Analiza instalacji opartej na pracy pompy ciepła wspomaganej przez ogniwa PVT i kolektory słoneczne

• Autorzy: Generowicz Natalia
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W ostatnim czasie, zgodnie z europejską dyrektywą 2020, każde państwo członkowskie UE zwraca coraz większą uwagę na sektor energetyczny. Wyznaczone cele dotyczą zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych o 20% w porównaniu z poziomem z 1990 r., pokrycia zapotrzebowania na energię ze źródeł odnawialnych na poziomie 20% oraz zwiększenia efektywności energetycznej o 20%. Znaczną uwagę zwraca się w szczególności na budynki i sektor mieszkaniowy, stanowiący 27% globalnego zużycia energii i emisji CO2. Jeśli chodzi o wielkość instalacji, w ostatnich latach kilka badań koncentrowało się na pompach ciepła jako systemach grzewczych. Od momentu zwrócenia uwagi na rozproszoną produkcję energii coraz częściej mówi się o systemach hybrydowych, zdolnych do wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej. W przypadku technologii PV udowodniono, że chłodzenie powierzchni roboczej jest kluczowym czynnikiem eksploatacyjnym, który należy wziąć pod uwagę, w celu uzyskania wyższej sprawności. Prawidłowe chłodzenie może poprawić sprawność elektryczną i z czasem zmniejszyć tempo degradacji ogniw. Ponadto ciepło usuwane przez system chłodzenia może być wykorzystywane w zastosowaniach domowych. W systemach PVT (hybrydowy system fotowoltaiczny i termiczny) tylko 15–20% energii słonecznej padającej na panel PVT może zostać zamienione na energię elektryczną, a pozostała część na ciepło. Ta część energii cieplnej może zostać wykorzystana do uzyskania efektu grzewczego. Wielkoskalowe systemy lokalnego ogrzewania wodnego i systemy fotowoltaiczne PVT są najbardziej obiecującymi rozwiązaniami. Niektóre badania dotyczą hybrydowych systemów ogrzewania pomieszczeń, w skład których wchodzą panele PVT i pompy ciepła. Zalety tych systemów polegają na dostarczaniu energii do ogrzewania pomieszczeń w okresie zimowym oraz ciepłej wody użytkowej w innych porach roku i wytwarzaniu energii elektrycznej. Praca ma na celu analizę systemu grzewczego dla budynków wielorodzinnych, opartego na pompie ciepła, ogniwach PVT z systemem nadążnym za słońcem, obrotowych kolektorach słonecznych oraz magazynie energii cieplnej w gruncie. Zaproponowany system grzewczy będzie w dalszych etapach pracy badany na dwóch instalacjach w Polsce, w budynkach różniących się co najmniej dwukrotnie zapotrzebowaniem na energię cieplną.

Słowa kluczowe

PL

pompa ciepła; ogniwa PVT; kolektory słoneczne; magazynowanie ciepła

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej
• Czasopismo: Zeszyty Energetyczne
• Rocznik: 2020
• Tom: T. 7
• Strony: 281--289
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys.

Twórcy

autor

Generowicz Natalia

• Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki

Bibliografia

• [1] Europa 2020, www.ec.europa.eu
• [2] Grossi I., Dongellini M., Piazzi A., Morini G.L., Dynamic modeling and energy performance analysis of an innovativedual-sourceheat pump system, Applied Thermal Engineering 2018, 142, 745-759. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2018.07.022.
• [3] Dongellini M., Naldi Gian C., Morini L., Sizing effects on the energy performance of reversible air-source heat pumps for office buildings, Applied Thermal Engineering 2017, 114, 1073-1081. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2016.12.010.
• [4] Bauer D., Marx R., Drück H., Solar district heating systems for small district with medium scale seasonal thermal energy stores, Energy Procedia 2016, 91, 537-545. DOI: 10.1016/j.egypro.2016.06.195.
• [5] Han Z., Qu L., Ma X., Song X., Ma C., Simulation of a multi-source hybrid heat pump system with seasonal thermal storage in cold regions, Applied Thermal Engineering 2017, 116, 292-302. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2017.01.057.
• [6] Staffell I., Brett D., Brandon N., Hawkes A., A review of domestic heat pumps, Energy & Environmental Science 2012, 5(11), 9291-9306. DOI: 10.1039/C2EE22653G.
• [7] Tzivanidis C., Bellos E., Mitsopoulos G., Antopoulos K.A., Delis A., Energetic and financial evaluation of a solar assisted heat pump heating system with other usual heating systems in Athens, Applied Thermal Engineering 2016, 106, 87-97. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2016.06.004.
• [8] Chargui R., Sammouda H., Modeling of a residential house coupled with a dual sourceheat pump using TRNSYS software, Energy Conversion and Management 2014, 81, 384-399. DOI: 10.1016/j.enconman.2014.02.040.
• [9] Sayegh M.A., Jadwiszczak P., Axcell B.P., Niemierka E., Bryś K., Jouhara H., Heat pump placement, connection and operational modes in European district heating, Energy and Buildings 2018, 166, 122-144. DOI: 0.1016/j.enbuild.2018.02.006.
• [10] Wang Z., Huang D., Wang P., Shen Q., An analysis of solar heating system assisted by ground-source heat pumps in office building, Procedia Engineering 2015, 121, 1406-1412. DOI: 10.1016/j.proeng.2015.09.049.
• [11] Emmi G., Zarrella A., De Carli M., Galgaro A., An analysis of solar assisted ground source heat pumps in cold climates, Energy Conversion and Management 2015, 106, 660-675. DOI: 10.1016/j.enconman.2015.10.016.
• [12] Chen H., Zhang L., Pengfei J., Xiong Y., Xu P., Zhai H., Performance study of heatpipe solar photovoltaic/thermal heat pump system, Applied Energy 2017, 190, 960-980. DOI: 10.1016/j.apenergy.2016.12.145.
• [13] Siecker J., Kusakana K., Numbi B.P., A review of photovoltaic systems cooling technology, Renewable and Sustainable Energy Reviews 2017, 79, 192-203. DOI: 10.1016/j.rser.2017.05.053.
• [14] Ge T.S., Wang R.Z., Xu Z.Y., Pan Q.W., Du S., Chen X.M., Ma T., Wu X.N., Sun X.L., Chen J.F., Solar heating and cooling: Present and future development, Renewable Energy 2018, 126, 1126-1140. DOI: 10.1016/j.renene.2017.06.081.
• [15] Ma T., Yang H., Lu L., Performance evaluation of a stand-alone photovoltaic system on an isolated island in Hong Kong, Applied Energy 2013, 112, 663-672. DOI: 10.1016/j.apenergy.2012.12.004.
• [16] Zondag H.A., Vries D.W., Steenhoven A.A., Helden W.G.J., Zolingen R.J.C., Thermal and electrical yield of a combi-panel, Proceedings of ISES World Congress 1999, 3, 96-101.
• [17] Emmi G., Zarrella A., De Carli M., A heat pump coupled with photovoltaic thermal hybrid solar collectors: A case study of a multi-source energy system, Energy Conversion and Management 2017, 151, 386-399. DOI: 10.1016/j.enconman.2017.08.077.
• [18] Kamel R.S., Fung A.S., Dash P.R.H., Solar systems and their integration with heat pumps: A review, Energy and Buildings 2015, 87, 395-412. DOI: 10.1016/j.enbuild.2014.11.030.
• [19] Zhou J., Zhao X., Ma X., Du Z., Clear-days operational performance of a hybrid experimental space heating system employing the novel mini-channel solar thermal and PV/T panels and a heat pump, Solar Energy 2017, 155, 464-477. DOI: 10.1016/j.solener.2017.06.056.
• [20] Bianco V., Scarpa F., Tagliafico L.A., Estimation of primary energy savings by using heat pumps for heating purposes in residential sector, Applied Thermal Engineering 2017, 114, 938-947. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2016.12.058.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).