Ohjausjärjestelmien vaikutus aurinkosähkön hyödyntämiseen kiinteistökokoluokan maalämpölaitteistossa

Abstract

Tämän työn tavoitteena oli selvittää, kuinka suuri vaikutus eri ohjaustavoilla voidaan saavuttaa muilta osin identtisessä maalämpöpumppulaitoksessa. Työssä tarkasteltiin kymmenen huoneiston rivitaloyhtiön maalämpöjärjestelmän käyttövesivaraajien lämmityksen ohjaustapojen muutoksen vaikutusta itse tuotetun aurinkosähkön omakäytön osuuteen ja verkosta ostetun sähkön kulutukseen. Aihe on sosioekonomisesti tärkeä lämmitysalan sähköistyessä ja samalla lisääntyvän uusiutuvan sähkön tuotannon vuoksi. Useita uusiutuvia energialähteitä erottaa tarveohjattuun, esimerkiksi polttamalla tuotettuun tai muuhun lauhdevoimaan verrattuna energian tuotannon epätasaisuus.

Työssä simuloitiin todellisen kohteen maalämpölaitteiston kulutustietoihin perustuen kohteen käyttövesivaraajien latausta erilaisten ohjaustapojen perusteella. Tätä varten kohteeseen mitoitettiin aurinkosähköjärjestelmä kaupallisen toimijan mitoitustyökalua hyödyntäen. Työkalusta saatua aurinkovoimalan tuotantotiedot sisältävää tiedostoa hyödynnettiin yhdistämällä se kohteesta kerättyjen todellisten kulutustietojen kanssa. Näiden perusteella koodattiin simulointi sekä lämpötilan mukaan ohjatulle käyttövesivaraajien ohjaukselle että myös aurinkosähkön tuotannon mukaan ohjautuvalle järjestelmälle. Työssä keskityttiin ohjauksen vaikutukseen aurinkosähkön omakäytön lisäämisessä.

Työn tuloksena todettiin, että muutoin identtisessä järjestelmässä pelkän ohjaustavan muutos voi olla merkittävä. Aurinkosähkön omakäytön osuus oli aurinkosähkön tuotannon mukaan ohjatussa järjestelmässä 74 prosenttia lämpötilaohjattua järjestelmää suurempi. Lisäksi sama järjestelmä mahdollistaa osallistumisen lyhyen aikavälin kulutusjoustoon ja pörssisähkömarkkinaan ilman merkittäviä lisäinvestointeja.

The aim of this thesis was to measure the effect of different control methods to utility scale heat pump assisted solar PV system. The object of this study was ten-apartment row house. The effect of control methods of domestic water heating was monitored by the means of PV self-consumption and purchased grid energy. The subject is socio-economically important because of the electrification of Finnish energy system and by the means of increasing renewable energy production. Many renewable energy sources as solar or wind power are unstable compared to for example condensing power plants or run of river. Therefore, it is important to create flexible demand response, which can adapt to the variable production of renewable energy sources.

In the thesis simulation was made based on real site consumption data. Commercial software was used to create base file which was supplemented with initial data to be run with Python code and imported to MS-Excel where the analysis were the analysis and charts were made. Two systems were simulated. The reference one with solar panel system and DHW heating based by hysteresis of temperature only. The other system used active solar production-based heating control. The focus was to increase the solar self-consumption by the means of control systems.

As a result, to this thesis, the self-consumption with the actively controlled heating system was 74 percents higher than with only hysteresis-controlled system. On top of that the same system could be used to demand response at electricity market or use some other value for example weather forecast or electricity price as controlling variable.