Britští vědci navrhli způsob, jak spojit fotovoltaicko-tepelnou energii se Stirlingovými motory a bateriovým úložištěm v obytných budovách. Navzdory vysokým počátečním nákladům uvedli, že nákladově efektivní hybridní kogenerační systém by mohl výrazně snížit emise CO2.
Vědci z Durhamské univerzity ve Spojeném království vyvinuli hybridní kogenerační systém. Ten kombinuje fotovoltaicko-tepelné (PVT) kolektory se Stirlingovým motorem (SE) a bateriovým úložištěm. Systém se navrhl tak, aby pokryl poptávku po elektrické energii a teplé užitkové vodě (TUV).
Výhody hybridního kogeneračního systému
„Výhodami takového hybridního systému je, že může výrazně snížit spotřebu primární energie. A sníží i přímo účty za energii v domácnosti,“ řekl výzkumník Shunmin Zhou. ,,Také snižuje emise uhlíku ve srovnání s plynovým kotlem a referenčním systémem elektřiny na bázi sítě.“
Stirlingův motor je regenerativní tepelný motor s uzavřeným cyklem s trvalou plynnou pracovní tekutinou, jako je plyn nebo vzduch. Generuje mechanický pohyb z teplem poháněného stlačování a expanze kapaliny – pomocí teplonosné kapaliny k uspokojení poptávky.
,,V této práci je zvažována komerční jednotka Baxi Ecogen,“ uvedli vědci. „Jedná se o mikro-CHP jednotku na bázi SE s volným pístem. Ta je schopna generovat až 1 kW střídavého proudu a 7,7 kW tepla současně.“
Hybridní systém se skládá z 28 m2 PVT kolektorů, Stirlingova motoru, zásobníku TUV a olověno-uhlíkové baterie. Využívá primární čerpadlo k dodávání studené vody do systému PVT a sekundární čerpadlo k dodávání studené vody do Stirlingova motoru.
Využití i použití
„Teplá voda vypouštěná z jednotky SE se následně mísí s horkou vodou získanou z výstupu kolektoru PV-T a ukládá se do zásobníku TV,“ uvedla skupina. ,,Následně je zásobovaná teplá voda o teplotě 60 °C pohotově dodávána do obytných domů, aby byla pokryta potřeba vytápění a TUV.“
Systém také generuje střídavou elektřinu prostřednictvím alternátoru jednotky SE a stejnosměrnou energii prostřednictvím kolektorů PVT. Oba se používají k pokrytí spotřeby elektrické energie v domácnosti prostřednictvím střídače. Přičemž přebytečná energie se ukládá do baterie. Síťovou elektřinu lze použít, když oba zdroje energie nepokrývají poptávku. A přebytečnou energii lze dodávat do sítě, když je baterie plně nabitá.
Vědci testovali navrženou konfiguraci systému pro tři různé typologie obytných budov. A to pro rodinné domy (DH), dvojdomy (SDH) a domy se střední terasou (MTH). Zjistili, že konfigurace DH dosahuje nejvyššího celkového snížení emisí CO2 ve srovnání s konfiguracemi SDH a MTH. Což závisí na větších velikostech systému PV-T použitých pro architekturu DH.
„Nicméně, pokud jde o dosažené míry snížení emisí CO2, není mezi různými typy domů žádný velký rozdíl, všechny jsou v rozmezí 30 % až 45 %,“ uvedli výzkumníci. ,,To znamená, že míra snižování emisí uhlíku navrhovaného hybridního kogeneračního systému není do určité míry citlivá na typ domu.“
Také se zjistilo, že typologie DH má nejvyšší exergickou účinnost.
Podrobnosti systému
„DH se mohou pochlubit nejnižšími vyrovnanými náklady na elektřinu (LCOE) ve výši 18,03 Kč/kWh, nejnižšími vyrovnanými náklady na teplo (LCOEth) na úrovni 4,26 Kč/kWh a nejnižšími vyrovnanými náklady na celkovou energii (ekv. LCOE,el) na 5,94 Kč/kWh,“ uvedli akademici s tím, že pozorované odchylky v těchto hodnotách se musí připsat rozdílné energetické účinnosti dosažené třemi typy bydlení.
„Počáteční kapitálové náklady na takový systém jsou však vysoké. Zejména v důsledku jednotky SE a fotovoltaicko-tepelného (PVT) kolektorového pole, které v současné době působí jako bariéra širokému pronikání,“ dodal Zhou. Pokud se podaří dosáhnout dalšího snížení počáteční investice, zejména do kolektorů PVT a jednotky SE, výrazně se tím zkrátí doba návratnosti. A přiláká se tak široké nasazení této technologie.
Jejich podrobnosti o systému jsou k dispozici v „Techno-ekonomické a environmentální analýzy kogeneračního systému se Stirlingovým motorem se solárním pohonem pro různé typy obydlí ve Spojeném království“. Ten se nedávno publikoval v Energy Conversion and Management.
Jiná výzkumná skupina na Durhamské univerzitě nedávno navrhla nový design termoelektrických tepelných čerpadel (TeHP). Ten údajně využívá všech výhod, které technologie tepelných čerpadel nabízí, zejména při použití v obytných budovách.
Zdroj: pv-magazine, Vapol
