Меню Рубрики

Как получить электричество и тепло с одной поверхности

Как получить электричество и тепло с одной поверхности

Солнечный свет, достигающий фотоэлемента, лишь частично идёт на генерацию электричества, тогда как большая его часть преобразуется в тепло. Фотоэлектрический тепловой солнечный коллектор  (ФТСК, также называемый “гибридный коллектор” или PVT) обеспечивают сбор и утилизацию этого тепла. Таким образом, фотоэлектрические коллекторы вырабатывают не только электричество, но и тепло на одной и той же поверхности максимально повышая КПД альтернативного источника энергии.

Усложнение или оптимизация?

Фотоэлектрические тепловые солнечные коллекторы(ФТСК) сочетают в себе использование световой и тепловой энергии Солнца в одном комплекте, то есть они производят солнечное электричество, а также солнечное тепло. Фундаментальную идею этой формы комбинированного сбора альтернативной энергии можно проиллюстрировать оптическим свойством типичного фотоэлектрического элемента из кристаллического кремния.

Примерно 10% солнечного излучения на кристаллическом фотоэлементе отражается и не может быть усвоена.

Около 17% из оставшихся 90% солнечного света, которые поглощаются ячейкой, может быть преобразована в электроэнергию.

73% идёт на нагрев поверхности.

В обычной солнечной панели, тепловая мощность остается неиспользованной. Она повышает температуру ячейки, а это отрицательно влияет на эффективность модуля. В стандартных кремниевых солнечных элементах увеличение температуры ячейки приводит к снижению напряжения разомкнутой цепи и менее выраженному увеличению тока короткого замыкания.

Это приводит к снижению КПД выработки электроэнергии. Производительность солнечных панелей в зависимости от температуры снижается в пределах – 0,37%/°C и — 0,52%/°C для кристаллических кремниевых модулей и между -0,25%/°C и — 0,29%/°C для высокоэффективных модулей.

Основная идея фотоэлектрических коллекторов заключается в использовании солнечного тепла, вырабатываемого в фотоэлементах.

Простейший вариант решения этой задачи состоит в том, чтобы ячейки фотоэлементов крепились на теплоотводящие трубки. Вместо того, чтобы тепло выделялось в окружающую среду, оно может быть затем передано в теплоаккумулятор или водонагревательный котёл.

Такие системы усваивают 80-85% солнечной энергии, и снижая температуру модуля, повышают его КПД.

Преимущества фотоэлектрического коллектора:

  • Тепло, генерируемое в фотоэлементах, становится полезным;
  • Теплоотвод повышает электрическую эффективность фотоэлементов;
  • Производство солнечной электроэнергии и тепла с одной и той же поверхности;
  • Высокая поверхностно-специфическая эффективность.

Путем извлечения тепла, производимого в ячейке, увеличивается выход электроэнергии, таким образом, проявляется неспецифический эффекта синергии.

Фотоэлектрические коллекторы реализованные на практике

В конце 2019 года, на европейских рынках было 53 вида фотоэлектрических коллекторов от разных производителей. Все они вписываются в четыре группы:

  1. Открытые с жидкостным охлаждением (≈75% рынка);
  2. Открытые с воздушных охлаждением (≈12% рынка);
  3. Закрытые с жидкостным охлаждением;
  4. Закрытые с воздушных охлаждением.

Для каждого типа фотоэлектрического коллектора, есть свои оптимальные условия работы, в которые они вписываются наиболее эффективно. Поэтому дополнительно они имеют градацию по температуре теплоносителя:

  • Низкотемпературные до +50˚C;
  • Среднетемпературные до +80˚C;
  • Высокотемпературные свыше +80˚C;

Самые простые, низкотемпературные фотоэлектрические коллекторы используются для обогрева воды в открытых бассейнах, в системах напольного обогрева и для передачи энергии тепловым насосам. Среднетемпературные модули обеспечивают горячей водой жилые дома и отопительные системы. Высокотемпературные ФТСК в основном используют для накопления тепла в подземных теплоаккумуляторах и для технических нужд.

В промышленных масштабах горячая вода идёт на опреснительные установки и для регенерации геотермальных источников.

Фотоэлектрические коллекторы с концентратором

Встраивая фотоэлементы в параболические и параболоцилиндрические концентраторы оборудованные анидолической оптикой, температуру теплоносителя удаётся поднять до 160˚C. При такой температуре расширяется спектр применений тепла, к тому же, в этих системах выгоднее использовать многопереходные фотоэлементы.

Но широкого применения они не нашли, ибо требуется выдерживать очень точную ориентацию на Солнце. Отклонение от оптимальной точки всего на 2˚, снижает генерацию на 34-38%.

Есть ли реальный эффект?

Годовой тепловой выход, который может быть достигнут с открытыми коллекторами ФТСК, варьируется в зависимости от применения, и от различных температурных уровней. По статистике пользователей в Швейцарии, типичные уровни годовой выработки:

— Отопление горячей водой, односемейный дом: ≈ 150 кВтч/(м2)

— Подогрев горячей воды, многоквартирный дом: 180-250 кВтч/(м2)

— Подземные теплоаккумуляторы: 330-450 кВтч/(м2)

Дополнительно увеличилась генерация электроэнергии, за счёт охлаждения модуля по сравнению со стандартной фотоэлектрической системой примерно от 5 до 10%, а в некоторых случаях и до 30%. Хотя здесь неясно, относится ли эта цифра к эффективной годовой выработке или выходной мощности в определенных ситуациях, например, в солнечный летний день.

 

Спасибо, что дочитали до конца! Не забывайте подписываться на наш канал, Если статья Вам понравилась!

Делитесь с друзьями, оставляйте ваши КОМЕНТАРИИ   (Ваши Комментарии очень помогают развитию проекта)

Добавляйтесь в нашу группу в ВК:        

ALTER220 Портал о альтернативную энергию

и предлагайте темы для обсуждений, вместе будет интереснее!!!


Вероятно, Вам также понравятся следующие материалы:

Солнечный коллектор или гелиоконцентратор

Солнечные концентраторы и их виды


 

 

 

 

 

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock detector