Technologie solarne rozwijają się w bardzo szybkim tempie i ciągle pojawiają się nowsze rozwiązania, które umożliwiają uzyskiwanie energii elektrycznej w coraz bardziej efektywny sposób. Układy fotowoltaiczne są również coraz bardziej zaawansowane. Pojawiają się nie tylko ogniwa fotowoltaiczne zintegrowane z fasadą budynku czy zabudowane w oknie, ale również elastyczne.

W budownictwie jednorodzinnym coraz powszechniej montuje się kolektory słoneczne i panele fotowoltaiczne. Pojawiają się już na polskim rynku także zintegrowane panele PVT (Thermal – Photovoltaic), które umożliwiają jednoczesną produkcję ciepła oraz prądu elektrycznego. Zintegrowana technologia PVT umożliwia lepsze zagospodarowanie energii cieplnej i elektrycznej pozyskiwanej z promieniowania słonecznego. 

Panele PVT

Panele fotowoltaiczne obecnie dostępne na rynku posiadają efektywność nie większą jak 19%. W dużej mierze około 38% energii pochodzącej z promieniowania jest przez panel fotowoltaiczny odbijana. Pozostała energia (około 43%) jest rozpraszana do otoczenia na skutek wzrostu temperatury ogniwa fotowoltaicznego i związanych z tym strat ciepła do otoczenia. Ponieważ ogniwa fotowoltaiczne zarówno mono- jak i polikrystaliczne są półprzewodnikami, to ich efektywność produkcji prądu elektrycznej maleje na skutek wzrostu oporności elektrycznej wraz ze wzrostem temperatury – jest to efekt, który towarzyszy wszystkim półprzewodnikom. Prace nad poprawą efektywności ogniw PV przyczyniły się do powstania ogniw PVT.

Ogniwo PVT posiada zarówno charakterystyki hydrauliczne oraz elektryczne. Ogniwa fotowoltaiczne opisywane są dwiema charakterystykami napięciowo prądową oraz moc napięcie. Charakterystyki te po nałożeniu na siebie defi niują nominalny punkt pracy ogniwa fotowoltaicznego. Na rysunku 1 przedstawiono teoretyczne charakterystyki: prąd w funkcji napięcia I=f(v) oraz moc w funkcji napięcia P=f(V) dla ogniw fotowoltaicznych, przy czym punkt nominalny pracy to przecięcie obu charakterystyk.

Rys. 1. Charakterystyki elektryczne i punkt pracy ogniwa fotowoltaicznego i PVT

Ogniwa PVT są hybrydowym połączeniem paneli PV oraz wymiennika ciepła. W rurkach wymiennika ciepła płynie czynnik chłodzący ogniwa PV (np. ergolid). Przewodami elektrycznymi produkowany prąd elektryczny z ogniw PV przekazywany jest na inwerter, a następnie do sieci elektrycznej.

Ogniwo PVT posiada również charakterystyki hydrauliczne i termiczne. Wymiennik ciepła ogniwa PVT posiada własne charakterystyki termiczne (przyrost temperatury płynu na wylocie) oraz hydrauliczne (spadek ciśnienia). W pracy [3] przedstawiono zależności matematycz- ne opisujące ogniwo PVT. Na rysunku 2. zamieszczono również wyniki badań, które przedstawiają parametry termiczne ogniwa PVT [3].

Rys. 2. Przykładowe dzienne charakterystyki termiczne ogniwa PVT w funkcji czasu: A) temperatura otoczenia oraz promieniowanie słoneczne; B) Temperatura panelu PVT (Tpvt) w porównaniu z panelem PV (Tpv); C) Temperatura cieczy na wylocie z panelu (Tfo) zestawiona z temperaturą absorbera (Tp) oraz temperaturą średnią PVT (Tpvt)

Obiegi cieplne współpracujące z ogniwami PVT

(...)

Podsumowanie

Ogniwa PVT są obecnie coraz częściej stosowne w instalacjach cieplnych nowo budowanych budynków w krajach Europy zachodniej. Mimo dość wysokich nakładów inwestycyjnych technologia ta może być opłacalna nawet na terenie Polski.

dr inż. Robert MATYSKO
Instytut Maszyn Przepływowych
Polska Akademia Nauk