Vědci v Číně vyrobili prototyp fotovoltaických modulů integrujících materiály pro změnu fáze, termoelektrický generátor a tepelné kolektory. Tyto tři technologie jsou určeny k chlazení solárního panelu a zvýšení jeho účinnosti při výrobě energie.
Vědci z Tianjin Chengjian University v Číně vyrobili experimentální fotovoltaické zařízení. To integruje tři různé technologie zaměřené na zlepšení jeho výkonu – materiál s fázovou změnou (PCM), termoelektrický (TEG) generátor a tepelná kolektorová (T) zařízení.
PCM mohou absorbovat, ukládat a uvolňovat velké množství latentního tepla v definovaných teplotních rozsazích. Často se používají na úrovni výzkumu pro chlazení FV modulů a akumulaci tepla.
TEG mohou přeměňovat teplo na elektřinu prostřednictvím „Seebeckova efektu“, ke kterému dochází, když teplotní rozdíl mezi dvěma různými polovodiči vytváří napětí mezi těmito 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.
,,Systém má dobrý ekonomický potenciál díky vynikajícímu řízení teploty, vysoké výrobě energie a energetické účinnosti. A očekává se, že bude v budoucnu více využíván, protože náklady na termoelektrické čipy klesají,“ řekl vedoucí výzkumu We Li.
Systém využívá PCM, TEG a chladicí vodu k absorbování přebytečného tepla z FV panelů. Čímž účinně řídí teplotu FV panelů a prodlužuje jejich životnost. PCM zároveň poskytuje stabilní zdroj tepla pro TEG a vodou chlazené panely poskytují zdroj chladu pro TEG. TEG generuje elektřinu prostřednictvím teplotního rozdílu mezi dvěma stranami horkého a studeného zdroje. Čímž zlepšuje celkovou rychlost výroby energie FV systému. Chladicí voda rekuperuje zbývající teplo, aby se zlepšilo využití solární energie.
Prototyp fotovoltaického modulu na bázi PCM
PV-PCM-TEG-T se zkonstruoval umístěním hliníkového rámu na zadní stranu FV panelu, aby se vytvořila dutina, do které se může PCM zapustit a utěsnit hliníkovou deskou. TEG zapojené do série se připevnily k zadní straně hliníkové desky tepelně vodivým silikonem. Dále se na druhé straně TEG nasadila deska chlazená vodou.
Akademici postavili experimentální prototyp systému PV-PCM-TEG-T a porovnali jeho výkon s výkonem referenčního FV panelu bez struktury PCM-TEG-T.
„V numerických simulacích se numericky modeloval přenos tepla systému PV-PCM-TEG-T,“ vysvětlil Li. ,,Za 24 hodinových provozních podmínek vykazuje systém PV-PCM-TEG-T vyšší kontrolu teploty ve srovnání se standardními fotovoltaickými panely.“
Zjistilo se, že navrhovaný systém má o 10,4 % vyšší výstupní výkon a o 1,9 % vyšší účinnost výroby energie než referenční systém. „Za podmínek 24 hodinové simulace je teplota nového systému výrazně nižší než teplota standardního fotovoltaického panelu, s maximálním teplotním rozdílem 10,1 C,“ vysvětlila dále výzkumná skupina. ,,Tloušťka PCM vykazuje malý vliv na schopnost regulace teploty. Zatímco větší tloušťka PCM zvyšuje akumulaci tepla, čímž se zvyšuje výroba energie TE.“
,,Ve srovnání se standardními fotovoltaickými panely v podmínkách 3h záření a 3h bez radiace může systém účinně řídit teplotu PV panelů. Ale taky zvýšit efektivitu výroby energie,“ dodal Li. „Přidání TEG zvyšuje kapacitu výroby energie. Naopak cirkulující chladicí voda zlepšuje teplotní rozdíl, zvyšuje kapacitu výroby termoelektrické energie a realizuje rekuperaci a akumulaci tepla.“
Výzkumníci představili systém ve studii „Experimentální a numerická studie o fotovoltaickém termoelektrickém akumulačním systému založeném na řízení teploty s fázovou změnou“. Ta se publikovala v Solar Energy.
Zdroj: pv-magazine, Vapol
