AC vs. DC v obytných budovách vybavených úložiskom Solar plus

Vedci z Chalmers University of Technology vo Švédsku porovnali potenciál úspory energie distribučných systémov striedavého prúdu (AC) a jednosmerného prúdu (DC) pre obytné budovy vybavené fotovoltaickými a batériovými skladovacími systémami. Zamerali sa najmä na to, či nastavenia jednosmerného prúdu môžu viesť k nižším stratám energie.

„Jedným aspektom odvodeným z práce je, že by sme mohli prezentovať modelované úspory strát s distribúciou DC pre severské podnebie s – v priemere – nižšou ožiarenosťou,“ povedal výskumník Patrik Ollas.pv časopis. "Tiež účinok - a preukázaná nevyhnutnosť - PV a batériového skladovania na dosiahnutie úspor energie s jednosmerným prúdom."

Na analýzu denného a sezónneho výkonu týchto dvoch topológií vedci použili celoročný súbor údajov o využití záťaže, generovaní fotovoltaiky, charakteristikách účinnosti výkonových elektronických konvertorov (PEC) závislých od záťaže a skladovaní batérie. Zvažovali konfigurácie AC a DC pre budovu s južne orientovanou 3,6 kW solárnou a akumulačnou inštaláciou s uhlom sklonu 45 stupňov. Predpokladali, že budova má priestor a ohrev teplej úžitkovej vody cez tepelné čerpadlo zem.

"Individuálne merania boli získané pre nasledujúce spotrebiče: tepelné čerpadlo zem-voda, vetranie, vodné čerpadlá a výroba FV," uviedli vedci s tým, že ročná spotreba záťaže je 6 354 kWh, pričom FV generuje 3 113 kWh. "Táto štúdia bola vykonaná pre budovu viazanú na sieť; na interakciu so sieťou bol potrebný obojsmerný AC/DC konvertor."

Práca zvažovala štyri rôzne topológie systému: AC-230 VAC s účinnosťou závislou od zaťaženia, DC1-380 VDC s účinnosťou závislou od zaťaženia, DC2-380 VDC s pevnou účinnosťou meniča a DC3-380 a 20 VDC s účinnosťou závislou od zaťaženia.

„Do DC1 a DC2 bola pridaná úroveň podnapätia 20 V DC, aby napájala menšie záťaže a osvetlenie cez centrálny DC/DC menič,“ uviedol výskumný tím.

Zistili, že straty obojsmerného meniča sa výrazne líšia pri modelovaní s pevnou charakteristikou účinnosti a charakteristikou účinnosti závislou od zaťaženia. Zistili tiež, že jednosmerná topológia by mohla dosiahnuť úspory energie aj bez zahrnutia FV alebo batériového úložiska.

"Straty konvertora viazaného na sieť využívajúci prístup s konštantnou účinnosťou (DC2) boli o 34 percent nižšie ako straty v prípade implementácie účinnosti závislej od zaťaženia (DC1)," uviedli. "Hodnoty účinnosti systému príslušných systémov (AC a DC1-3) boli 95,3, 94,3, 95,8 a 93,7 percent."

Skupina dospela k záveru, že nastavenie DC nepredstavuje priaznivú možnosť z hľadiska zníženia strát bez zahrnutia FV a batériového systému.

"Vo vedeckejšom kontexte bola zdôraznená chyba pri používaní konštantnej účinnosti pre batériový aj výkonový elektronický prevodník," uzavrel Ollas. „Najvýraznejšie úspory sa dosiahli aj vtedy, keď sa fotovoltaická energia privádzala do záťaže priamo alebo prostredníctvom batériového úložiska. Uznávam, že distribúcia jednosmerného prúdu v budovách je okrajovou aplikáciou a nachádza sa v situácii, keď sa Niektoré konkrétne prípady by však mohli byť zaujímavé, napríklad interné DC siete s fotovoltaickou, batériovou a EV prepojením a kancelárske budovy s dobrou koreláciou medzi dopytom po fotovoltaickej energii a záťažou.“

Výskumníci prezentovali svoje zistenia v „Úsporách energetických strát pomocou distribúcie jednosmerného prúdu v obytnej budove so solárnou fotovoltaikou a batériovým úložiskom“, ktorá bola nedávno publikovaná v r.energie.