Indičtí vědci postavili experimentální fotovoltaický systém spojený s termoelektrickým generátorem využívajícím grafit jako rozptylovač tepla. Systém na bázi grafitu dosáhl vyššího výkonu a teplotního gradientu než referenční systém bez odvodu tepla.
Výzkumníci z indického Vellore Institute of Technology vyvinuli experimentální systém, který spojuje FV s termoelektrickým generátorem (TEG) a grafitovou fólií jako prvkem pro rozptyl tepla.
TEG mohou přeměňovat teplo na elektřinu prostřednictvím „Seebeckova efektu“, ke kterému dochází, když teplotní rozdíl mezi dvěma různými polovodiči vytváří rozdíl napětí mezi dvěma látkami. Zařízení se běžně používají pro průmyslové aplikace k přeměně přebytečného tepla na elektřinu. Jejich vysoké náklady a omezený výkon však dosud omezovaly jejich přijetí v širším měřítku.
,,Základním účelem tohoto výzkumu se jeví integrovat PV-TEG s grafitem jako rozptylovačem tepla,“ vysvětlili akademici. „TEG přeměňuje přebytečné teplo na elektřinu, zatímco grafit zvyšuje rozptyl tepla a teplotní rozdíl. Proto se pro studium tohoto přístupu testovala a kontrolována zadní strana FV panelu s nízkou spotřebou přilepená TEG-grafitovou fólií.“
TEG část experimentálního uspořádání se skládá z párů typu n a typu p, generujících elektrické napětí s teplotními rozdíly. Sestava zahrnovala 150 W monokrystalický křemíkový fotovoltaický panel o rozměrech 1 135 mm × 665 mm s účinností 18 %. Pomocí tepelně vodivého lepidla pak vědci přilepili 186 komerčně dostupných TEG článků k zadní části FV modulu. Každý TEG se skládá ze dvou keramických vrstev 0,5 mm a 2 mm.
Termoelektrický generátor (TEG) sloužící k přeměně tepla na elektřinu
Akademici testovali nastavení proti referenčnímu systému sestávajícímu z grafitové desky jako prvku pro odvod tepla. Grafitová deska o tloušťce 0,05 mm se přilepila za použití stejného lepidla na stranu TEG odvádějící teplo.
„Významná odolnost grafitového plechu vůči teplu a jeho spolehlivost přispívají k možné delší životnosti a vyššímu výkonu,“ vysvětlila výzkumná skupina. „Je to nákladově efektivní, protože to může pomoci zefektivnit některé stávající postupy. Přestože se grafit jeví jako mnohem lehčí materiál, jeho vodivost se stává srovnatelná s mědí.“
Akademici provedli měření systémů na střeše v průměrném intervalu 48 minut při slunečním záření 425,1 W/m2. „Výkon TEG závisí na teplotním gradientu mezi zadní stranou FV panelu a studenou stranou TEG,“ vysvětlili. „Cílem grafitové desky je zvýšit rychlost odvodu tepla ze studené strany TEG. Kumulativní výstup pro tento případ je tedy takový, že TEG-grafit stoupá.“
Testováním zjistili, že maximální výkon systému bez výstupu grafitové desky byl 10,871 V, s teplotním gradientem 4,567 °C. To je třeba porovnat s maximálním výkonem 13,515 V, s teplotním gradientem 6,682 °C, při použití grafitového listu. Zjistili také, že teplota na grafitové straně byla 31,255 °C, zatímco na opačné straně TEG to bylo 37,937 °C.
„Obecně se odhaduje, že špičková zářivost v létě přesahuje 900 W/m2, což následně způsobuje zvýšení teplotního gradientu,“ dodali. „Je tedy pravděpodobnější, že stejný systém PV-TEG může poskytnout relativně vyšší výstupní napětí. V tomto případě je teoretický odhad nárůstu napětí modulu TEG 24 V, což se rovná napětí FV panelu.
Jejich výsledky byly prezentovány v „Experimentální studii fotovoltaicko-termoelektrického generátoru s grafitovým plechem“, publikované v Case Studies in Thermal Engineering.
Zdroj: pv-magazine, TowPoint
