AC vs. DC u stambenim zgradama opremljenim solarno-plus-skladištenjem

Istraživači s Tehnološkog sveučilišta Chalmers u Švedskoj usporedili su potencijal uštede energije distribucijskih sustava izmjenične (AC) i istosmjerne (DC) struje za stambene zgrade opremljene fotonaponskim i baterijskim sustavima za pohranu. Konkretno, promatrali su mogu li DC postavke dovesti do nižih gubitaka energije.

"Jedan aspekt izveden iz rada je da bismo mogli predstaviti modelirane uštede gubitaka s distribucijom istosmjerne struje za nordijsku klimu s – u prosjeku – manjim ozračenjem", rekao je istraživač Patrik Ollaspv časopis. "Također, učinak – i dokazana nužnost – PV i skladištenja baterija za postizanje uštede energije s istosmjernom strujom."

Za svoju analizu dnevnih i sezonskih performansi dviju topologija, znanstvenici su koristili cjelogodišnji skup podataka o korištenju opterećenja, PV generaciji, karakteristikama učinkovitosti energetskih elektroničkih pretvarača (PEC) koje ovise o opterećenju i pohrani baterije. Razmotrili su konfiguracije izmjenične i istosmjerne struje za zgradu s južno orijentiranom instalacijom za solarno skladištenje od 3,6 kW pod kutom nagiba od 45 stupnjeva. Pretpostavili su da zgrada ima grijanje prostora i potrošne tople vode putem toplinske pumpe iz zemlje.

"Pojedinačna mjerenja dobivena su za sljedeće uređaje: toplinska pumpa zemlja-izvor, ventilacija, pumpe za vodu i fotonaponska proizvodnja", rekli su znanstvenici, napominjući da je godišnja potražnja za opterećenjem 6354 kWh, pri čemu fotonaponska energija proizvodi 3113 kWh. "Ova je studija provedena za zgradu povezanu s mrežom; za interakciju s mrežom bio je potreban dvosmjerni AC/DC pretvarač."

Rad je razmatrao četiri različite topologije sustava: AC—230 VAC s učinkovitošću ovisnom o opterećenju, DC1—380 VDC s učinkovitošću ovisnom o opterećenju, DC2—380 VDC s fiksnom učinkovitošću pretvarača i DC3—380 i 20 VDC s učinkovitošću ovisnom o opterećenju.

"Podnaponska razina od 20 VDC dodana je DC1 i DC2 za napajanje manjih opterećenja i rasvjete kroz središnji DC/DC pretvarač", rekao je istraživački tim.

Otkrili su da se gubici dvosmjernog pretvarača značajno razlikuju kada se modeliraju s fiksnim karakteristikama učinkovitosti koje ovise o opterećenju. Također su otkrili da DC topologija može postići uštedu energije čak i bez uključivanja PV ili baterijskog skladištenja.

"Gubici mrežno vezanog pretvarača koji koristi pristup konstantne učinkovitosti (DC2) bili su 34 posto niži od onih u slučaju primjene učinkovitosti ovisne o opterećenju (DC1)", rekli su. "Vrijednosti učinkovitosti sustava odgovarajućih sustava (AC i DC1−3) bile su 95,3, 94,3, 95,8 i 93,7 posto, respektivno."

Skupina je zaključila da istosmjerna postavka ne predstavlja povoljnu opciju u smislu smanjenja gubitaka bez uključivanja PV i baterijskog sustava.

"U više znanstvenom kontekstu, istaknuta je pogreška korištenja konstantne učinkovitosti za bateriju i energetski elektronički pretvarač", zaključio je Ollas. "Također, najveće uštede ostvarene su kada se fotonaponska energija dovodila do potrošača izravno ili putem akumulatora. Prihvaćam da je distribucija istosmjerne struje u zgradama nišna primjena i da je uhvaćena u Catch-22 situaciju u vezi s opskrbom proizvoda i potražnje. Međutim, neki bi posebni slučajevi mogli biti zanimljivi za to, na primjer interne istosmjerne mreže s PV, baterijom i EV spojnicom i uredske zgrade s dobrom korelacijom između PV i potražnje za opterećenjem."

Istraživači su predstavili svoje nalaze u "Energy Loss Savings Using Direct Current Distribution in a Residential Building with Solar Photovoltaic and Battery Storage", koji je nedavno objavljen uEnergije.