Energetic and economical optimization of thermal and photovoltaic system of solar energy utilization in special hospital of the Rusanda spa

Abstract

In this paper are presented the results of optimization of thermal and photovoltaic system of solar energy utilization aimed to reduce CO2 emission by energy efficient and cost-effective replacing fossil fuel and electricity with solar energy for heating of water for different purposes (for pools sanitary water, washing) in the Special hospital of the Spa Rusanda -Melenci. Crucial for success of the study is understanding and prediction of solar water heating systems dynamic behaviour and synergetic relations between energy efficiency, solar radiation intensity stochastic changes, and sanitary water consumption dynamics. Prediction and analysis of relevant subsystems dynamics was basis for the optimisation of the TES - Thermal Energy Storage role within the system energy efficiency optimisation. In addition, the possible integration of the waste water heat utilization using heat-pump energy recovery system and reheating using heat pump powered by the solar PV electricity are analyzed. Although, the solar water heating has much higher efficiency (thermal - 4 to 5 times higher than PV) the evaluation of given new technical solution confirmed its high energy efficiency and cost effectiveness. Necessary alternative energy, during the periods when there is not enough solar radiation, can be efficiently provided concerning the possibility to cover nearly 80-90% of water heating needs, if water waste heat and TES are used as a heat pump source.

U radu su izloženi rezultati studije i idejnog projekta urađenog u okviru Programa obnovljivih izvora energije srpske Agencije za energetsku efikasnost - SEEA. Data su tehnička rešenja i optimizacija sistema toplotnog i fotonaponskog korišćenja energije sunčevog zračenja za grejanje vode za različite namene (bazene, sanitarnu vodu, pranje veša i kuhinja) u Specijalnoj bolnici Rusanda - Melenci, u cilju smanjenja emisije ugljen-dioksida. Pokazano je da se zamena fosilnih goriva i električne energije može uspešno ostvariti putem energetski efikasnog i ekonomičnog korišćenja sunčeve energije. Od posebne važnosti za postizanje željenog cilja je razumevanje i predviđanje dinamičkog ponašanja sistema za grejanje vode sunčevom energijom i sinergetskih veza energetske efikasnosti, dinamike promena intenziteta sunčevog zračenja i dinamike potrošnje tople vode. Analizirana je moguća integracija primene toplote otpadne vode primenom toplotne pumpe i sistema povraćaja toplote i daljeg dogrevanja toplotnom pumpom napajanom električnom energijom proizvedenom fotonaponskim sistemom. Iako sistem za grejanje vode sunčevom energijom ima veću efikasnost (toplotno pretvaranje je 4 do 5 puta veće od fotonaponskog), utvrđeno je da se primenom novog tehničkog rešenja (sprega povraćaja toplote, toplotne pumpe i fotonaponskog sistema) može postići efektivnost i ekonomičnost sistema primene fotonaponskog pretvaranja potpuno uporedivog reda veličine sa toplotnim pretvaranjem sunčeve energije.