Solenergi i kombination med värmepumpar ger en minskad återbetalningstid, högre årsvärmefaktor och mindre elförbrukning

Måndagen den 9 oktober disputerar Stefano Poppi vid Högskolan Dalarna med sin avhandling ”Solar heat pump systems for heating applications - Analysis of system performance and possible solutions for improving system performance” på Kungliga tekniska högskolan, Stockholm.

Solvärmesystem kan användas för att leverera termisk värme direkt till värmelasten och/eller som värmekälla till värmepumpen, medan solceller tillhandahåller el till systemet. Solvärmepumpsystem (SHP) är system som kombinerar solenergi och värmepumpar.

- I denna avhandling behandlas solvärme och solceller i kombination med värmepumpar med ett fokus på solvärmesystem i "parallell" konfiguration med värmepumpsystemet vilket innebär att solvärme används direkt för att täcka värmelasten i systemet, säger Stefano Poppi.

Stefano har i sin avhandling undersökt de tekniska-ekonomiska förutsättningarna för solvärme och solcellssystem i kombination med värmepumpsystem och kostnadseffektiva lösningar för att förbättra årsvärmefaktor (SPF) hos ett kombinerat solvärme- och värmepumpsystem jämfört med ett referenssystem. I avhandlingen presenteras en systematisk metod för att analysera systemförbättringar. Effekten av dessa förbättringar på systemets prestanda i referenssystemet utvärderades med hjälp av modellering och simulering.

En ekonomisk jämförelse, baserat på den tillgängliga litteraturen, visar på en tydlig trend där ökande solresurser med minskat antal graddagar ger en minskad återbetalningstid för solenergi i kombination med värmepumpar.

- Resultatet kan emellertid variera väsentligt beroende på lokala regelverk för mätning och avräkning av el. Simuleringsresultat för referenssystemet med solvärme och värmepump i två centrala europeiska klimat bekräftar den allmänna tendensen för variation av återbetalningstiden med ökad solstrålning. Det framkommer även att återbetalningstiden för referenssystemet blir betydligt längre om solfångarens area ökas, säger Stefano.

Undersökningen av kostnadseffektiva lösningar för att förbättra referenssystemets prestanda visar att kostnadseffektiviteten beror väsentligt på lokalt klimat och värmelast (randvillkoren) liksom på antaganden om kostnader varför generella slutsatser är svåra att dra.

- För klimat som i Carcassonne och Zürich med två husstandarder med specifikt värmebehov som varierar från 23 till 123 kWh/m2 visade sig konfigurationen med "fyra anslutningsrör" vara mer kostnadseffektivt för system som arbetar med relativt låg temperatur såsom 35/30°C i värmedistributionssystemet som golvvärme jämfört med system med traditionella radiatorer med temperaturer 55/45°C.

- En värmepump med s.k. "vapor injection" har visat sig vara intressant, speciellt för att leverera värme vid höga temperaturer för varmvattenberedning och radiatorer. Trots att varvtalsreglerade kompressorer är mycket vanlig och är i dag högsta teknikstandard för värmepumpsystem med luft som värmekälla är det inte alltid ekonomiskt motiverat, avslutar Stefano

Avhandlingen avslutas med en kostnadseffektivitetsanalys för ett nytt solvärme- och värmepumpsystem, designat för hustypen med högre specifikt värmebehov (123 kWh/m2•år) med radiatorer i Zürichs klimat. För de givna värmelastera (randvillkoren) har det nya systemet 14 % (relativ förändring) högre årsvärmefaktor (SPF) jämfört med referenssystemet och använder betydlig mindre el (> 1230 kWh/år). Vilket påvisar små kostnadsfördelar för det nya systemet jämfört med referenssystemet. Det nya systemet är dock mycket mer komplext än referenssystemet så det är en utmaning att få det mer kostnadseffektivt än referenssystemet inom de givna ekonomiska randvillkoren.

För mer information kontakta Stefano Poppi, 023-77 85 78, e-post: spo@du.se