Redakcja GLOBEnergia
Tran przyniósł ostatnio sektorowi fotowoltaicznemu spore nadzieje. Zespół naukowców z Korei Południowej dowiódł, że zastosowanie tranu w powłoce filtra modułu PVT może znacznie podnieść jego sprawność.
O co chodzi z PVT?
PVT to skrót od sformułowania Photovoltaic Thermal, czyli hybrydy modułu fotowoltaicznego i kolektorów słonecznych. To sprytne połączenie nie jest przypadkowe. Po pierwsze należy zaznaczyć, że moduły fotowoltaiczne charakteryzują się wysoką efektywnością w niższych temperaturach. Jednym z największych mankamentów ogniw fotowoltaicznych jest brak możliwości konwersji całości spektrum świetlnego na energię elektryczną. Tylko fale o określonej długości są w stanie “wybić” elektron z anody. Pozostała energia świetlna zostaje na swój sposób zmarnowana i zamieniona na ciepło. To ciepło podnosi temperaturę modułu fotowoltaicznego niepotrzebnie go obciążając i osłabiając jego efektywność. By temu zapobiec zaczęto tworzyć hybrydowe moduły PVT. Zastosowanie obiegu z czynnikiem roboczym pozwala na odebranie ciepła odpadowego. W ten sposób ogniwa fotowoltaiczne nie nagrzewają się dodatkowo, ciepło zostaje wykorzystane na podgrzanie czynnika roboczego, a następnie zużyte np. na potrzeby pompy ciepła.
Ogniwa fotowoltaiczne zwykle osiągają sprawność rzędu 15-20%. Przy czym nawet 70% docierającego spektrum świetlnego pozostaje nieprzetworzone i rozproszone w postaci ciepła. Zastosowanie technologii PVT zmienia obraz tej sytuacji. Oprócz możliwości konwersji większej ilości spektrum na energię, obniżana jest również temperatura ogniw. Tym samym podnosi się ich sprawność, a w dłuższej perspektywie czasu zwiększa się również ich żywotność.
Konkretne wyniki charakteryzujące daną technologię PVT zależą od zastosowanego czynnika roboczego krążącego w części odbierającej ciepło. Ostatnio badania nad perspektywami wykorzystania tranu jako czynnika chłodniczego została zbadana przez zespół naukowców z Korei Południowej. Wyniki są zaskakujące.
Nowa era?
Naukowcy dodali olej rybny do warstwy filtra w modułach PVT typu de-coupled. Taki filtr wykorzystuje ciecz do segregacji widma świetlnego na fale o długości “zjadliwej” dla ogniw fotowoltaicznych i tych, których nie da się wykorzystać. Ciepło zaabsorbowane w cieczy jest odbierane przez wymiennik ciepła. Można je potem wykorzystać np. do ogrzewania pomieszczenia zimą. Całość technologii choć bazuje na mechanice kwantowej, jest łatwa do zrozumienia. Jednak diabeł tkwi w szczegółach - woda nie jest dobrym filtrem promieni ultrafioletowych.
Dlatego dodając tran do warstwy filtra można zwiększyć jego dokładność. Udaje się zatrzymać fale w spektrum podczerwieni i UV. Przyczynia się to do podniesienia efektywności całego systemu PVT. Zatrzymane długości fali nie wystarczają na wybicie elektronu, nagrzewają tylko niepotrzebnie ogniwo. Filtr wyłapuje je i przetwarza na energię cieplną.
Schematyczne przedstawienie modułu PVT z wspomnianym filtrem. Źródło: KOUM’s Research
Wyniki badań wskazują, że stosowanie tranu w warstwie filtra podniosło jego sprawność do 84,4%. Dla porównania systemy PVT z tradycyjnymi wymiennikami ciepła cechuje efektywność 70.9%, a te wykorzystujące do filtrowania samą wodę - 79.3%. Co do temperatury modułu, udało się ją ograniczyć z 46.7 st. Celsjusza do 33.1 st. Celsjusza. Co jeszcze działa na korzyść tranu? W tradycyjnych filtrach wodnych rozcieńczane są nanocząsteczki absorbujące fale światła niekorzystne dla ogniw fotowoltaicznych. Jednak z czasem osiadają one w filtrze przestając spełniać swoje zadanie i obniżają efektywność modułu PVT. W badaniach można również znaleźć informację, że moduł z filtrem z roztworem tranu poddany standardowemu nasłonecznieniu 1000 W/m² był w stanie wygenerować 72.2 Wh energii elektrycznej i 1176.7 Wh energii cieplnej dziennie. Gwarantuje to większe korzyści finansowe w ramach zastosowania tej technologii niż dla PVT wyłącznie z filtrem wodnym.
Źródło: Development of solar radiation spectrum-controlled emulsion filter for a photovoltaic-thermal (PVT) system.
