Co gdyby istniał sprytny sposób na jednoczesne zarządzanie energią elektryczną i cieplną? Inżynierowie z Węgier i Iraku stworzyli właśnie taki system, a jego efekty pokazują, że przyszłość fotowoltaiki może być znacznie wydajniejsza, niż kiedykolwiek sądziliśmy.
Inżynierowie obniżyli temperaturę paneli i niemal podwoili ich wydajność
Podstawą tej innowacji jest niewielki panel polikrystaliczny o mocy 60 watów, który został zmodyfikowany o perforowaną ramę i miedziany system podwójnego chłodzenia, bo wodą i powietrzem. Rama miała 152 boczne otwory wentylacyjne, a z tyłu znalazł się wiatrak, który zasysał powietrze z prędkością ok. 1,1 m/s. Dodatkowo, z tyłu panelu został przyklejony miedziany wężyk w formie serpentyny oraz 11 piramidalnych radiatorów, co znacząco zwiększyło przewodnictwo cieplne. Wszystko po to, aby “zbierać” ciepło z panelu fotowoltaicznego. Podczas gdy podgrzana woda chłodząca trafia do zbiornika i może zostać użyta ponownie, tak samo rozgrzane powietrze jest w aktualnej formie projektu po prostu rozpraszane, choć można je zbierać i wykorzystywać np. do ogrzewania wnętrz.
Czytaj też: Smartfon ładowany ciepłem kawy, czyli termoelektryczny przełom
W warunkach testowych w Gödöllő (Węgry) w maju 2024 roku, przy nasłonecznieniu 1018,76 W/m², moc panelu bez chłodzenia wyniosła ok. 30 watów, a przy zastosowaniu chłodzenia powietrzem i wodą wzrosła aż do 43 watów, co oznacza wzrost o 42%. Temperatura ogniw spadła z kolei o 12,5°C względem panelu bez chłodzenia i o 5,4°C w porównaniu do panelu chłodzonego tylko powietrzem. Chłodzony panel słoneczny osiągnął więc sprawność cieplną do 75%, czyli znacznie wyższą niż 50,5% w wersji chłodzonej tylko powietrzem. Jeszcze ciekawszy był wskaźnik sprawności energetycznej, czyli zdolności do wykorzystania energii do pracy, bo ten wzrósł z 24 do 35,3% względem wersji chłodzonej powietrzem i z ledwie 7% z wersji bez jakiegokolwiek chłodzenia.
Czytaj też: Atom dla wszystkich. Czy właśnie obserwujemy początek rewolucji w energetyce jądrowej?
Oczywiście nie jest to tania zabawa, bo dodawanie systemów chłodzenia do paneli słonecznych jest po prostu drogie. Tyle tylko, że choć koszt wersji chłodzonej wynosi około 7200 zł, czyli o prawie 3400 zł więcej, to zwrot z inwestycji skraca się z 325 do 173 dni, a to przy skali i w dłuższym czasie jest wręcz rewolucyjne… o ile pominiemy kwestię potencjalnych awarii dodatkowych części. Dziś pewne jest jednak, że samo chłodzenie paneli to nie tylko stabilizacja wydajności, ale także odzysk energii cieplnej, która zwykle jest tracona. Podgrzane powietrze lub woda mogą zostać wykorzystane do ogrzewania niskotemperaturowego, np. podłogowego, albo jako ciepła woda użytkowa. Co więcej, podwójne chłodzenie (powietrzem i wodą) znacznie przewyższa efektywnością pojedyncze systemy, a zastosowanie miedzi i otworów wentylacyjnych zwiększa przewodnictwo i konwekcję bez potrzeby instalowania drogich urządzeń.
Czytaj też: Rewolucyjny akumulator rozładowuje się sam. Chiny powiedziały “dosyć”
Musimy pamiętać, że jest to dopiero eksperyment z małym panelem, a wdrożenie na skalę przemysłową wymagałoby przeprojektowania kanałów chłodzenia, pomp, produkcji i automatyki. Trwałość w różnych warunkach pogodowych (deszczu, kurzu, mrozie) nie została jeszcze zbadana i to samo tyczy się pełnej analizy cyklu życia (produkcja, konserwacja, utylizacja), która także pozostaje do wykonania. Mimo to koncepcja podwójnego chłodzenia fotowoltaiki ma ogromny potencjał w zastosowaniach takich jak BIPV (fotowoltaika zintegrowana z budynkami), szklarniach solarnych, obiektach suszących żywność czy drewno, a nawet mikrosieciach energetycznych.