Фотовольтаические тепловые гибридные солнечные коллекторы, иногда известные как гибридные системы PV / T или PVT, представляют собой системы, которые преобразуют солнечную радиацию в тепловую и электрическую энергию. Эти системы объединяют солнечный элемент, который преобразует солнечный свет в электричество, с солнечным тепловым коллектором, который захватывает оставшуюся энергию и удаляет отработанное тепло от модуля PV. и, таким образом, быть более общей энергоэффективной, чем солнечная фотоэлектрическая (PV) или солнечная тепловая. Значительное количество исследований было посвящено разработке технологии PVT с 1970-х годов.

Фотовольтаические клетки страдают от снижения эффективности с повышением температуры из-за повышенной резистентности. Такие системы могут быть сконструированы таким образом, чтобы переносить тепло от фотоэлементов, тем самым охлаждая клетки и тем самым повышая их эффективность за счет снижения сопротивления. Несмотря на то, что это эффективный метод, он приводит к недостаточной работе теплового компонента по сравнению с солнечным тепловым коллектором.

принципы
Фотовольтаические элементы (фотоэлементы, обычно легированный кремнием) преобразуют солнечный свет (видимый диапазон) в разность потенциалов и электрический ток, а часть теплового датчика (поглотитель или «концентратор» …) восстанавливает энергию калорий, передаваемую солнцем (в частности, инфракрасное излучение обычно теряется в виде тепла, диспергированного панелью) через хладагент (воздух или вода / гликоль, впрыскиваемый насосом, работа которого питается от электричества).

Произведенное электричество можно использовать локально сразу или после хранения (батареи) или впрыскивать в электрическую сеть (перепродавать / выкупить).

Выработанное тепло может быть подключено к любой традиционной тепловой установке, используемой для нагрева или предварительного нагрева воздуха или бытовой воды (бытовая горячая вода, бассейн, …), сушильная установка, …

Типы систем
Ряд коллекционеров PV / T в разных категориях коммерчески доступен и может быть разделен на следующие категории:

Сборщик жидкости PV / T
Воздушный коллектор PV / T
PV / Ta Жидкостный и воздухосборник
Концентратор PV / T (CPVT)

Сборщик жидкости PV / T
В базовой конструкции с водяным охлаждением используется канал для прямого потока текучей среды с использованием трубопроводов из различных материалов или пластин, прикрепленных к задней части модуля PV. Устройство подачи текучей среды через охлаждающий элемент определит, какие системы наиболее подходят для панелей.

В стандартной системе на основе жидкости рабочая жидкость, обычно вода, гликоль или минеральное масло, затем подается через эти трубы или пластинчатые чиллеры. Тепло от фотоэлементов осуществляется через металл и поглощается рабочей жидкостью (предполагая, что рабочая жидкость более холодная, чем рабочая температура ячеек). В замкнутых системах это тепло либо истощается (охлаждает его), либо переносится в теплообменник, где он течет к его применению. В системах с разомкнутым контуром это тепло используется или истощается до того, как жидкость возвращается к фотоэлементам. Также возможно диспергировать наночастицы в жидкости для создания жидкостного фильтра для применений PV / T. Основным преимуществом такого типа разделения является то, что тепловой коллектор и фотоэлектрический коллектор могут работать при разных температурах.

Воздушный коллектор PV / T
В базовой конструкции с воздушным охлаждением используется полый проводящий металлический корпус для монтажа фотовольтаических (PV) панелей. Тепло излучается из панелей в замкнутое пространство, где воздух либо циркулирует в системе HVAC здания, чтобы отбирать тепловую энергию, либо поднимается и выходит из верхней части конструкции.

Хотя передача энергии в воздух не так эффективна, как сборщик жидкости, требуемая инфраструктура имеет меньшую стоимость и сложность; в основном мелкий металлический ящик. Размещение панелей PV может быть вертикальным или угловым.

Концентратор PV / T (CPVT)
Концентрационная система имеет преимущество для уменьшения количества фотоэлектрических (PV) ячеек, необходимых для того, чтобы можно было использовать несколько более дорогие и эффективные многоконтактные фотоэлектрические элементы, которые максимизируют отношение производимой высокой удельной электрической мощности к более низкой тепловой мощность. Основным ограничением систем с высоким концентратором (например, HCPV и HCPVT) является то, что они сохраняют свое преимущество перед обычными сборщиками c-Si / mc-Si только в областях, которые остаются неизменно без атмосферных аэрозольных загрязнителей (например, легких облаков, смога и т. Д. ). Эффективность системы концентратора особенно ухудшается, поскольку 1) излучение отражается и рассеивается за пределами малого (часто менее 1 ° -2 °) угла приемки оптической коллекции, и 2) поглощение конкретных компонентов солнечного спектра вызывает одно или несколько сечений в ячейках MJ до низкого уровня.

Концентрационные системы также требуют надежных систем управления для точного отслеживания солнца и защиты фотоэлементов от повреждения температурных условий. В идеальных условиях около 75% энергии солнца, непосредственно попадающей на такие системы, могут быть собраны как электричество и тепло. Более подробно см. Обсуждение CPVT в статье для концентрированных фотоэлектрических элементов.

Структура коллектора PVT
Как уже упоминалось, коллектор PVT представляет собой ассоциацию фотогальванического коллектора и теплообменника. Фотоэлектрический коллектор почти всегда имеет остекление, чтобы уменьшить потери тепла.

Коллекторы с передней воздушной камерой
Они используют парниковый эффект. Они используются почти исключительно для теплообмена с воздухом.

Коллекторы без внутренней трубки
Самый распространенный тип. Здесь теплообмен осуществляется на обратной стороне фотогальванического коллектора; он является обязательной структурой в случае жидкостного охлаждения, поскольку теплообменник будет маскировать фотогальванические элементы и в любом случае имеет преимущество заднего положения трубопроводов для подачи и извлечения текучей среды, что в противном случае создавало проблемы с затенением.

Жидкие коллекторы
По сравнению с обычным PV-коллектором в жидком коллекторе добавляется теплообменник и его изоляция. Этот обменник может быть разной формы; в наиболее частых случаях он состоит из адгезивных медных труб с различными технологиями на заднем слое или, что более эффективно, состоит из алюминиевого рельсового обменника, который обеспечивает лучшую передачу тепла. Теплообмен с коллектором жидкости очень эффективен для охлаждения фотоэлектрических элементов, увеличивая их выход.

Концентрационные коллекторы
Отказавшись от использования кремниевых элементов и внедрения тонкопленочной технологии, можно разработать гибридную панель, которая видит использование солнечной концентрации. Интересное приложение видит наличие концентратора CPC (от английского концентрационного параболического концентратора), в огне которого помещена трубка, на боковой поверхности которой размещена пленка тонкопленочных ячеек (например, CIS или CIGS). Эта конфигурация позволяет достичь более высоких выходов фотогальванических элементов (благодаря концентрации), но в то же время более эффективное удаление тепла (поскольку вся ячейка находится в контакте с теплоносителем).

Монтаж
Установка панелей PV-T включает в себя:

как любая солнечная панель, фиксирующие панели (как правило, на крыше)
как любая панель PV, установка электрических кабелей и оборудования вниз по течению (инвертор, …),
как любая тепловая панель, схема вентиляции, если она охлаждена воздухом, или гидравлический контур с аккумулятором горячей воды (если панель PV-T напрямую подключена к системе горячей воды, доступной на кране (а не только для отопления) на выходе из запаса обязательно подключить термостатический смесительный клапан безопасности, чтобы нельзя было сгореть слишком горячей водой.

Торговая система
Несколько французских производителей предлагают гибридные панели: DualSun, Sillia (с медным поглотителем), ABCD Intl, а также Cogen’air (воздушное охлаждение) и Systovi.

преимущества
Общий коэффициент энергоэффективности значительно выше, чем у фотогальванических панелей (12-20%), главным образом из-за теплового компонента (который также учитывает неиспользованное ИК-облучение только в PV — 46% от общего числа).

Кроме того, тепловой захват имеет два благоприятных эффекта на производство электроэнергии:

Фотогальванические клетки работают лучше. Действительно, их темный цвет, потому что они нагреваются на солнце, или их эффективность генерации энергии уменьшается с высокой температурой, особенно выше 45 ° С. На панели PV-T тепловой коллектор захватывает солнечные калории, которые охлаждают фотоэлементы и увеличивают их особенно во время пиков инсоляции. Тепло впрыскивается в аккумулятор (замкнутая вода / гликоль вообще) благодаря току, создаваемому фотогальваническими ячейками; это значительно улучшает производство электроэнергии (около 15% в парижском регионе по данным производителей).

Постоянное охлаждение панелей улучшает их срок службы и эффективность (увеличение КС тепловых насосов при подключении теплового насоса).

Эти преимущества особенно очевидны для панелей в центральном положении на крыше.

Равная стоимость установки гибридной панели снижается по сравнению с солнечной панелью PV и солнечной тепловой панелью.

Гибридная панель PV-T может работать быстрее в случае снега (или мороза или тумана), который затушевывает его: это можно устранить путем циркуляции теплоносителя в противоположном направлении. Панель PV-T также участвует в жаркую погоду, чтобы уменьшить тепло на чердаке дома, охлаждая крышу.