AC vs. DC v obytných budovách vybavených solárními a úložnými prostory

Výzkumníci z Chalmers University of Technology ve Švédsku porovnali potenciál energetických úspor distribučních systémů střídavého proudu (AC) a stejnosměrného proudu (DC) pro obytné budovy vybavené fotovoltaickými a bateriovými úložnými systémy. Zejména se zaměřili na to, zda nastavení stejnosměrného proudu může vést k nižším ztrátám energie.

„Jedním aspektem odvozeným z práce je, že bychom mohli prezentovat modelované úspory ztrát s distribucí DC pro severské klima s – v průměru – nižším ozářením,“ řekl výzkumník Patrik Ollas.časopis pv. „Také efekt – a prokázaná nutnost – fotovoltaického a bateriového úložiště pro dosažení úspor energie s DC.“

Pro analýzu denního a sezónního výkonu těchto dvou topologií použili vědci celoroční datový soubor o využití zátěže, generování FV, charakteristik účinnosti výkonových elektronických konvertorů (PEC) v závislosti na zátěži a bateriového úložiště. Zvažovali konfiguraci AC a DC pro budovu s jižně orientovanou 3,6 kW solární a akumulační instalací s úhlem naklonění 45 stupňů. Předpokládali, že budova má prostor a ohřev teplé užitkové vody pomocí tepelného čerpadla země-voda.

"Jednotlivá měření byla získána pro následující spotřebiče: tepelné čerpadlo země-voda, větrání, vodní čerpadla a výroba FV," uvedli vědci s tím, že roční potřeba zátěže je 6 354 kWh, přičemž FV generuje 3 113 kWh. "Tato studie byla provedena pro budovu připojenou k síti; pro interakci se sítí byl zapotřebí obousměrný AC/DC konvertor."

Práce uvažovala čtyři různé topologie systému: AC—230 VAC s účinností závislou na zatížení, DC1—380 VDC s účinností závislou na zatížení, DC2—380 VDC s pevnou účinností měniče a DC3—380 a 20 VDC s účinností závislou na zatížení.

"Do DC1 a DC2 bylo přidáno podnapěťové napětí 20 V DC pro napájení menších zátěží a osvětlení přes centrální DC/DC měnič," uvedl výzkumný tým.

Zjistili, že ztráty obousměrného měniče se významně liší, když jsou modelovány s pevnou a na zátěži závislou charakteristikou účinnosti. Zjistili také, že stejnosměrná topologie může dosáhnout úspor energie i bez zahrnutí FV nebo bateriového úložiště.

"Ztráty konvertoru vázaného na síť využívající přístup s konstantní účinností (DC2) byly o 34 procent nižší než ztráty v případě implementace účinnosti závislé na zatížení (DC1)," uvedli. "Hodnoty účinnosti systému příslušných systémů (AC a DC1-3) byly 95,3, 94,3, 95,8 a 93,7 procenta."

Skupina dospěla k závěru, že nastavení DC nepředstavuje příznivou možnost z hlediska snížení ztrát bez zahrnutí FV a bateriového systému.

"Ve více vědeckém kontextu byla zdůrazněna chyba používání konstantní účinnosti jak pro baterii, tak pro výkonový elektronický převodník," uzavřel Ollas. „Nejvýznamnějších úspor bylo také dosaženo, když byla fotovoltaická energie přiváděna do zátěže přímo nebo prostřednictvím bateriového úložiště. Uznávám, že stejnosměrná distribuce v budovách je okrajovou aplikací a nachází se v situaci Catch-22 ohledně dodávek Některé konkrétní případy by však pro to mohly být zajímavé, například vnitřní stejnosměrné sítě s fotovoltaickou, bateriovou a elektrotechnickou vazbou a kancelářské budovy s dobrou korelací mezi poptávkou po FV a zátěži.“

Vědci prezentovali svá zjištění v „Úsporách energetických ztrát pomocí distribuce stejnosměrného proudu v obytné budově se solární fotovoltaikou a bateriovým úložištěm“, která byla nedávno zveřejněna v roceEnergie.