Nový systém – fotovoltaický tepelný panel (PVT), vyvinutý vědci v Malajsii, je založený na materiálu s fázovou změnou s nanočásticemi (Nano-PCM) a na stočených absorpčních trubicích. Systém se skládá z fotovoltaického modulu o výkonu 30 W, absorpčních trubiček. Ty jsou připevněné k zadní straně panelu pomocí zesíleného silikonového lepidla a nádoby PCM.
PVT prototyp z univerzity v Malajsii
Vědci z Výzkumného ústavu solární energie (SERI) na univerzitě Kebangsaan Malaysia navrhli prototyp fotovoltaického tepelného systému (PVT). Tento systém je založený na materiálu s fázovou změnou s nanočásticemi (Nano-PCM) a na stočených absorpčních trubicích.
Hlavním cílem jejich práce bylo posoudit náklady na absorpční trubice. Dalšími cíli byl výběr pracovní kapaliny a využití Nano-PCM ve snaze prozkoumat ekonomickou životaschopnost systému.
„Ekonomická praktičnost PVT kolektorů závisí na jejich schopnosti zachycovat sluneční energii a zároveň zůstat nákladově efektivní a účinný,“ řekl časopisu pv odpovídající autor výzkumu Adnan Ibrahim. „V našem šetření důkladně analyzujeme roční náklady (AC) a roční zisk energie (AEG) PVT kolektorů. Jako klíčový ukazatel nákladů a přínosů používáme poměr AC/AEG.“
PCM materiály a jejich vlastnosti
PCM jsou materiály, které mohou absorbovat, ukládat a uvolňovat velké množství latentního tepla v definovaných teplotních rozmezích. Často se používají na výzkumné úrovni pro chlazení fotovoltaických modulů a skladování tepla.
Pro vytvoření Nano-PCM vědci zkombinovali nanotekutinu na bázi nanočástic karbidu křemíku (SiC) s vodou a parafínem. „Objemové podíly nanokapalin byly 0,3 %, resp. 0,6 % a nano-PCM měl objemový podíl 1 %.“ Poté dodali, že SiC nabízí vysokou tepelnou vodivost, nízkou cenu a stabilitu.
Systém PVT a výsledky testování
Fotovoltaický tepelný panel se skládá z fotovoltaického modulu o výkonu 30 W a rozměrech 64 cm x 30 cm. Dále z absorpčních trubic připevněných k zadní straně panelu pomocí vylepšeného silikonového lepidla a nádoby s nano-PCM, která trubice obklopuje. Součástí sestavy je také nádrž na kapalinu, výměník tepla, čerpadla a chladicí jednotka.
Skupina testovala systémy s různými konfiguracemi absorbérů a pracovní kapaliny při pokojové teplotě 25 °C, teplotě pracovní kapaliny 20 °C a úrovni slunečního záření 800 W/m2. Zjistila, že panel má povrchovou teplotu 77,59 °C, účinnost fotovoltaiky přibližně 7 % a hmotnostní průtok v rozmezí 0,008 až 0,04 kg/s.
Vyšší účinnost
„Tepelná účinnost se zvýšila o 12 % při zvýšení průtoku z 0,008 na 0,04 kg/s při použití kruhové trubice a o přibližně 13,5 % při použití stočené trubice,“ uvedli akademici. „Toto zlepšení přičítáme zvýšenému součiniteli konvekčního přestupu tepla. Vedlo to totiž k vyšší rychlosti přestupu tepla mezi fotovoltaickým panelem a absorpčními trubicemi.“
Zjistili také, že použití stočené trubice výrazně snížilo teplotu fotovoltaické jednotky a že prototyp s 0,6% koncentrací SiC dosáhl tepelné a fotovoltaické účinnosti 84,74 %, resp. 9,61 %.
„Zaměřujeme se především na optimalizaci využití tepelné a elektrické energie ze solárních zdrojů,“ vysvětlil Ibrahim. „Zajímavé je, že poměr AC/AEG standardního fotovoltaického panelu byl 0,0982 USD/kWh. Nejslibnější výsledky však zaznamenali u konfigurace zahrnující nanotekutiny, stočené absorpční trubice a nano-PCM, která dosáhla působivého poměru AC/AEG 0,0485 USD/kWh.“
„Náš výzkum vrhá cenné světlo na potenciál systémů PVT a podtrhuje jejich roli jako přesvědčivé cesty pro řešení udržitelné energie“.
Krok za krokem
Vědci představili systém v článku „Nanofluid-based photovoltaic thermal solar collector with nanoparticle-enhanced phase change material (Nano-PCM) and twisted absorber tubes“, publikovaném v časopise Case Studies in Thermal Engineering.
„Další možnosti výzkumu v této oblasti zahrnují využití stočené pásky ve stočených absorpčních trubicích s PVT pro zvýšení výkonu, zkoumání zvýšených koeficientů konvekčního přestupu tepla a zkoumání použití stočených trubic v jiných konstrukcích absorpčních trubic pro potenciálně lepší výsledky,“ uvedli s odkazem na budoucí směry, kterými by se měl jejich výzkum ubírat.
Další výzkumné skupiny na Universiti Kebangsaan Malaysia nedávno navrhly bifaciální fotovoltaickotermický (PVT) panel. Ten využívá jako chladicí médium kruhové trysky, fotovoltaickotermický systém založený na chlazení PCM, víceúrovňové lamelové chladiče pro chlazení solárních modulů a pasivní technologii chlazení solárních modulů založenou na lamelových chladičích.
Zdroje: pv-magazine, TowPoint
