Исследователи из финского Технологического университета Лаппеэнранта разработали и протестировали четыре метода нагрева бытовой воды с применением геотермальных тепловых насосов и фотоэлектрических установок для скандинавского климата.
Для экспериментов создали две системы. Первая конфигурация состояла из грунтового теплового насоса F1255-12 R EM мощностью 12 кВт от британской компании Nibe Energy Systems Limited и солнечных панелей общей мощностью 21 кВт, ориентированных на восток, юг и запад. В основу второго варианта легли такой же тепловой насос и фотосистема на 5 кВт, размещенная на южной стороне. Обе установки включали 500-литровый резервуар для воды.
Во всех случаях предполагалось, что система используется семьей из четырех человек, расходующей 200 л горячей воды в сутки. Ее нужно нагревать с 10 до 60 °C, что соответствует потреблению 11,64 кВт•ч энергии. Установка из солнечных панелей и теплового насоса работает с 8:00 до 20:00, причем электричество, вырабатываемое за счет солнца, тратится в первую очередь на удовлетворение основных потребностей домохозяйства и только после этого идет на нагрев.
По первому, базовому, методу воду нагревали с 45 до 55 °C дважды в сутки. Во втором режиме, получившем название «контроль времени», установки запускали один раз в середине дня, когда производительность солнечных батарей максимальна, повышая температуру с 45 до 65 °C.
Третий способ, «оптимальный по энергии», предусматривал достижение наивысшей эффективности теплового насоса при постоянном поддерживание в резервуаре 45 °C. Четвертый вариант, «рентабельный», был направлен на минимизацию затрат за счет использования дешевой электроэнергии из сети. Воду нагревали один раз с 45 до 64 °C, время функционирования системы определяли с учетом КПД теплового насоса, потребности в горячей воде, эффективности солнечных батарей и цен на сетевое электричество.
Наблюдения, проводившееся с июня по сентябрь 2020 года, показали, что последняя методика наиболее выгодна при использовании фотоэлектрической установки на 5 кВт. Для 21-киловаттной системы предпочтительнее подход с контролем времени.