Учените са разработили прозорец, който използва полупрозрачен аморфен силициев фотоволтаичен слой. Групата е тествала системата в Лондон при различни ъгли на наклона и е установила, че тя може да постигне максимална електрическа ефективност от 3,6% и максимална топлинна ефективност от 17,6%.
Германско-британски изследователски екип е разработил нов хибриден фотоволтаично-термичен прозорец (PVTW), който може едновременно да произвежда електричество и битова гореща вода.
„Инсталирането на обикновени слънчеви панели и колектори в застроената среда изисква достъп до значително покривно пространство, което е ограничено. Това мотивира разработването на високоефективни, интегрирани в сградата технологии, които могат да увеличат максимално използването на пространството и осигуряването на енергия“, заяви групата. „В тази работа е изработена и тествана хибридна PVTW, интегрирана в сградата, съставена от полупрозрачен PV слой и селективно абсорбиращ топлинен модул на основа течност.“
Основният компонент на PVTW е стъклен слой с масив от разположени на разстояние аморфни силициеви (a-Si) микроленти. Само част от слънчевата светлина се поглъща от фотоволтаичния слой за производство на електроенергия, а останалата част се предава на водния слой с дебелина 4 мм под него. Две месингови тръби се използват като входни и изходни отвори за водата, а две поликарбонатни рамки се използват за закрепване на един стандартен стъклен слой с ниско съдържание на желязо.
Тестването се проведе на покрив в Лондон между 16 и 23 юли 2021 г., когато максималната температура на околната среда беше 34 C, а слънчевото греене беше около 1100 W m-2 по обяд. Настройката беше тествана при ъгли на наклон 30°, 60° и 90° и нейната производителност беше сравнена с тази на референтен модул за слънчеви термични прозорци (STW), в който липсва фотоволтаичен компонент. Последният е идентичен с PVTW, с изключение на замяната на PV слоя със стъклен слой, в резултат на което се получават два стъклени слоя.
Тестовете показаха, че системата PVTW може да постигне електрическа ефективност от 3,6% и топлинна ефективност от 17,6%.
„PVTW постига ефективност от 3,6% при производството на електроенергия и 10,7% при производството на топлинна енергия при наклон от 30°. Възможността за производство на гореща вода с температура около 50°С го прави подходящ за битови приложения, докато производството на електроенергия подпомага енергийните нужди на сградата“, отбеляза екипът. „Регулирането на ъгъла на наклона на PVTW от 30° до 90° демонстрира значението на ориентацията за работата на системата, като се наблюдават промени в изходната температура и топлинната ефективност.“
По-конкретно, при наклон от 90° системата PVTW отчита ефективност на електроенергията от 3,3%, топлинна ефективност от 17,6% и максимална температура на водата на изхода от около 42 С. „В сравнение с автономна STW системата PVTW не само осигурява гореща вода с по-висока температура, но и показва 10% абсолютно увеличение на топлинната ефективност, както и на производството на електроенергия“, добавят те.
„За да разберем потенциалното въздействие на PVTW при задоволяване на нуждите от топлинна енергия на сградата, можем да оценим площта на PVTW, необходима за задоволяване на нуждите от топла вода на типична терасовидна къща с три спални в Лондон, Великобритания, обитавана от двама възрастни и две деца“, казват учените. „Като се използва енергийният баланс, за да се задоволи това търсене, е необходима обща повърхност на PVTW от не повече от около 1,2 м² при наклон от 30°. Ако приемем по-широка система с резервоар за гореща вода, изчисляваме, че за задоволяване на цялото това дневно потребление ще е необходима обща площ на PVTW от ≈2,8 м² при същия наклон, без да е необходим резервен котел.“
Снимки: Imperial College London