スーパーマーケット向け太陽光発電冷暖房システム：持続可能なエネルギーソリューションの画期的進歩

中国の研究者チームが、太陽エネルギーと蓄電池を活用した革新的な冷暖房システムの開発に成功しました。この最先端技術は、商業ビル向けの持続可能なエネルギーソリューションにおける大きな前進となります。

このプロジェクトの科学者たちは、「本研究では、太陽光発電技術とエネルギー貯蔵機能を組み合わせた、商業スーパーマーケット向けの環境に優しい統合冷暖房システムを提案します。さらに、このシステムはコンプレッサーから発生する廃熱を回収して温水を生成します。この温水は、入浴、暖房、その他の実用的な用途など、様々な用途に利用できます」と説明しています。システムの潜在能力を総合的に評価するため、研究者たちは中国の様々な地域における熱力学的性能と炭素排出量を分析するシミュレーションを実施しました。

このシステムのユニークな点は、水冷式ガスクーラー（WC）と空冷式ガスクーラー（AC）をインテリジェントに統合していることです。さらに、スロットルバルブ（TV）、蒸発器、ウォーターポンプ、PVパネル、バッテリー、太陽光発電インバータ、太陽光発電コントローラといった必須コンポーネントも組み込まれています。このシステムは、1,866平方メートルのスーパーマーケットで動作するようにモデル化されており、コンプレッサーの過熱度を5℃に設定した状態で安定稼働する状態を想定しています。

提案されたシステム設計では、作動流体はまず蒸発器で蒸発し、その後圧縮機に送られて圧縮されます。圧縮によって生じた高温の作動流体は水冷式の凝縮器に流入し、そこで水道水に熱を伝達して高温に加熱します。加熱された水はその後、貯湯タンクに送り込まれ、家庭用給湯として利用できるようになります。

研究者らはシステムの動作についてさらに詳しく説明した。「作動流体は水冷式ガスクーラーで予備冷却された後、空冷式コンデンサーへと進み、そこで熱を大気中に放出します。その後、流体はさらに冷却され、絞り弁へと送られます。最後に、低温・低圧の作動流体は再び蒸発器に戻り、冷凍サイクルが完了します。」

システムの有効性を評価するため、研究者らは中国の主要5都市（ハルビン、北京、上海、昆明、広州）で数値シミュレーションを実施しました。また、太陽光発電設備とエアコンを設置せず、暖房はトイレのみに頼る基準システムとの結果を比較しました。

研究結果によると、「システムの成績係数（COP）は、吐出圧力の上昇に伴い最初は上昇し、その後低下し、最適吐出圧力でピーク値に達します。吐出圧力が8.13MPaに達すると、合計COPは最大7.34に達します。」さらに、この研究では、都市の緯度が高くなるにつれて、全体的な電力消費量が減少することが明らかになりました。ベースシステムと比較して、新システムはエネルギー使用量を61.8%から76.2%という驚異的な削減率を実現します。

分析では、都市の緯度とシステムからの排出量の間に明確な相関関係があることも示されました。全体として、この新システムの導入により、二酸化炭素排出量は51.3%から63.3%という大幅な削減が実現しました。研究者らは、「新システムは、排出圧力の低減においてベースラインシステムよりも優れた性能を発揮します。特に、周囲温度が高いほど、排出圧力の低減効果は大きくなります。周囲温度が40℃の場合、排出圧力は最大12.28%低減できます」と結論付けています。この革新的な太陽光発電駆動型冷暖房システムは、商業スーパーマーケットのエネルギー消費パターンに革命をもたらし、従来のシステムに代わる持続可能で効率的な代替手段となる可能性を秘めています。