AC vs. DC în clădiri rezidențiale echipate cu solar-plus-depozitare

Cercetătorii de la Universitatea de Tehnologie Chalmers din Suedia au comparat potențialul de economisire a energiei al sistemelor de distribuție cu curent alternativ (AC) și curent continuu (DC) pentru clădirile rezidențiale echipate cu sisteme fotovoltaice și de stocare a bateriilor. În special, au analizat dacă setările de curent continuu ar putea duce la pierderi mai mici de energie.

„Un aspect derivat din studiu este că am putea prezenta economii de pierderi modelate cu distribuția DC pentru un climat nordic cu – în medie – iradiere mai mică”, a spus cercetătorul Patrik Ollas.revista pv. „De asemenea, efectul – și necesitatea dovedită – al stocării fotovoltaice și a bateriilor pentru realizarea de economii de energie cu curent continuu.”

Pentru analiza performanței zilnice și sezoniere a celor două topologii, oamenii de știință au folosit un set de date pentru un an întreg despre utilizarea sarcinii, generarea PV, caracteristicile de eficiență dependente de sarcină ale convertoarelor electronice de putere (PEC) și stocarea bateriei. Ei au luat în considerare configurațiile AC și DC pentru o clădire cu o instalație de 3,6 kW solar-plus-stocare orientată spre sud la un unghi de înclinare de 45 de grade. Ei au presupus că clădirea avea spațiu și încălzire cu apă caldă menajeră printr-o pompă de căldură din sol.

„S-au obținut măsurători individuale pentru următoarele aparate: pompă de căldură terestră, ventilație, pompe de apă și generare fotovoltaică”, au spus oamenii de știință, menționând că cererea anuală de sarcină este de 6.354 kWh, cu PV generând 3.113 kWh. „Acest studiu a fost realizat pentru o clădire conectată la rețea; a fost necesar un convertor bidirecțional AC/DC pentru interacțiunea cu rețea.”

Lucrarea a luat în considerare patru topologii diferite de sistem: AC—230 VAC cu eficiență dependentă de sarcină, DC1—380 VDC cu eficiență dependentă de sarcină, DC2—380 VDC cu eficiență fixă ​​a convertorului și DC3—380 și 20 VDC cu eficiență dependentă de sarcină.

„Un nivel de subtensiune de 20 VDC a fost adăugat la DC1 și DC2 pentru a alimenta sarcinile mai mici și iluminarea printr-un convertor central DC/DC”, a spus echipa de cercetare.

Ei au descoperit că pierderile convertoarelor bidirecționale diferă semnificativ atunci când sunt modelate cu caracteristici de eficiență fixe și dependente de sarcină. De asemenea, au descoperit că topologia DC ar putea realiza economii de energie chiar și fără includerea PV sau stocarea bateriei.

„Pierderile convertorului legat de rețea folosind o abordare a eficienței constante (DC2) au fost cu 34% mai mici decât cele în cazul implementării eficienței dependente de sarcină (DC1)”, au spus aceștia. „Valorile de eficiență ale sistemelor respective (AC și DC1−3) au fost 95,3, 94,3, 95,8 și, respectiv, 93,7 la sută.”

Grupul a concluzionat că configurația DC nu prezenta o opțiune favorabilă în ceea ce privește reducerea pierderilor fără includerea unui sistem fotovoltaic și a bateriei.

„Într-un context mai științific, a fost evidențiată eroarea folosirii eficiențelor constante atât pentru baterie, cât și pentru convertorul electronic de putere”, a conchis Ollas. „De asemenea, cele mai semnificative economii au fost obținute atunci când energia fotovoltaică a fost alimentată la sarcini direct sau prin stocarea bateriei. Recunosc că distribuția DC în clădiri este o aplicație de nișă și este prinsă într-o situație Catch-22 în ceea ce privește furnizarea de produse și cerere. Cu toate acestea, unele cazuri particulare ar putea fi interesante pentru acest lucru, de exemplu, rețelele interne de curent continuu cu cuplare PV, baterii și EV și clădiri de birouri cu o bună corelație între PV și cererea de sarcină."

Cercetătorii și-au prezentat concluziile în „Energy Loss Savings Using Direct Current Distribution in a Residential Building with Solar Photovoltaic and Battery Storage”, care a fost publicat recent înEnergiile.