AC versus. DC in Woongebouwen Voorzien van Solar-plus-opslag

Onderzoekers van Chalmers University of Technology in Zweden hebben het energiebesparingspotentieel vergeleken van distributiesystemen voor wisselstroom (AC) en gelijkstroom (DC) voor woongebouwen die zijn uitgerust met PV- en batterijopslagsystemen. Er werd met name gekeken of DC-opstellingen tot lagere energieverliezen konden leiden.

"Een aspect dat uit het werk is afgeleid, is dat we gemodelleerde verliesbesparingen met DC-distributie kunnen presenteren voor een Scandinavisch klimaat met - gemiddeld - lagere instraling", vertelde onderzoeker Patrik Ollas.pv tijdschrift. "Ook het effect – en bewezen noodzaak – van PV- en batterijopslag voor het realiseren van energiebesparing met DC."

Voor hun analyse van de dagelijkse en seizoensgebonden prestaties van de twee topologieën, gebruikten de wetenschappers een dataset voor het hele jaar van belastinggebruik, PV-opwekking, belastingafhankelijke efficiëntiekarakteristieken van vermogenselektronische omvormers (PEC's) en batterijopslag. Ze dachten na over AC- en DC-configuraties voor een gebouw met een zuidgerichte 3,6 kW zon-plus-opslaginstallatie met een hellingshoek van 45 graden. Ze gingen ervan uit dat het gebouw beschikte over verwarming van ruimte en warm tapwater via een aardwarmtepomp.

"Individuele metingen werden verkregen voor de volgende apparaten: aardwarmtepomp, ventilatie, waterpompen en PV-opwekking", aldus de wetenschappers, waarbij ze opmerkten dat de jaarlijkse belastingvraag 6.354 kWh is, met een PV-opwekking van 3.113 kWh. "Deze studie is uitgevoerd voor een netgekoppeld gebouw; een bidirectionele AC / DC-converter was nodig voor netinteractie."

Het werk omvatte vier verschillende systeemtopologieën: AC - 230 VAC met belastingafhankelijke efficiëntie, DC1 - 380 VDC met belastingafhankelijke efficiëntie, DC2 - 380 VDC met vaste omvormerefficiëntie en DC3 - 380 en 20 VDC met belastingafhankelijke efficiëntie.

"Er is een subspanningsniveau van 20 VDC toegevoegd aan DC1 en DC2 om de kleinere belastingen en verlichting te voeden via een centrale DC/DC-converter", aldus het onderzoeksteam.

Ze ontdekten dat de bidirectionele converterverliezen aanzienlijk verschillen wanneer ze worden gemodelleerd met vaste en belastingafhankelijke efficiëntiekenmerken. Ze ontdekten ook dat de DC-topologie energiebesparingen kan opleveren, zelfs zonder de toevoeging van PV- of batterijopslag.

"De verliezen van de netgekoppelde omvormer met een constante efficiëntiebenadering (DC2) waren 34 procent lager dan die in het geval dat belastingafhankelijke efficiëntie (DC1) werd geïmplementeerd", zeiden ze. "De systeemefficiëntiewaarden van de respectieve systemen (AC en DC1−3) waren respectievelijk 95,3, 94,3, 95,8 en 93,7 procent."

De groep concludeerde dat de DC-opstelling geen gunstige optie bood in termen van verliesvermindering zonder de opname van een PV- en batterijsysteem.

"In een meer wetenschappelijke context werd de onjuistheid van het gebruik van constante efficiënties voor zowel de batterij als de vermogenselektronische omzetter benadrukt", concludeerde Ollas. "Bovendien werden de grootste besparingen behaald wanneer PV-stroom rechtstreeks of via de batterijopslag aan de belastingen werd toegevoerd. Ik erken dat DC-distributie in gebouwen een nichetoepassing is en gevangen zit in een Catch-22-situatie met betrekking tot de levering van producten en vraag. Sommige specifieke gevallen kunnen hiervoor echter interessant zijn, bijvoorbeeld interne gelijkstroomnetten met PV-, batterij- en EV-koppeling en kantoorgebouwen met een goede correlatie tussen PV en vraag naar belasting."

De onderzoekers presenteerden hun bevindingen in "Energy Loss Savings Using Direct Current Distribution in a Residential Building with Solar Photovoltaic and Battery Storage", dat onlangs werd gepubliceerd inEnergieën.