Vědci ve Spojených státech vyvinuli nový design fotovoltaicko-tepelného systému, který využívá paralelní vodní potrubí jako chladicí systém, sloužící ke snížení provozní teploty fotovoltaických panelů. Odpadní teplo vzniklé tímto procesem se pak nadále využívá k výrobě teplé užitkové vody.
Výzkumníci z Multiphysics Interaction Lab (MiLab) ve Spojených státech vyvinuli nový design fotovoltaicko-tepelného (PVT) systému, který slouží k využití odpadního tepla z fotovoltaických panelů. A následně tak k výrobě obytných systémů teplé vody.
Fotovoltaicko-tepelný systém (PVT) se zakládá na paralelních vodních trubkách, které se připevnily k zadní straně solárních panelů a snižují tak jejich provozní teploty. „Naše studie představuje jednoduchý a praktický přístup k chlazení. Ten zvyšuje elektrickou účinnost FV panelů a taky zároveň nabízí udržitelné řešení potřeb teplé vody v domácnostech,“ uvedli vědci.
Nový design PVT systému, sloužícího k využití odpadního tepla z FV panelů
Experimentální systém se opírá o jižně orientovaný 250 W polykrystalický FV panel s teplotním koeficientem -0,45 °C a úhlem náklonu 30 stupňů. Měděné chladicí trubky jsou připojeny přes předřazené a výstupní sběrače a jsou zakryty hliníkovým krytem. Ten slouží k jejich zajištění na zadní straně FV panelu.
Experimentální uspořádání obsahuje zásobník teplé vody a 11 W odstředivé čerpadlo, které tak udržuje konstantní průtok 3 l/min.
,,Rychlost průtoku vody se monitoruje pomocí průtokoměru,“ vysvětlili vědci. „Pro shromažďování přesných dat se strategicky umístila sada termočlánků pro současné měření různých teplot. Včetně vstupní a výstupní teploty vody FV/T systému, povrchové teploty FV panelu a zároveň teploty okolního vzduchu.“
Fotovoltaicko-tepelný systém (PVT) také využívá multimetr pro měření výstupního výkonu FV modulu a pyranometr pro hodnocení slunečního záření.
Akademici porovnali výkon chlazeného FV panelu s referenčním panelem bez chlazení během května v kampusu Notre Dame University-Louaize. Ten se nachází v Zouk Mosbeh v Libanonu.
Jejich analýza ukázala, že PVT panel může generovat o 4 % více energie než FV modul. A to díky chladicímu efektu měděných trubek. Varovali však také, že efekt saturace související s tím, že teplá voda uložená v nádrži není efektivně využívána, může omezit schopnost optimálního chlazení FV modulů v určité fázi.
Analýza systému
,,Toto snížení je pravděpodobně způsobeno neexistencí poptávky po vodě v obytných domech v systému rekuperace odpadního tepla,“ vysvětlili dále výzkumníci. ,,Tato absence způsobuje postupné zvyšování teploty chladicí vody v zásobníku horké vody. Čímž se snižuje rychlost odvodu tepla z PVT systému.“
Testy také ukázaly, že FV panel dosáhl průměrné elektrické účinnosti 11,5 %. Zatímco FV panel bez chlazení dosáhl průměrné účinnosti 10 %. Vědci také odhalili, že celková účinnost FV systému dosáhla přibližně 75 % a referenčního FV systému jen přibližně 10 %.
„Průměrná tepelná účinnost, představující poměr rekuperovaného odpadního tepla k solární energii absorbované FV panelem, byla v chlazeném FV/T systému přibližně 60 %,“ uvedli také. „Chlazený FV/T systém nejenže vytvářel vyšší podíl elektrické energie, ale také vykazoval přibližně o 40 % vyšší míru tepelných ztrát ze zadní strany FV modulu. Což ukazuje na efektivní rekuperaci odpadního tepla.“
Systém byl prezentován v článku „Experimentální analýza hybridního fotovoltaického tepelného systému prostřednictvím integrace paralelního vodního potrubí“. Ten se publikoval v International Journal of Thermofluids.
Zdroj: pv-magazine, Vapol
