Zazwyczaj, gdy myślisz o panelach słonecznych, wyobrażasz sobie fotowoltaikę słoneczną (PV): panele instalowane na dachu lub na otwartej przestrzeni i przekształcające światło słoneczne w energię elektryczną. Panele słoneczne mogą jednak mieć również charakter termiczny, co oznacza, że przekształcają światło słoneczne w ciepło, a nie w energię elektryczną. Termodynamiczne panele słoneczne to jeden rodzaj termicznych paneli słonecznych – zwanych także kolektorami – które znacznie różnią się od tradycyjnych paneli termicznych; zamiast wymagać bezpośredniego światła słonecznego, termodynamiczne panele słoneczne mogą również wytwarzać energię z ciepła zawartego w powietrzu.
Kluczowe wnioski
Termodynamiczne panele słoneczne mogą służyć jako kolektor i parownik w pompach ciepła wspomaganych energią słoneczną z bezpośrednim odparowaniem (SAHP)
Pochłaniają ciepło zarówno ze światła słonecznego, jak i powietrza z otoczenia i zazwyczaj nie potrzebują bezpośredniego światła słonecznego, chociaż mogą nie działać tak dobrze w chłodniejszym klimacie
Aby ocenić, jak dobrze termodynamiczne panele słoneczne działają w chłodniejszym klimacie, potrzeba więcej testów
Choć termodynamiczne panele słoneczne są najpopularniejsze w Europie, niektóre zaczynają trafiać na rynek w Stanach Zjednoczonych
Jak działa pompa ciepła zasilana energią słoneczną?
SAHP wykorzystują energię cieplną ze słońca i pomp ciepła do produkcji ciepła. Chociaż systemy te można skonfigurować na wiele różnych sposobów, zawsze obejmują one pięć głównych komponentów: kolektory, parownik, sprężarkę, termiczny zawór rozprężny i zbiornik wymiennika ciepła.
Czym są termodynamiczne panele słoneczne? Jak oni pracują?
Termodynamiczne panele słoneczne są elementami niektórych pomp ciepła wspomaganych energią słoneczną z bezpośrednim odparowaniem (SAHP), gdzie służą jako kolektor podgrzewający zimny czynnik chłodniczy. W SAHP z bezpośrednim odparowaniem służą one również jako parownik: gdy czynnik chłodniczy przepływa bezpośrednio przez termodynamiczny panel słoneczny i pochłania ciepło, odparowuje, zamieniając się z cieczy w gaz. Następnie gaz przepływa przez sprężarkę, gdzie jest pod ciśnieniem, i wreszcie do zbiornika wymiennika ciepła, gdzie podgrzewa wodę.
W przeciwieństwie do fotowoltaiki lub tradycyjnych termicznych paneli słonecznych, termodynamiczne panele słoneczne nie muszą być umieszczane w pełnym świetle słonecznym. Pochłaniają ciepło z bezpośredniego światła słonecznego, ale mogą również pobierać ciepło z otaczającego powietrza. Tak więc, chociaż termodynamiczne panele słoneczne są technicznie uważane za panele słoneczne, pod pewnymi względami są bardziej podobne do powietrznych pomp ciepła. Termodynamiczne panele słoneczne można montować na dachach lub ścianach, w pełnym słońcu lub w całkowitym cieniu – z zastrzeżeniem, że jeśli mieszkasz w zimnym klimacie, prawdopodobnie będą działać najskuteczniej w pełnym świetle słonecznym, ponieważ temperatura otoczenia może nie być ciepła wystarczy na pokrycie Twoich potrzeb grzewczych.
A co z ciepłą wodą słoneczną?
Słoneczne systemy podgrzewania wody wykorzystują tradycyjne kolektory, które mogą podgrzewać czynnik chłodniczy, np. termodynamiczne panele słoneczne, lub bezpośrednio wodę. Kolektory te wymagają pełnego nasłonecznienia, a czynnik chłodniczy lub woda może przepływać przez system albo pasywnie, grawitacyjnie, albo aktywnie za pośrednictwem pompy sterującej. SAHP są bardziej wydajne, ponieważ zawierają sprężarkę, która zwiększa ciśnienie i koncentruje ciepło w gazowym czynniku chłodniczym, a także ponieważ zawierają zawór wymiany termicznej, który reguluje szybkość przepływu czynnika chłodniczego przez parownik – którym może być termodynamiczny panel słoneczny – aby zmaksymalizować produkcję energii.
Jak dobrze działają termodynamiczne panele słoneczne?
W przeciwieństwie do systemów słonecznych do podgrzewania wody, termodynamiczne panele słoneczne są wciąż technologią rozwijającą się i nie są tak dobrze przetestowane. W 2014 roku niezależne laboratorium Narec Distributed Energy przeprowadziło testy w Blyth w Wielkiej Brytanii w celu określenia wydajności termodynamicznych paneli słonecznych. Blyth ma dość umiarkowany klimat z obfitymi opadami deszczu, a testy prowadzono od stycznia do lipca.
Wyniki pokazały, że współczynnik wydajności, czyli COP, termodynamicznego układu SAHP wyniósł 2,2 (biorąc pod uwagę ciepło utracone ze zbiornika wymiennika ciepła). Pompy ciepła są zazwyczaj uważane za wysoce wydajne, gdy osiągają współczynnik COP powyżej 3,0. Chociaż jednak badanie to wykazało, że w 2014 r. termodynamiczne panele słoneczne nie były zbyt wydajne w klimacie umiarkowanym, mogą działać wydajniej w cieplejszym klimacie. Ponadto w miarę ciągłego rozwoju technologii termodynamiczne panele słoneczne prawdopodobnie będą wymagały nowych niezależnych badań.
Jak ocenić efektywność pomp ciepła zasilanych energią słoneczną
Przed wyborem SAHP należy porównać współczynnik wydajności (COP) różnych systemów. COP jest miarą efektywności pompy ciepła opartą na stosunku wyprodukowanego ciepła użytecznego do pobranej przez nią energii. Wyższe COP oznaczają bardziej wydajne SAHP i niższe koszty operacyjne. Chociaż najwyższy współczynnik COP, jaki może osiągnąć jakakolwiek pompa ciepła, wynosi 4,5, pompy ciepła o współczynniku COP powyżej 3,0 są uważane za wysoce wydajne.
Czas publikacji: 19 lipca 2022 r