Technologia opracowana przez zespoły z Węgier i Iraku to nie tylko przykład innowacyjnej inżynierii, ale także realna szansa na poprawę efektywności systemów solarnych w skali globalnej. Poprzez zwiększenie wydajności i skrócenie okresu zwrotu inwestycji, rozwiązanie to może przyczynić się do szybszej transformacji energetycznej i ograniczenia emisji gazów cieplarnianych.
Zespoły badawcze z Węgierskiego Uniwersytetu Rolniczego oraz Uniwersytetu Kufa w Iraku opracowały innowacyjny system chłodzenia paneli fotowoltaicznych, który łączy chłodzenie powietrzem i wodą w jednym rozwiązaniu. Technologia ta, oparta na perforowanej ramie i spiralnych rurkach wodnych z żebrowaniem, wykazuje znacznie lepszą efektywność energetyczną i cieplną niż dotychczas stosowane rozwiązania. Co więcej, jej wdrożenie może istotnie przyczynić się do walki z globalnym ociepleniem i pomóc w realizacji celów zrównoważonego rozwoju.
System, nazwany PV-d (Photovoltaic dual-cooled), wykorzystuje podwójny mechanizm chłodzenia: powietrzny i wodny. Rama panelu została zaprojektowana z 152 otworami wentylacyjnymi, które umożliwiają lepszy przepływ powietrza. Na tylnej części panelu zamontowano wentylator regulujący przepływ powietrza z prędkością 1,1 m/s. Równolegle zastosowano spiralną rurę miedzianą z 11 żebrami chłodzącymi, które optymalizują przewodnictwo cieplne. Zarówno rura, jak i żebra zostały przymocowane do powierzchni panelu specjalnym klejem termoprzewodzącym, co zapewnia bezpośredni kontakt i lepszy transfer ciepła.
Efekt? Wydajność elektryczna panelu wzrosła o 42,4% w porównaniu z modułem referencyjnym bez chłodzenia. W warunkach nasłonecznienia 1018,76 W/m² system PV-d generował do 42,87 W energii elektrycznej, podczas gdy klasyczny panel osiągał tylko 30 W.
Jednym z głównych wyzwań związanych z panelami fotowoltaicznymi jest ich przegrzewanie się podczas intensywnego nasłonecznienia. Wysoka temperatura obniża sprawność konwersji energii słonecznej na elektryczną, a co za tym idzie, zmniejsza ogólną efektywność systemu. W skrajnych przypadkach może również prowadzić do trwałych uszkodzeń modułów.
Nowy system PV-d znacząco rozwiązuje ten problem. Średnia temperatura ogniw słonecznych w tym układzie była niższa o 5,4°C względem paneli chłodzonych powietrzem (PV-a) i aż o 12,5°C niższa w porównaniu z panelami bez chłodzenia. Zmniejszenie temperatury przekłada się bezpośrednio na poprawę efektywności oraz wydłużenie żywotności paneli.
Nie bez znaczenia pozostają również korzyści ekonomiczne. Badacze oszacowali, że czas zwrotu inwestycji w system PV-d wynosi zaledwie 173 dni, podczas gdy dla tradycyjnych modułów PV-r czas ten wynosi ponad 320 dni. To ogromna różnica, która może zadecydować o szerszym wdrożeniu tej technologii, zwłaszcza w krajach o wysokim poziomie nasłonecznienia.
Co więcej, konstrukcja systemu pozwala na wykorzystanie odpadowego ciepła: podgrzane powietrze można wykorzystać do ogrzewania pomieszczeń, a gorącą wodę z rur do zastosowań sanitarnych. Taka integracja to krok w stronę tzw. kolektorów hybrydowych (PV/T), które łączą w sobie produkcję energii elektrycznej i cieplnej.
Dotychczas naukowcy próbowali różnych metod chłodzenia paneli – od prostych rozwiązań zraszających wodą, przez bardziej zaawansowane systemy z nanopłynami, po eksperymenty z materiałami zmiennofazowymi (PCM). Niektóre z tych metod, jak zastosowanie nanocieczy z węglem czy grafenem, pozwalały na redukcję temperatury nawet o kilkanaście stopni Celsjusza. Inne, jak PCM, miały jednak ograniczenia kosztowe lub technologiczne.
W porównaniu z tymi metodami nowy system PV-d wyróżnia się prostotą konstrukcji, relatywnie niskimi kosztami wdrożenia i wysoką skutecznością. Jego największą zaletą jest fakt, że wykorzystuje dotychczas niedoceniane elementy konstrukcyjne – ramy boczne paneli – jako aktywne komponenty układu chłodzenia.
W obliczu rosnących wymagań klimatycznych i globalnego zapotrzebowania na energię odnawialną, systemy takie jak PV-d mogą stać się fundamentem nowoczesnych, zrównoważonych instalacji solarnych. Jak pokazuje ten projekt, innowacje często tkwią w szczegółach – wystarczy tylko spojrzeć na panel słoneczny z innej perspektywy.
Grafika: Tomasz Szwast / Antyweb
Hej, jesteśmy na Google News - Obserwuj to, co ważne w techu
