Hybridní fotovoltaicko-tepelné kolektory a možnosti jejich využití. Tomáš Matuška Ústav techniky prostředí, Fakulta strojní, ČVUT v Praze

Transkript

1 Hybridní fotovoltaicko-tepelné kolektory a možnosti jejich využití Tomáš Matuška Ústav techniky prostředí, Fakulta strojní, ČVUT v Praze

2 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

3 Proč hybridní FVT kolektory? C 33 C 36 C 33 C 41 C 36 C 48 C 40 C standalone 44 C C 46 C 56 C 56 C 63 C h el [%] 9 61 C 77 C integrated 66 C 76 C 8 t a = 25 C 3 m/s 0 m/s reference h el = 12 % při STC 92 C 106 C G [W/m 2 ] 3/17

4 Proč hybridní FVT kolektory? multifunkční zařízení společná výroba elektřiny a tepla (solární kogenerace) více využité energie z 1 m 2, několika násobně více tepla než elektřiny efektivní využití obálky budovy 4/17

5 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

6 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

7 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

8 Trh hybridních FVT kolektorů 8/17

9 Trh hybridních FVT kolektorů cena! FV(pc) moduly: < 200 EUR/m2, pod 1400 EUR/kWp FV-T moduly: 450 to 950 EUR/m2, EUR/kWp VT pod PV modul ~ 50 to 80 EUR/m2 9/17

10 Zkoušení hybridních FVT kolektorů 10/17

11 Výsledky: pouze trubkový registr 0,6 0,5 0,4 0,3 h th [-] epoxy epoxy-al pipe structure adhesive bond without insulation 0,6 0,5 0,4 0,3 h poor th [-] thermal performance: without insulation with insulation low conductive laminate as fin pipe structure adhesive bond (epoxy) large spacing between pipes 100 mm w < 1 m/s 0,2 0,1 w < 1 m/s 0,2 0,1 epoxy-al improves bond conductance 0,0 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 (t m - t e )/G" [m 2 K/W] 0,0 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 (t m - t e )/G" [m 2 K/W] tepelná izolace zvyšuje i optickou účinnost = zvyšuje účinnost odvodu tepla do kapaliny 11/17

12 Výsledky: trubkový registr s lamelami 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 h th [-] w < 1 m/s dry epoxy epoxy-al plate/pipe structure thermal insulation 1000 improvement Q th [W] of performance plate / pipe HX improves the effectiveness of PV cooling bond conductance w < less 1 m/s relevant if thermal insulation applied 400 dry epoxy epoxy-al plate/pipe structure thermal insulation 0, ,0 0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 (t m - t e )/G" [m 2 K/W] (t m - t e ) [K] nezasklený FVT kolektor: 210 W el,p a 750 W th,p 12/17

13 Výsledky: komerční kolektor rychlost nad 3 m/s rychlost do 1 m/s h h (t m - t a )/G " [m 2.K/W] (t m - t a )/G [m 2.K/W] nezasklený FVT kolektor zasklený FVT kolektor 13/17

14 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 m 2 střechy 14/17

15 Projekt MacSheep ( ENERGY 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

16 Upgrade standardního systému TČ-solar zasklený FVT zvýšení SPF přímým šetřením spotřeby elektrické energie 16/17

17 Děkuji za pozornost Tomáš Matuška Ústav techniky prostředí Fakulta strojní, ČVUT v Praze Technická 4, Praha 6 tomas.matuska@fs.cvut.cz 17/17