صفحه اصلیانرژی خورشیدیدسته بندی نشدهکلکتورهای فتوولتائیک - حرارتی

کلکتورهای فتوولتائیک - حرارتی

 

 نویسنده : محسن نصیرزاده

 کارشناس ارشد مکانیک گرایش تبدیل انرژی

کلکتورهای هیبرید فتوولتائیک – حرارتی، دستگاه هایی هستند که انرژی خورشیدی را به طور همزمان به الکتریسیته و گرما تبدیل می کنند. تلاش هاي زیادي براي کاهش هزینه ی تولید سلول های فتوولتائیک و افزایش راندمان آن ها و جمع آوری انرژي بیشتر در واحد سطح آرایه انجام شده است. عملکرد سیستم فتوولتائیک تحت تأثیر پارامترهاي مختلفی از جمله دما می باشد. بخشی از تشعشع خورشیدي جذب شده که به الکتریسیته تبدیل نشده است، به انرژي حرارتی تبدیل گشته و سبب کاهش راندمان الکتریکی می گردد. این اثر نامطلوب که منجر به افزایش دمای سلول می شود و راندمان الکتریکی را کاهش می دهد، توسط یک روش مناسب خروج حرارت، می تواند تعدیل شود. سیستم های خورشیدی فتوولتائیک حرارتی متشکل از مدول هاي فتوولتائیک و کلکتورهای حرارتی، براي خنک کاری سلول های فتوولتائیک، استفاده از حرارت تولید شده توسط پانل و افزایش انرژي خروجی سیستم قابل کاربرد هستند. با گردش مناسب یک سیال با دماي ورودي پایین، حرارت از پانل خارج گشته و راندمان الکتریکی در حد مناسبی قرار می گیرد. انرژي حرارتی خارج شده، به روش های مختلفی قابل استفاده است و بدین طریق، می توان انرژي خروجی سیستم را افزایش داد. یک  کلکتور فتوولتائیک ـ حرارتی شامل یک ماژول PV است که یک صفحه جاذب به پشت آن وصل شده است. از آنجایی که با افزایش دما در ماژول های PV راندمان الکتریکی کاهش می یابد بنابراین صفحات جاذب در کلکتورهای PV/T دو کاربرد اصلی دارند: 

اول سرد کردن ماژول های PV و در نتیجه بهبود عملکرد الکتریکی.

دوم جمع آوری انرژی حرارتی و جلوگیری از هدر رفتن آن به صورت گرما به محیط.

 

این گرمای جمع آوری شده در جاهایی که به دمای خیلی زیاد نیازی نیست می تواند کاربرد داشته باشد از جمله آب گرم خانگی مورد استفاده در شستشو و حمام. در سالهاي اخیر تحقیقات در زمینه تولید توان فتوولتاییک همراه با ترکیب واحد حرارتی به صورت چشمگیري افزایش یافته است  این ترکیب با نام واحد فتوولتاییک ـ حرارتی شناخته می شود. نتیجه استفاده همزمان واحد حرارتی با واحد الکتریکی، بازدهی بیشتر الکتریکی، افزایش بازده کلی دستگاه، افزایش طول عمر سیستم و دوام بیشتر سلول ها به واسطه کاهش دما می باشد و از لحاظ اقتصادي نیز به صرفه تر است و بازگشت سرمایه در مدت زمان کوتاه تري انجام می پذیرد. در محاسبات انجام شده توسط مرکز تحقیقات انرژي هلند، نشان داده شده است که می توان مساحت صفحات را با تولید انرژي یکسان با استفاده از کلکتورهای فتوولتائیک حرارتی تا %40 کاهش داد مشکلاتی از قبیل راندمان پایین سلول های PV در کنار هزینه بالایشان و هچنین فضای محدود برای نصب سیستم های حرارتی و الکتریکی به طور جداگانه از عوامل پیشرفت سیستم های فتوولتائیک ـ حرارتی ذکر شده است.

کلکتورهای فتوولتائیک ـ حرارتی با توجه به سیال عاملی که در آن ها استفاده می شود به انواع مختلفی که در شکل زیر نشان داده شده اند دسته بندی می شوند. سیال مورد استفاده در فرایند خنک کاري با توجه به موقعیت، امکانات و نیاز مصرف کننده تعیین می گردد که می تواند آب یا هوا باشد ( سیالات دیگر از قبیل روغن ها و سیالات مورد استفاده در سیستم هاي تبرید به علت هزینه هاي بالا و عدم بهره وري اقتصادي مورد استفاده قرار نمی گیرند ). استفاده از هر کدام از این سیال ها (آب یا هوا) در کلکتور مزایا و معایبی دارد. کلکتورهاي فتوولتائیک ـ حرارتی با سیال کاري آب ظرفیت گرمایی و هدایت حرارتی بالایی دارند در نتیجه نرخ انتقال حرارت در واحد سطح در این نوع کلکتورها بالا بوده و به تبع آن داراي بازدهی کلی بالایی می باشند. مایع چگالی بالایی نسبت به هوا دارد، بنابراین دبی کمتري از سیال براي استحصال میزان یکسان حرارت از سلول ها نیاز است. در این کلکتورها براي گردش سیال خنک کننده در کلکتور می توان از سیستم ثقلی کمک گرفت که سبب کاهش در هزینه ها می شود. در مقابل در کلکتورهاي فتوولتائیک ـ حرارتی با سیال کاري هوا امکان یخ زدگی و جوشش در سیال که سبب توقف کارکرد می شود وجود ندارد. همچنین در صورت بروز نشتی آسیبی به سیستم وارد نمی شود و در استفاده طولانی مدت استهلاك سیستم کمتر و نیز هزینه هاي اولیه نسبت به کلکتورهایی با سیال کاري مایع کمتر است.

 

در شکل زیر مکانیزم انتقال حرارت یک کلکتور فتوولتائیک حرارتی نشان داده شده است.

 

یکی از موارد استفاده از گردآورنده هاي فتوولتائیک ـ حرارتی، استفاده از آن ها به عنوان سیستم تهویه مطبوع ساختمان ها است که با نصب این سیستم بر روي سقف و نماي ساختمان ها می توان از آن به عنوان مولد انرژي الکتریکی و انرژي حرارتی استفاده کرد.  این سیستم ها همچنین با معماری ساختمان ها سازگاری بسیار خوبی دارند و در خیلی از موارد می توانند باعث زیبایی واحدهایی که از آن ها استفاده می کنند شوند.

بازگشت به بالا