AC vs. DC i boligbygg utstyrt med solenergi-pluss-lagring

Forskere fra Chalmers tekniska högskola i Sverige har sammenlignet energisparepotensialet til distribusjonssystemer for vekselstrøm (AC) og likestrøm (DC) for boligbygg utstyrt med PV- og batterilagringssystemer. Spesielt så de på om DC-oppsett kunne føre til lavere energitap.

"Et aspekt utledet av arbeidet er at vi kunne presentere modellerte tapsbesparelser med DC-distribusjon for et nordisk klima med - i gjennomsnitt - lavere innstråling," sa forsker Patrik Ollaspv magasin. "Også effekten – og bevist nødvendighet – av PV og batterilagring for å oppnå energibesparelser med DC."

For sin analyse av den daglige og sesongmessige ytelsen til de to topologiene, brukte forskerne et helårs datasett med belastningsbruk, PV-generering, belastningsavhengige effektivitetsegenskaper til kraftelektroniske omformere (PEC) og batterilagring. De vurderte AC- og DC-konfigurasjoner for en bygning med en sørorientert 3,6 kW solenergi-pluss-lagringsinstallasjon med en tiltvinkel på 45 grader. De antok at bygningen hadde plass og oppvarming av varmtvann til husholdningsbruk via en bergvarmepumpe.

"Individuelle målinger ble oppnådd for følgende apparater: bakkevarmepumpe, ventilasjon, vannpumper og PV-generering," sa forskerne og la merke til at det årlige belastningsbehovet er 6 354 kWh, med PV som genererer 3 113 kWh. "Denne studien ble utført for en nettbundet bygning; en toveis AC/DC-omformer var nødvendig for nettinteraksjon."

Arbeidet tok for seg fire forskjellige systemtopologier: AC—230 VAC med lastavhengig effektivitet, DC1—380 VDC med lastavhengig effektivitet, DC2—380 VDC med fast omformereffektivitet, og DC3—380 og 20 VDC med lastavhengig effektivitet.

"Et 20 VDC underspenningsnivå ble lagt til DC1 og DC2 for å forsyne de mindre belastningene og belysningen gjennom en sentral DC/DC-omformer," sa forskerteamet.

De fant at de toveis omformertapene varierer betydelig når de er modellert med faste og lastavhengige effektivitetsegenskaper. De fant også at DC-topologien kunne oppnå energibesparelser selv uten inkludering av PV eller batterilagring.

"Tapene til den nettbundne omformeren ved bruk av en konstant effektivitetstilnærming (DC2) var 34 prosent lavere enn de i tilfellet med implementering av lastavhengig effektivitet (DC1)," sa de. "Systemeffektivitetsverdiene til de respektive systemene (AC og DC1−3) var henholdsvis 95,3, 94,3, 95,8 og 93,7 prosent."

Gruppen konkluderte med at DC-oppsettet ikke ga et gunstig alternativ når det gjelder tapsreduksjon uten inkludering av et PV- og batterisystem.

"I en mer vitenskapelig kontekst ble det feilaktige ved å bruke konstant effektivitet for både batteri og kraftelektronisk omformer fremhevet," konkluderte Ollas. "De største besparelsene ble også oppnådd når PV-strøm ble matet til belastningene direkte eller via batterilagringen. Jeg erkjenner at DC-distribusjon i bygninger er en nisjeapplikasjon og er fanget i en Catch-22-situasjon med hensyn til levering av produkter og etterspørsel. Noen spesielle tilfeller kan imidlertid være interessante for dette, for eksempel interne DC-nett med PV, batteri og EV-kobling og kontorbygg med god korrelasjon mellom PV og lastbehov."

Forskerne presenterte funnene sine i «Energy Loss Savings Using Direct Current Distribution in a Residential Building with Solar Photovoltaic and Battery Storage», som nylig ble publisert iEnergier.