МенюРубрики

Як отримати електрику і тепло з однієї поверхні

Як отримати електрику і тепло з однієї поверхні

Сонячне світло, що досягає фотоелемента, лише частково йде на генерацію електрики, тоді як більша його частина перетворюється в тепло. Фотоелектричний тепловий сонячний колектор (ФТСК, званий також "гібридний колектор" або PVT) забезпечують збір та утилізацію цього тепла. Таким чином, фотоелектричні колектори виробляють не тільки електрику, але і тепло на одній і тій же поверхні максимально підвищуючи ККД альтернативного джерела енергії.

Ускладнення чи оптимізація?

Фотоелектричні сонячні теплові колектори(ФТСК) поєднують в собі використання світлової і теплової енергії Сонця в одному комплекті, тобто вони виробляють сонячна електрика, а також сонячне тепло. Фундаментальну ідею цієї форми комбінованого збору альтернативної енергії можна проілюструвати оптичним властивістю типового фотоелектричного елемента з кристалічного кремнію (Рис. Колектори 01).

Приблизно 10% сонячного випромінювання на кристалічному фотоелементі відбивається і не може бути засвоєна.

Близько 17% з решти 90% сонячного світла, які поглинаються осередком, може бути перетворена в електроенергію.

73% йде на нагрів поверхні.

У звичайній сонячної панелі, теплова потужність залишається невикористаною. Вона підвищує температуру осередку, а це негативно впливає на ефективність модуля. У стандартних кремнієвих сонячних елементах збільшення температури комірки приводить до зниження напруги розімкненого ланцюга та менш вираженого збільшення струму короткого замикання (Рис. Колектор 02).

Це призводить до зниження ККД вироблення електроенергії. Продуктивність сонячних панелей в залежності від температури знижується в межах – 0,37%/°C і — 0,52%/°C для кристалічних кремнієвих модулів і між -0,25%/°C і — 0,29%/°C для високоефективних модулів.

Основна ідея фотоелектричних колекторів полягає у використанні сонячного тепла, вироблюваного в фотоелементах.

Найпростіший варіант рішення цієї задачі полягає в тому, щоб клітинки фотоелементів кріпилися на теплопровідні трубки. Замість того, щоб тепло виділялося в навколишнє середовище, воно може бути потім переданий в теплоакумулятор або водогрійний котел.

Такі системи засвоюють 80-85% сонячної енергії, і знижуючи температуру модуля, підвищують його ККД.

Переваги фотоелектричного колектора:

  • Тепло, що генерується в фотоелементах, стає корисним;
  • Тепловідвід підвищує електричну ефективність фотоелементів;
  • Виробництво сонячної електроенергії і тепла з однієї і тієї ж поверхні;
  • Висока поверхнево-специфічна ефективність.

Шляхом вилучення тепла, виробленого в комірці, збільшується вихід електроенергії, таким чином, проявляється неспецифічний ефекту синергії.

Фотоелектричні колектори реалізовані на практиці

В кінці 2019 року, на європейських ринках було 53 види фотоелектричних колекторів від різних виробників. Всі вони вписуються в чотири групи:

  1. Відкриті з рідинним охолодженням (≈75% ринку);
  2. Відкриті з повітряних охолодженням (≈12% ринку);
  3. Закриті з рідинним охолодженням;
  4. Закриті з повітряних охолодженням.

Для кожного типу фотоелектричного колектора, є свої оптимальні умови роботи, в які вони вписуються найбільш ефективно. Тому додатково вони мають градацію по температурі теплоносія:

  • Низькотемпературні до +50C;
  • Середньотемпературні до +80C;
  • Високотемпературні понад +80C;

Найпростіші, низькотемпературні фотоелектричні колектори використовуються для обігріву води в відкритих басейнах, в системах підлогового обігріву і для передачі енергії тепловим насосам. Середньотемпературні модулі забезпечують гарячою водою житлові будинки та опалювальні системи. Високотемпературні ФТСК в основному використовують для накопичення тепла в підземних теплоаккумуляторах і для технічних потреб.

В промислових масштабах гаряча вода йде на опріснювальні установки для регенерації геотермальних джерел.

Фотоелектричні колектори з концентратором

Вбудовуючи фотоелементи в параболічні і параболоциліндричні концентратори обладнані анидолической оптикою, температуру теплоносія вдається підняти до 160C. При такій температурі розширюється спектр застосувань тепла, до того ж, в цих системах вигідніше використовувати багатоперехідні фотоелементи.

Але широкого застосування вони не знайшли, бо потрібно витримувати дуже точну орієнтацію на Сонці. Відхилення від оптимальної точки всього на 2, знижує генерацію на 34-38%.

Є реальний ефект?

Річний теплової вихід, який може бути досягнутий з відкритими колекторами ФТСК, варіюється залежно від застосування, і від різних температурних рівнів. За статистикою користувачів в Швейцарії, типові рівні річного виробітку:

— Опалення гарячою водою, односімейний будинок: ≈ 150 квтг/(м2)

— Підігрів гарячої води, багатоквартирний будинок: 180-250 квтг/(м2)

— Підземні теплоаккумулятори: 330-450 квтг/(м2)

Додатково збільшилася генерація електроенергії, за рахунок охолодження модуля порівняно зі стандартною фотоелектричної системою приблизно від 5 до 10%, а в деяких випадках і до 30%. Хоча тут неясно, чи відноситься ця цифра до ефективної річного виробітку або вихідної потужності в певних ситуаціях, наприклад, в літній сонячний день.

 

Додати коментар

Вашу адресу email не буде опубліковано. Обов'язкові поля позначені *

\n\n<\/ins>\n","html_block":"\n\n<\/ins>\n","group":"0","resolution_from":"\u221e","resolution_to":"\u221e"}]});\n\n<\/ins>\n","html_block":"\n\n<\/ins>\n","group":"0","resolution_from":"\u221e","resolution_to":"\u221e"}]});","html_block":"","group":"0","resolution_from":"\u221e","resolution_to":"\u221e"}]});\n<\/ins>\n\n<\/center>","html_block":"