Felére csökkenhetnek az energiaköltségek ezzel új hibrid hőszivattyús rendszerrel

Szél- és napenergia is kombinálható abban az új rendszerben, amely egyszerre optimalizálja a hűtés-fűtést és az energiatárolást. Háztartásoknak készült.

Kínai kutatók mutattak be egy új hibrid szél-napenergia hőszivattyút, amely több mint 50 százalékkal csökkenti a lakossági energiafelhasználás költségeit. A Shenyang Jianzhu és Shanghai Jiao Tong Egyetem rendszere egyszerre használja a nap- és szélenergiát, valamint a villamosenergia és hőtárolást.

A kutatók meglévő technológiákat használtak, és évszakok szerinti energia-interakciós keretrendszert alkalmaztak, amely tavasszal padlóhűtést, nyáron hűtést, ősszel padló-előfűtést, télen pedig fűtést biztosít.

A fejlesztők optimalizált energiamenedzsment-stratégiát készítettek. Alacsony energiaigényű lakóépületet vettek alapul: a kétszintes, 334,8 négyzetméteres ingatlan kb. 130 négyzetméter tetőfelületet kínált a napelemek számára, és a helyszínen az óránkénti napsugárzás 0-0,3 kWh/m² között mozgott.

Csökkenő energiaköltségek hibrid megoldással

A rendszer 550 W-os napelemeket, 3 kW-os szélturbinákat, 40 kWh-s akkumulátort és fázisváltó anyagot tartalmazó víztartályt, valamint két (1-1 talajszondás és egy levegős) hőszivattyút is kapott. A rendszer talajhőcserélőket használt, amelyek átadták a hőt a talajnak vagy éppen elvonták azt.

A talajszondás hőszivattyú télen hőt vont ki a talajból, nyáron pedig a felesleges hőt juttatta vissza a földbe. A levegős hőszivattyú akkor egészítette ki a rendszert, amikor a környezeti feltételek változtak.

A hatékonyság növelésére a kutatók kétlépcsős optimalizációt alkalmaztak. Az első lépésben egy speciális algoritmus számította ki az ideális rendszert, a másodikban pedig egy részecskeoptimalizációs folyamat szabályozta az akkumulátor töltöttségét heti bontásban.

A kutatók négy konfigurációt vizsgáltak, amelyek során a rendszerhez fokozatosan hozzáadták az interakciós stratégiát, a levegős hőszivattyút, a kétlépcsős optimalizációt, a napelemeket és a szélturbinákat.

Az optimalizált hibrid rendszer legalább 54,7 százalékkal csökkentette az energiaköltség egységárát. A teljesítmény négy százalékkal nőtt az egyes alaptechnológiák saját adataihoz képest, az ún. rendszerfüggetlenségi faktor pedig (amely a hálózattól való függőség mértékét jelöli) 75 százalékkal javult.

A talajszondák körüli talaj hőmérséklete tíz év alatt mindössze 0,42 Celsius-fokkal csökkent, vagyis a megoldás még hosszú távon sem eredményezheti a hőmérsékleti egyensúly felborulását.

Megtalálták a tökéletes összeállítást

Ha valaki kíváncsi a receptre: a tanulmány elárulja, hogy az optimális szél–napenergia alapú konfiguráció 13,12 kW napelemteljesítményt, két szélturbinát, 25,46 kWh akkumulátort, 6,17 kW-os talajszondás hőszivattyút és 2,76 négyzetméteres víztartályt tartalmaz.

Összefoglalva: a kutatók olyan rendszert vizsgáltak, amely szélenergiát, napenergiát, elektromos energiatárolást és hőtárolást integrált egyszerre. A rendszer többféle környezeti feltétel mellett is működőképesnek bizonyult.

A szezonális energia-interakció mindeközben lehetővé tette, hogy a rendszer igazodjon a környezeti változásokhoz.

A kutatók a teljesítményt különböző konfigurációk összehasonlításával is értékelték, és az adatok alapján a hibrid rendszer jelentős energiahatékonysági javulást ért el.

A címlapkép illusztráció. Forrás: Freepik