EN
Kombinace technologií využívajících obnovitelné zdroje energie je větší než součet jejich jednotlivých částí. Fotovoltaicko-tepelné systémy spojené s tepelnými čerpadly patří mezi nejslibnější hybridní řešení pro udržitelné zásobování budov energií. Na rozdíl od konvenčních forem solárního tepla nebo technologií přenosu slunečního světla jsou technologie PVT schopny získat zároveň elektřinu i teplo, zatímco tepelné čerpadlo zvyšuje nízkopotenciální tepelnou energii (teplo) na použitelnou teplotu. Společně tvoří silnou dvojici, jejíž účinnost byla ověřena a otestována v reálných instalacích po celém světě.
Jak hybridní systém funguje
Kolektor PVT (fotovoltaicko-teplený) je klíčovým prvkem tohoto systému a skládá se z fotovoltaických článků připevněných na tepelný absorbér na zadní straně. Fotovoltaické články vyrábějí elektřinu při osvětlení sluncem, zatímco tepelný absorbér zachycuje ztrátové teplo panelů a předává ho kapalině cirkulující v systému. Dvoufunkční konstrukce tohoto produktu řeší jednu ze základních nevýhod konvenčních solárních fotovoltaických modulů – přehřívání. Za normálních provozních podmínek chladicího systému PVT byla tato energie studována a ukázalo se, že elektrická účinnost se významně zlepšuje použitím chladicího systému PVT.
Získané teplo je poté využito jako zdroj tepla s nízkou teplotou v chladicím okruhu tepelného čerpadla, čímž se zmenší zátěž kompresoru. U mnoha konfigurací tvoří tepelná energie vyrobená fotovoltaicko-teplenými (PVT) systémy významnou část tepla dodávaného do systému. Například metoda přečerpání kapaliny zaručuje lepší smáčení stěn a plné využití povrchu dostupného pro výměnu tepla; to umožňuje kompresoru nasávat páru vyšší hustoty a zvyšuje tak tepelný i elektrický výkon. Tato účinná kombinace obou technologií vytváří uzavřený okruh, neboť odpadní teplo je využíváno jako zdroj.
Metriky výkonu z reálných instalací
Výkon hybridních systémů PVT a tepelných čerpadel je působivý, což potvrzují i reálná měření. U skleníku umístěného na zkušebním zařízení pro podmínky skutečné zimy byly zkoumány hybridní systémy – pole slunečních kolektorů PVT o výkonu 12 kW a tepelné čerpadlo s proměnnou rychlostí o výkonu 10 kW – z hlediska tepelného i elektrického výkonu. Teplota uvnitř skleníku zůstala po celou zimu stabilní na 10 °C bez ohledu na vnější teplotu pod -10,5 °C; dodané množství tepla činilo 11 253 kWh. V období mimo sezónu, kdy nebyla téměř žádná potřeba vytápění prostoru, bylo zbývajících 11 125 kWh uloženo a následně převedeno do ročního vytápěcího zatížení, čímž celkové roční dodané teplo dosáhlo 22 378 kWh.
Z hlediska elektrické energie systém PVT vyrobil během roku 3 839 kWh elektřiny, čímž pokryl 36,72 % celkové spotřeby elektřiny tepelným čerpadlem a pomocným systémem. Výzkum ukázal, že sezónní koeficient výkonu (CoP) 3,38 při integraci kolektorů PVT s tepelným čerpadlem za chladných podmínek umožňuje významné úspory energie a snižuje závislost na konvenční síťové elektřině.
V komerční budově dosáhl systém s plochou kolektorů PVT 392 m² v průměrném týdnu topného CoP mezi 5,8 a 6,3. Celkové CoP komplexního systému dosáhlo až 11,4, zatímco průměrné roční CoP činilo 5,5. Dobou návratnosti investice do tohoto systému bylo pouze 3,8 roku. Další celoroční studie ukázala průměrné hodnoty CoP 2,92 v zimě, 3,69 v létě a 3,46 v přechodných obdobích; průměrná tepelná účinnost odpařovače PVT činila 60,37 % a celková termoelektrická účinnost 70,12 % pro průměrné měsíce. Tyto údaje se vztahují na aplikace a ekonomické výhody.
Aplikace a ekonomické výhody
Hybridní systémy tepelných čerpadel PVT mohou být zvláště výhodné pro objekty s vysokou roční tepelnou poptávkou, například bazény, práčovny a skleníky. Tyto systémy mohou pokrýt většinu, případně veškeré, tepelné požadavky a při použití jako „primární“ zdroj energie pro solární systém mohou pokrýt i mnoho elektrických požadavků domácích spotřebičů na takovém objektu. V posledních letech byly zavedeny systémy tepelných čerpadel se zemním zdrojem podporované technologií PVT (PVT-GHP), u nichž byla prokázána až o 20 % vyšší celková exergická účinnost PVT a o 25,6 % nižší vrcholová teplota fotovoltaického panelu.
Úspory nákladů nejsou pouze spojené s energetickou spotřebou. V jednom komerčním aplikací bylo zjištěno, že systém snížil roční kolísání teploty půdního tepelného ukládání pouze o 0,4 °C a doba návratnosti investice činila 3,8 roku. Se zvyšující se vzdáleností vrtných otvorů se doba návratnosti zkrátila o 18,8 %. Instalace fototermických (PVT) systémů spolu s tepelnými čerpadly prokázaly úsporu elektrické energie ze sítě až o 70 % a tím i úsporu emisí CO₂ a celkových životních nákladů!
Budoucí důsledky
Přechod na obnovitelné zdroje energie je na prahu, předpisy týkající se energetické účinnosti budov budou vymáhány silněji než kdy dříve a hybridní systémy PVT-teplených čerpadel budou hrát klíčovou roli. Tato technologie také ukazuje, že systémy využívající obnovitelné zdroje energie lze navrhovat tak, aby jejich kombinovaný provoz výrazně překračoval výkon jednotlivých komponentů. Hybridní systém PVT-tepleného čerpadla je proto osvědčeným, ekonomickým a ekologicky výhodným řešením pro ty, kteří uvažují o investicích do svých prostor za účelem dosažení energetické udržitelnosti.
Společnost Jiangsu DHC Environmental Si-Tech Co., Ltd, založená v roce 2009, se zaměřuje na produkty z obnovitelných zdrojů energie. Na základě vysoké kvality a služeb dodává společnost všechny moduly PVT solárních panelů, tepelná čerpadla, větrné turbíny a baterie LiFePO₄ pro použití v hybridních systémech. Kontaktujte nás ještě dnes a zjistěte, jak naše řešení snižují vaše provozní náklady a poskytují vám energetickou nezávislost.
