太阳能辅助热泵的集成方法

2022-08-18

来源:华体会体育官网入口 作者:华体会体育平台网页注册

  意大利科学家已经评估了由光伏热系统辅助的蒸汽压缩热泵的技术潜力。他们分析了这种组合的两种主要配置,描述了两种解决方案的优缺点。最便宜和最容易部署的系统是用于空间加热或生活热水的热水的单源直接膨胀 (DX) 配置。

  来自意大利米兰理工大学的一组科学家分析了现有的集成方法,将光伏热力 (PVT)装置与蒸汽压缩热泵 (HP) 结合 在一个混合系统中,用于建筑物的热水和供暖应用。

  据研究人员称,这种组合具有双重优势。PV 可以为 HP 的压缩机供电,同时将热量从太阳能集热器传递到 HP,然后 HP 可以在更高的温度下运行,从而提高整体系统效率。此外,这种配置还可以为 PV 面板提供主动冷却,这也将提高 PV 系统的性能,并在良性反馈回路中提高 HP 本身的性能。

  意大利集团考虑了两种不同的主要系统配置:单源直接膨胀 (DX) 系统,其中 PVT 系统作为 HP 蒸发器运行;和双源间接膨胀 (IDX) 装置,其中在 PVT 装置和 HP 之间插入热交换器 (HX),也称为太阳能辅助热泵 (SAHP)。

  在第一种配置中,该系统不提供冷却并产生用于空间加热或生活热水 (DHW) 的热水。其优化运行的关键是实时压缩机频率控制,它根据实时辐射调整压缩机运行频率。

  科学家解释说:“热水生产通常采用单源 DX-PVT-SAHP,但文献中很少有 PVT 集热器在夜间用作冷凝器的例子,”他们指出,这种解决方案的特点是施工更容易由于在 HP 和 PVT 装置之间没有任何中间换热器,因此复杂性和成本更低。“然而,由于与压缩机速度不匹配对整体性能的影响,这种特性使得直接膨胀配置更容易受到太阳辐射变化的影响。”

  在旨在满足建筑物的整个热需求的第二种配置中,第二个热源由与 PVT 系统并行运行的第二个蒸发器提供。

  学者们强调:“当太阳能回收不足以运行机器时,额外的热源(通常是空气)的存在可以提高不利运行条件下的系统性能。” “IDX-SAHP 配置允许更灵活地安排系统子组件,从而将热存储用于太阳能或负载管理。”

  “双源 IDX-PVT-SAHP 系统是在与冷却需求相关的气候环境中最可行的解决方案,能够满足所有建筑热需求,”研究团队进一步解释说。“这些系统也更适合与地源高压耦合,这在以供暖为主的地区非常流行,空气源高压系统扩散较少。”

  研究人员指出,对于任何一种配置,都很难定义参考尺寸方法,因为气候条件和建筑负载等变量对 HP 额定功率、PVT 系统尺寸和存储尺寸之间的比率有很大影响。

  展望未来,科学家们表示,他们希望致力于提高两种配置的技术准备水平 (TRL)。TRL 衡量系统技术组件的成熟度,并基于从 1 到 9 的等级,其中 9 项代表完全商业应用的成熟技术。

  “还需要更多的实验工作来证明整个系统在真实案例研究建筑中的实际性能,还需要根据气候条件和建筑负载比较不同的尺寸标准,”他们总结道。“与此同时,在开发能够对系统的每个组件和系统本身作为一个整体进行正确建模的特定工具方面,需要付出额外的努力。”

  所提出的方法在论文《用于建筑应用的光伏热太阳能辅助热泵系统:集成和设计方法》中进行了描述,该论文发表在能源和建筑环境中。