Пост опубликован: 19 июня, 2020
Как получить электричество и тепло с одной поверхности
Содержание статьи
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:
- Открытые с жидкостным охлаждением (≈75% рынка);
- Открытые с воздушных охлаждением (≈12% рынка);
- Закрытые с жидкостным охлаждением;
- 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