция позволява бърз и лесен монтаж просто
чрез полагане на метална рама върху блок.
12. 12
Фиг. 4: Концепцията Heliopac (горе) и монтиран въздушно-слънчев колектор върху основа breeze-
block (долу)
Тези решения дават на системата по-голяма гъвкавост, тъй като класическа
течност за отопление няма нужда от компресиране и пречистване, както и
всички предпазни мерки, които са необходими по време на работа и смяна на
охладителната течност, използвана в HP.
Тази концепция се прилага от малко организации, и по-специално при
производството на вода за санитарни нужди и за отопление на частни или
обществени плувни басейни. По-мощни инсталации се реализират чрез
паралелно свързване на няколко HP.
13. 13
Предимството на тази концепция е простотата на слънчевите колектори:
Независимо от по-ниската ефективност в сравнение със стандартните
колектори, тези колектори наистина са с големи поглъщащи повърхности и
ниска цена и поради тази причина са приемливи. Нещо повече, интелигентното
управление на веригата нагоре и надолу по течението чрез използване на
вентили, задвижвани от мотори, позволява оптимизирането в реално време на
ползите от слънчевата енергия (виж фиг. 4).
Следователно, при топло време слънчевата верига може лесно да бъде
свързана към първия цилиндър, така че да акумулира слънчевата топлина. При
умерена околна температура, термопомпите ще използват слънчевите
колектори като източник на студ, по принцип през деня, за да съхраняват
топлината в първия цилиндър. Вторият цилиндър се свързва към изхода на HP
при лошо време или когато има необходимост от пиково захранване от вода за
санитарни нужди. В случай на инсталации с няколко HP, системата за
управление определя също така, колко машини трябва да се включват
съгласно потребностите и атмосферните условия.
Термопомпи със стандартни термични слънчеви колектори
През 1970-те технологията с термопомпи е била на ранен етап на развитие и е
показвала малко подобрение на ефективността чрез предварително нагряване
от слънчево греене. Но съвременните HP са преодолели тези недостатъци и
могат да постигнат значително намаление на използваната енергия чрез
предварително нагряване от Слънцето. За използването на конвенционални
слънчеви колектори и обичайната отоплителна смес от гликол и вода е
необходимо да се прилагат специални тръбопроводи, свързани към цилиндъра
за съхраняване на топлина, когато Слънцето грее, които се прекъсват при лошо
време. HP трябва да бъде свързана към същия цилиндър, като това може да
бъде реализирано по различни начини. Възможни са много конфигурации в
зависимост от приложението и изискванията за изпълнение. Затова целта на
настоящата презентация е да представи най-общите основни конфигурации на
съществуващите търговски оферти.
Възможни са следните видове конфигурации:
- Слънчева хидравлична верига и котел, свързани с един
цилиндър/бойлер за гореща вода в домашни условия;
- По-сложни решения, използващи слънчево нагряване, както за
отопление, така и за получаване на гореща вода.
Термопомпа, свързана към слънчев колектор за производство само на
DHW
В този случай един цилиндър получава и запазва топлината, получена от два
източника. Първа индиректна намотка, разположена в долната част на
цилиндъра, получава енергията от Слънцето, докато друга намотка в горната
част на цилиндъра доставя допълнителна топлина от котел чрез например HP.
Тази конфигурация е най-често прилаганата за връзка между слънчеви
колектори и HP. HP може да бъде специално проектирана за производство на
DHW или да се използва също и за централно отопление, но двете вериги са
термично изолирани.
14. 14
Терморегулирането на такава верига може да бъде много просто:
Температурен датчик в цилиндъра управлява котела/бойлера, докато други
системи управляват веригата на слънчевия колектор. Тези системи имат нужда
най-малко от два датчика – един на изхода на слънчевия панел и друг – на
изхода от долната намотка в котела, така че слънчевата верига да се отваря
само ако температурата на слънчевия колектор надвиши най-ниската
температура в цилиндъра. Във всеки случай необходимите 55°C за
предотвратяване на риска от легионела се доставят от HP.
Фиг. 5: Схема на просто слънчево и чрез HP отопление за производство на DHW (док: Viessmann)
Много производители предлагат цилиндри с двойна слънчева намотка.
Различните варианти имат известни разлики, особено що се отнася до тяхната
вътрешна конфигурация (форма, размер и местоположение на двете намотки),
така че може да се постави въпроса, дали някои от изделията са по-
приспособени, отколкото други, за свързване към HP.
Повечето от тези цилиндри са приспособени за всякакви видове технологии на
бойлери. Това по принцип означава, че могат да бъдат проектирани за
традиционни или кондензни бойлери.
Някои серии от DHW цилиндрите се описват като имащи възможност за
свързване към HP, но те са проектирани с общо предназначение, както е
описано в примерите на техническата документация за монтаж, която
обикновено ги описва като горивни или газови бойлери (виж фиг. 5).
Други производители не предлагат цилиндри, специално проектирани за едно
или друго приложение, но един модулен DHW цилиндър може да бъде
приспособен към конкретни потребности на клиента чрез добавяне на
специфични компоненти (допълнителна намотка за слънчево отопление или
вторичен котел и т.н., например Vaillant)
15. 15
В края на 2007 г. на пазара се предлагат компактни интегрирани устройства и
съоръжения. Един блок се състои от въздушна HP в горната част и DHW
цилиндър с намотка за слънчево нагряване в долната част. Някои от тези
изделия произвеждат само DHW, а други са комбинирани с веригата за
въздушно или водно отопление на сградата.
Фиг. 6: Интегрирана система с DHW цилиндър, предварително нагряване от слънцето
(Auracompct BP8, от ROTH)
Фиг. 7: Напречно сечение на термодинамичен DHW генератор "CETD" (Oertli / De Dietrich)
и пример на монтажна схема със помощ от слънцето.
При COP до 3,4 и нагряване от 10 °C до 45°C, тази технология позволява икономии на енергия от
70% до 80% благодарение на получената слънчева енергия, в сравнение с класическите
генератори.
16. 16
HP и слънчев колектор за отопление, DHW и други цели
HP за централно отопление с предварително нагряване от слънчева енергия са
твърде подобни на предходната конфигурация. Разликата е, че общият обем се
използва както за централното отопление, така и за веригите за производство
на DHW, за съхраняване на затоплената вода и за предварително отопление
чрез слънчев колектор.
Фиг. 8: Схема на индивидуална инсталация (док: Viessmann) с цилиндър с двойно предназначение
(C) за DHW и централно отопление и буферен цилиндър (E). Двата цилиндърасе нагряват
предварително от веригата на слънчевите колектори.
Забележка: Тази схема е представена с газов или на друго гориво котел, но производителят
твърди, че този вид цилиндър е подходящ за свързване и на HP.
Различни конфигурации на инсталациите са възможни на тази основа, в
зависимост от конкретната инсталация, която трябва да се реализира:
Реновиране на съществуващи отоплителни системи или производство на нови
такива чрез използване на допълнителен котел или без такъв, жилищни
блокове, плувни басейни и т.н. Много производители предлагат различни
видове цилиндри, с цел удовлетворяване на всяко конкретно търсене.
Фиг. 9: Схема на инсталация за самостоятелна къща с единична HP и многоцелеви буферен
цилиндър с предварителна слънчево нагряване и многопластова стратификация за централно
отопление и DHW генерация (док: Brоtje / BAXI)
17. 17
В зависимост от конкретния случай, термичният буфер може да се вмести в
един многофункционален цилиндър или да се добави отделен буферен
цилиндър в случай на по-големи инсталации (училища, хотели и др.) или
реновиране на съществуваща инсталация. Освен слънчевото нагряване, много
цилиндри могат да се свържат към два котела (или повече), например
кондензен бойлер на газ и HP, така че да се използва по-ефективно
нагревателя при различни обстоятелства (по-големи потребности, климатични
условия, прекъсване на захранването с електричество и т.н.).
Всички серии от "ненапластени" цилиндри с множество намотки, които се
предлагат от различни производители, имат почти същия дизайн и обеми. От
друга страна, почти всички напластени/стратифицирани цилиндри се основават
на един и същ технически принцип, като всеки производител предлага различни
видове продукти (виж фиг. 10). Някои цилиндри имат вграден DHW цилиндър в
горната си част със собствена намотка за нагряване. Други произвеждат DHW
по желание чрез голяма намотка, която преминава отдолу-нагоре през
еднообемен бойлер. Някои цилиндри имат само едно напластено ниво, а други
– две или повече, с вертикални тръби, които задействат топлинния обмен на
различните нива, когато температурните разлики позволяват "термосифонни"
ефекти.
Фиг. 10: Няколко многоцелеви цилиндъра (от ляво на дясно: Viessmann, Brоtje, Vaillant)
Забележка: най в дясно, оригинален цилиндър (Oertli) с интегрирана електронна система за
задвижване на нерегулирана HP или котел.
Управлението на веригата за получаване на слънчевата топлина може да бъде
независимо от управлението на отоплението в сградата. Това позволява лесно
подобрение на съществуващите отоплителни инсталации. Но
централизираното електронно управление е по-добро от гледна точка
оптимизиране на изпълнението, особено за сложни инсталации. Най-
разпространеното оборудване е проектирано за традиционни домашни
инсталации (в диапазона от10kW до 20kW топлинна енергия) или колективни
инсталации (40kW до 120kW). Отделните елементи позволяват да се намери
решение за всяка конкретна потребност. По същия начин, както и преди,
материалите се проектират в общия случай за всякакъв вид котли, но
конкретното комбиниране на HP и слънчево греене се среща най-често в
ръководствата и каталозите.
18. 18
Многоцелева HP, проектирана за слънчево предварително нагряване
Съгласно последните разработки на енергийно-ефективни къщи, много
производители са започнали да произвеждат оборудване, използващо
многофункционални HP с ниска консумация на енергия. Една компактна
инсталация се състои от отоплителна система (въздушна HP), малък буферен
цилиндър с единична намотка с предварително нагряване от Слънцето и
осигурява допълнителни функции, като MCV, естествено охлаждане (без
използване на HP компресор) или обратна работа, както и мощна HP.
Слънчевият колектор и необходимото оборудване (тръби, съединения...)
продължават да се продават отделно
.
Фиг. 11: Отоплителна система с НР и компактен интегриран източник на въздух и DHW
генератор със слънчев подгрев на енерго-спестяващи къщи, в комбинация с механична домашна
вентилационна система (док : Viessmann)
Фиг. 12: Полу-интегрирана система: Централен уред осигурява управлението на енергията
докато отделен цилиндър събира хидравличните вериги на DWH, слънчев подгрев и централно
отопление. Забележете наземния източник HEx и вентилационната верига за регенерация на
топлина нагоре от HP (док: Effiziento / Paul WRG)
19. 19
Някои от тези съоръжения заемат твърде малко място на пода (например фиг.
11), почти същото като една перална машина. Те са проектирани за
еднофамилни пасивни къщи. По-големите сгради имат нужда от специален
дизайн с отделен воден буфер (напр. фиг. 12), но е целесъобразно да се
инсталират няколко компактни устройства за колективни сгради (напр. фиг. 14).
Фиг. 13: Многоцелева термопомпа (в ляво) с отделен цилиндър за гореща вода (док: Paul WRG)
Фиг. 14: Инсталация с няколко многоцелеви HP (в дясно) в блок с три апартамента (док: Nilan)
Класическата HP, с бойлер за вода, нагряван от слънчева енергия, може да
използва различни топлинни източници: външен въздух, подземна вода или
подземна топлина, съгласно конкретните условия на инсталацията.
От друга страна, многофункционалните HP се основават на въздушна HP. Те са
по-рационални за компактни системи, които интегрират MCV с регенерация на
топлина. За класическа въздушна НP, при много ниски външни температури
(типично от - 3°C до - 4°C) е необходимо въздухът да се нагрява предварително,
за да се предотврати замръзване на изпарителя. Най-ранното решение за
достигане на това предварително отопление е използването на електрическо
съпротивление, което обаче намалява ефективността на системата.
За да се преодолее този недостатък, може да се постигне частично или
цялостно предварително нагряване чрез единичен подземен HEx или Hex с
разсол (фиг.фиг. 11 и 13). Концепцията на компактна HP има предимството да
бъде лесно и бързо монтирана с интересната възможност за предварително
нагряване на изпарителя и на получавания въздух от интегрирания MCV, така
че да се увеличи възможността за предотвратяване на замръзване, както и да
се подобри ефективността.
Друг технически недостатък на тези системи е трудното управление на
количеството и температурата на въздуха в една такава компактна инсталация.
Някои инсталации показват, че реалната консумация на електричество е по-
висока понякога от предвижданата.
От финансова гледна точка, неинтегрираните еквивалентни системи могат да
бъдат монтирани при по-ниски цени, благодарение на възможността клиентът
да използва конкуренцията между различните доставчици. От една страна,
високите инвестиционни разходи на използваните материали правят
понастоящем тяхното разширено приложение зависимо от правителствените
субсидии. От друга страна, една компактна система може да бъде интересна от
гледна точка на монтаж, регулиране и поддръжка, тъй като ще бъде необходим
специалист, което ще предполага намаляване на експлоатационните разходи.
20. 20
Термопомпи, задвижвани с фотоволтаика
Предпоставки:
– Компресорът за HP с фотоволтаични панели осигурява изцяло автономна
система за нагряване, която използва 100% от възобновяемата енергия. За
нещастие, PV слънчевият източник обикновено е несинхронизиран към
енергийните потребности на НР, използвана като отоплителна система.
Така че са необходими акумулатори като буфер за произвежданата
електрическа енергия и за балансирането й с консумацията на HP, особено от
гледна точка на високата консумация на енергия при стартиране на компресора.
– Често избирано решение на този проблем е свързване на PV панелите към
мрежата чрез преобразувател DC/AC и система за управление. По този начин,
когато PV панелите не произвеждат достатъчно енергия, HP ще използва
енергия от мрежата. И обратно - когато HP се изключи, произведената от PV
енергия се връща обратно към мрежата.
– По-добро съответствие между слънчевия източник и енергийните
потребности е възможно при обратно използване на HP за охлаждане на
въздуха, особено в по-топли страни.
– Днес, европейските субсидии, например пакетна цена за закупуване на PV
енергия, също поощряват продажбите на HР, тъй като комбинацията с тази
технология позволява много ниски разходи за енергия на отоплителната
система. Това може да се отчете дори при липса на физическа връзка между
двете технологии и комбинация HP + PV.
– Някои изследователски програми се базират на DC компресори, които
могат да бъдат захранвани от PV модули без използването на DC/AC
преобразувател. Този вид експерименти са практикувани няколко години
и все още представляват интересен проблем за научните изследвания.
Фиг. 15: Демонстрационен компресор на термопомпа с променлива скорост и фотоволтаика.
Използва от 120W до 280W електрическа мощност (док: Polar Power Inc / NASA)
21. 21
Първите изследвания на тази технология са започнали в началото на 80-те. По
това време ниската ефективност на HP не е позволявала допълнително
използване на PV за захранване на компресорите. Към средата на 90-те
технологията с HP напредва, както и за използването на PV клетките, което
позволява да се преразгледа възможността за комбинация от двете технологии.
Именно тогава са започнали различни научни изследвания.
Едно от тези изследвания, поръчано от NASA, е целяло проектирането на
изцяло автономна охладителна система, захранвана от PV панели. Такова
оборудване е било предназначено за използване при космически мисии с хора
на борда. Наземно приложение може да бъдат слънчевите хладилници или
автономни автомобилни системи за охлаждане.
Оказало се, че космическият проект не е довел до нещо съществено. Други
предполагаеми наземни приложения са били проектирането на изцяло
автономни HP за домашно приложение с евентуално връщане към мрежата на
излишната енергия, произведена от PV.
Тази оригинална технология може да позволи оптимално използване на PV
енергията, чрез пряко захранване на компресора с постоянен ток, без загуби,
дължащи се на DC / AC преобразувателя, който се използва при
конвенционални PV инсталации. Polar Power Inc. Представя тази концепция на
своята Интернет страница, но все още няма наличен търговски вариант на
инсталацията, вероятно поради недостатъчно търсене и следователно,
производствените разходи все още остават високи за стартиране на
промишлено производство.
Фиг. 16: Ниско-волтови DC хладилници и фризери.
Н ляво и н средата: хладилници за транспорт на медицински и хранителни продукти (док : Polar
Power Inc.) ;
В дясно: „Фризер за сладолед, захранван от слънцето " (док: Unilever / Danfoss)
Но същата компания - Polar Power Inc предлага вече повече от 20 години DC
Компресорни хладилници и фризери, които могат да бъдат автономно
захранвани от PV панели. Някои от тези хладилници, за неподвижни или
подвижни приложения, не използват батерии, а термално съхранение на студа,
което осигурява устойчивост на температурата за съхраняване на храни.
22. 22
На база на същата концепция, Polar Power предлагат хладилници за
приложение в медицината, като цялостната автономност на системата е
предимство при пренасянето на ваксини на голямо разстояние.
Unilever и Danfoss също са разработили малки автономни фризери за сладолед,
захранвани от слънчева енергия (фиг. 16), за да демонстрират
работоспособността на въглеводородните DC компресори и възможностите,
които те предлагат.
Фиг. 17: Принцип на автономен хладилник с ниско напрежение (док: Polar Power Inc.)
23. 23
Фиг. 18: Пасивната къща на Schuco
Фиг. 19: Многофункционална HP за CMV / домашно отопление / DHW (док: Stiebel-Eltron)
24. 24
Заключение
Технологията на въздушно-слънчево изпарение с използване на HP
понастоящем е достигнала своята зрялост.
Освен това, съществуват много научни подробности в наличната информация
за ефективността на такива системи и изглежда, че икономията на енергия,
която се получава от прилагането на слънчевата енергия, е твърде значителна.
Полученият резултат от HP + слънчева енергия може да намали
първоначалната консумация на енергия от 4 до 6 пъти в сравнение с
конвенционалните отоплителни системи. Успехът на тази технология за големи
инсталации в колективни сгради е гаранция за нейната ефективност. Едно от
основните изисквания, което трябва да бъде удовлетворено от големите
инсталации, е предоставяне на възможност за редовна поддръжка на веригата
с охладителна течност.
За малки системи, като например въздушно-слънчеви изпарители с DHW
генератори, независимо от малките инвестиционни разходи за клиента,
изглежда че икономията на енергия е твърде малка.
Вероятно това се дължи на малките повърхности, които са изложени на
слънчевото греене, но още веднъж трябва да се подчертае, че липсват
достатъчно данни от експерименти.
Във всеки случай използването в реално време на слънчевата енергия от
такива системи дава предимство на тяхното приложение в страните с голямо
слънцегреене (като тези в Южна Европа и Средиземноморския басейн).
Въпреки тези недостатъци, относителната простота на технологията я прави
конкурентна за целите на енергоспестяване и намаляване на инвестиционните
разходи. Термопомпите с допълнително захранване от слънчева енергия с
последователно включена вторична верига могат да представляват различни
конфигурации. Въпросът за последователно свързване на веригите към
конвенционален слънчев колектор остава понастоящем тема за научните
изследвания. Но последователното свързване на HP и слънчеви колектори
чрез полимерни колектори е комерсиализирано от началото на 1990-те.
Ефективността на реализираните системи от производителите показва още
веднъж, че тези системи имат нужда от достатъчно слънцегреене, за да
постигнат необходимия термоикономичен ефект.
Фактически, ефективността в страни с преобладаваща облачност (както
например в Северна Франция) е подобна на тази, получена с конвенционални
слънчево-електрически DHW генератори (около 60% от енергийната
ефективност). Обратно на това – при слънчево време консумацията на
електричество може да бъде намалена 4 пъти.
Предимство на тази технология е нейната относителна простота и малкия обем
с охладителна течност, в сравнение с въздушно-слънчев изпарител и HP.
Евтиният слънчев колектор е евентуално предимство в сравнение с неговата
ниска ефективност, тъй като големите повърхности на колектора са приемливи
от икономическа гледна точка. Тези две предимства на технологията я правят
значително конкурентна в сравнение с въздушно-слънчевите изпарители и HP,
за монтаж в същите хипотетични страни.
25. 25
HP в комбинация със стандартни слънчеви колектори и междинни буферни
цилиндри или многоцелеви цилиндри са по-приспособими към страни със
слабо слънцегреене. Термичната инерция на буферите позволява
съхраняването на наличната слънчева енергия и по-късното й използване за
DHW или домашно отопление.
Що се отнася до енергийната ефективност, този вид решения може да доведе
до използването на HP в страни, където зимните температури обикновено са
твърде ниски (намаляване на COP, риск от замръзване и т.н.), чрез
възможността за свързване на многофункционални цилиндри и няколко
конвенционални бойлери (на течно, твърдо гориво или газ).
Нещо повече – тези решения са приспособими както за еднофамилните къщи,
така и за жилищни кооперации.
Основната пречка за развитието на такива комбинации HP + слънчеви
колектори, особено за еднофамилните къщи, са техните високи първоначални
инвестиционни разходи. Независимо от развитието на разбирането за екология
и енергоспестяване, много семейства не могат да си позволят възвръщаемост
на инвестициите от 5 години и повече.
Заинтересованите производители добре разбират този факт и затова се
опитват да предложат колкото може по-проста система, основаваща се на
модулен принцип, така че да позволят на клиентите да включат еволюционните
решения в собствената си отоплителна система съобразно собствените
възможности.
Същото се отнася и за многофункционалните системи: Енергийната
ефективност и икономиите на енергия се сблъскват със значителни
инвестиционни разходи. Това е особено вярно за технологии, които са
предназначени за т.нар. пасивни къщи, тъй като потенциалните клиенти имат
повече възможности да намалят разходите за материали за отделните
елементи, които са едновременно технически еквивалентни и по-конкурентни.
HP с пряко захранване от PV все още имат нужда от сериозно развитие, преди
да бъдат промишлено предлагани на пазара за еднофамилни къщи или
жилищни сгради. Но съществуващите съоръжения като фризери и хладилници,
захранвани от PV, продължават да използват потенциала на тази технология.
Това особено се отнася до климатизацията, поради възможността за
проектиране на системите от гледна точка на съответствие между търсенето и
предлагането на слънчеви колектори.
Като заключение, комбинацията между термодинамични технологии и слънчева
енергия винаги ще има нужда от конкретно изследване за всеки специфичен
случай, за да се отчетат местните климатични условия и да се определи
енергийната ефективност на дадена инсталация, както за еднофамилни къщи,
така и за жилищни кооперации.
Оперативността на системите се е повишила през последните години по такъв
начин, че понастоящем се предлагат надеждни технологии.
Действителните клиенти не са многобройни, но те участват в технологичното
развитие, от една страна от търговска гледна точка, а от друга – благодарение
на техническата поддръжка на съществуващите инсталации. Развитието на
разбирането сред хората относно енергийната ефективност и опазване на
околната среда, както и конкурентноспособността на изделията, също ще
способства за приложението на тези технологии в следващите години.
