لقد قام باحثون في معهد الأبحاث فراونهوفر (Fraunhofer ISE) في ألمانيا بدراسة كيفية إدماج منظومة ألواح شمسية مركبة على سطح منزلي مع مضخة حرارية منزلية. وذلك بإضافة نظام تحكم للمضخة الحرارية على أساس الشبكة الذكية (SG-Ready heat pump) في منزل في مدينة فرايبورغ الألمانية.
الهدف الرئيسي من هذه الدراسة هو زيادة الاستهلاك الكهربائي الذاتي من منظومة الطاقة الشميسة وبالتالي تخفيف استهلاك الكهرباء من الشبكة العامة وعليه تخفيض تكلفة فواتير الكهرباء.
القدرة الكهربائية للمضخة الحرارية المستخدمة في الدراسة البحثية هي 13.9 كيلووات موصولة مع خزان مياه لغرض التدفئة و آخر لتأمين المياه الساخنة للاستهلاك المنزلي.
الألواح الشمسية للمنظومة الشمسية موجهة جنوباً بزاوية ميل 30 درجة, لهذه الألواح قدرة أعظمية بمقدار 12.3 كيلووات وبمساحة تغطي 60 م^2. البطارية المستخدمة سعتها 11.7 كيلووات ساعي وعاكس كهربائي (Inverter) بقدرة 12 كيلووات.
مساحة المنزل عبارة عن 256 م^2 واستهلاك حراري سنوي بمقدار 84.3 كيلووات ساعي للمتر المربع الواحد.
هذه المنظومة الذكية تعمل بالشكل الآتي: يتم توزيع الطاقة الموَلّدة من الألواح الكهروضوئية على الأحمال المنزلية لتلبية الاستهلاك المنزلي, في حال وجود فائض من الطاقة المولّدة من الألواح يتم شحن البطارية المنزلية. في حال أن الطاقة الناتجة عن الألواح الكهروضوئية غير كافية لتلبية الحاجة المنزلية يتم استهلاك النقص من الشبكة الكهربائية العامة.
عندما يكون الاستهلاك المنزلي طفيف والبطارية ممتلئة أو يتم شحنها بالطاقة الأعظمية وهناك فائض من الطاقة المولّدة من الألواح, عندها يتم توجيه هذا الفائض من الطاقة لتفعيل المضخة الحرارية والتي بدورها تقوم بتسخين المياه لغرض التدفئة أو الاستهلاك المنزلي. يتم إلغاء تفعيل المضخة الحرارية إذا كانت القدرة المولّدة من الألواح أقل من الاستهلاك المنزلي بشكل مستمر لفترة زمنية وقدرها 10 دقائق أو أكثر.
في هذه الدراسة البحثية تم جمع البيانات بدقة زمنية وقدرها دقيقة واحدة خلال الفترة ابتداءاً من كانون الثاني/يناير حتى كانون الأول/ديسمبر من عام 2022, هذه البيانات أظهرت أن استخدام نظام تحكم الشبكة الذكية للمضخة الكهربائية قد زاد من درجة الحرارة المزودة من المضخة بمعدل 4.1 كيلفن لتسخين مياه الاستهلاك المنزلي. كما تم التأكيد أن الاستهلاك الكهربائي الذاتي ارتفع إلى نسبة 42.9 % خلال هذه السنة وبالتالي فوائد مالية أكثر لأصحاب المنزل.
الجدير بالذكر أن 36% من استهلاك المضخة الحرارية خلال هذه السنة تم تزويده من الألواح الشمسية والبطارية.
المصدر: PV Magazine
