Hybridní fotovoltaicko-tepelné kolektory a možnosti jejich využití Tomáš Matuška Ústav techniky prostředí, Fakulta strojní, ČVUT v Praze
Proč hybridní FVT kolektory? integrace fotovoltaických systémů do budov preference architekty v případě těsné (konstrukční) integrace - FV nahrazuje obálku budovy
omezené přirozené chlazení vysoké teploty nad 85°C, přehřívání degradace laminace, posléze i článků snížení účinnosti (zisků) vlivem vyšších provozních teplot 2/17
Proč hybridní FVT kolektory? 12 33 °C
29 °C 33 °C
11
36 °C
40 °C
41 °C 48 °C
36 °C 43 °C
standalone
46 °C
10
56 °C
56 °C
h el
61 °C
[%]
63 °C
66 °C integrated
9
77 °C
ta = 25 °C 8
44 °C
76 °C
92 °C
3 m/s 0 m/s
106 °C
reference hel = 12 % při STC
7 200
400
600
800
1000
2
G [W/m ] 3/17
Proč hybridní FVT kolektory? multifunkční zařízení společná výroba elektřiny a tepla (solární kogenerace)
více využité energie z 1 m2, několika násobně více tepla než elektřiny efektivní využití obálky budovy
4/17
Proč hybridní kapalinové FVT kolektory? chlazení FV vzduchem: vzduchové FVT kolektory nízká tepelná kapacita vzduchu (hustota 1000 x menší než voda)
vysoké průtoky, velké dimenze potrubí, obtížné pro integraci do budov provozní spotřeba elektřiny x zvýšení produkce elektřiny vlive chlazení omezené využití ohřátého vzduchu v létě
chlazení FV kapalinou: kapalinové FVT kolektory malé dimenze, snadná integrace potřeba nemrznoucí kapaliny nutný dobrý kontakt „absorbéru“ (chladiče) s FV články (konstrukce) 5/17
Hybridní kolektor FVT-kapalina nezasklená varianta: FV panel kapalinový chladič (absorbér)
elektrická energie jako hlavní priorita, potřeba nízkoteplotního tepla využití: pro primární okruhy tepelných čerpadel (0 - 10 °C) předehřev studené vody (10 - 20 °C celoročně) ohřev bazénové vody (25 - 30 °C) 6/17
Hybridní kolektor FVT-kapalina zasklená varianta: zasklení vzduchová mezera FV článek
kapalinový chladič (absorbér) prioritou je teplo, vyšší provozní teploty, nižší produkce el. energie optimalizace vzduchové mezery (tepelného odporu) pro danou aplikaci a klimatické podmínky potenciál provozních problémů: stagnační stavy, degradace FV řešením je teplotně odolná laminace (vývoj) 7/17
Trh hybridních FVT kolektorů
8/17
Trh hybridních FVT kolektorů
cena ! FV(pc) moduly: < 200 EUR/m2, pod 1400 EUR/kWp
FV-T moduly: 450 to 950 EUR/m2, 3000 – 7000 EUR/kWp VT pod PV modul ~ 50 to 80 EUR/m2 9/17
Zkoušení hybridních FVT kolektorů
10/17
Výsledky: pouze trubkový registr 0,6
0,6
h th [-]
h [-] without insulation poor thermal performance: th
epoxy epoxy-AL
0,5
0,5
low conductive laminate as fin pipe structure
pipe structure adhesive bond without insulation
0,4
0,4
0,3
0,3
w < 1 m/s
0,2
with insulation
0,2
adhesive bond (epoxy)
large spacing between pipes w < 1 m/s 100 mm epoxy-AL improves bond conductance
0,1
0,1
0,0 0,00
0,0 0,00
0,01
0,02
0,03 2
(t m - t e)/G" [m K/W]
0,04
0,05
0,01
0,02
0,03 2
0,04
0,05
(t m - t e)/G" [m K/W]
tepelná izolace zvyšuje i „optickou“ účinnost = zvyšuje účinnost odvodu tepla do kapaliny 11/17
Výsledky: trubkový registr s lamelami 0,6
1000
h th [-]
Q [W] improvement of performance dry th
dry epoxy epoxy-AL
0,5
plate / pipe HX improves the plate/pipe structure effectiveness of PV cooling thermal insulation 600
plate/pipe structure thermal insulation
0,4
0,3
epoxy epoxy-AL
800
1 m/s relevant bond conductancew
w < 1 m/s
0,2
200
0,1
0,0 0,00
0 0,02
0,04
2
0,06
0,08
0
15
(t m - t e)/G" [m K/W]
nezasklený FVT kolektor:
210 Wel,p a
30
45
(t m - t e) [K]
60
75
750 Wth,p 12/17
Výsledky: komerční kolektor 1.0
1.0 rychlost nad 3 m/s rychlost do 1 m/s
0.8
0.8
0.6
h
h
0.6
0.4
0.4
0.2
0.2
0.0 -0.02 0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.0 -0.02 0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
2
(t m - t a)/G " [m2.K/W]
(t m - t a)/G [m .K/W]
nezasklený FVT kolektor
zasklený FVT kolektor 13/17
Potenciální aplikace nízkoenergetické / pasivní / nulové domy produkce el. energie z OZE (FV) jako základní podmínka FVT – společná výroba elektrické energie a tepla
integrace do obálky domu zvýšení produkce el. energie chlazením o 5 až 10 % (pro Prahu) využití FVT jako nízkopotenciálního zdroje tepla (předehřev studené vody,..) trend se obrací k využití zasklených FVT kolektorů
budovy s omezenou plochou střechy zvýšení produkce energie z 1 m2 střechy 14/17
Projekt MacSheep (http://www.macsheep.spf.ch) ENERGY.2011.4.1-1 Revisiting solar-thermal systems for using breakthroughs in scientific and technological fields New Materials and Control for a next generation of compact combined Solar and heat pump systems with boosted energetic and exergetic performance
cíl: vyvinout inovativní kompaktní systém kombinujících technologii solárních soustav a tepelných čerpadel pro přípravu teplé vody a vytápění s použitím: informačních a telekomunikačních technologií (ICT), nových materiálů a technologií 15/17
Upgrade standardního systému TČ-solar zasklený FVT
zvýšení SPF přímým šetřením spotřeby elektrické energie
16/17
Děkuji za pozornost Tomáš Matuška Ústav techniky prostředí Fakulta strojní, ČVUT v Praze Technická 4, 166 07 Praha 6
[email protected]
17/17
