Običajno si, ko pomislite na sončne celice, predstavljate sončne fotovoltaike (PV): plošče, ki so nameščene na vrhu vaše strehe ali na odprtem prostoru in pretvarjajo sončno svetlobo v elektriko. Vendar so lahko sončne celice tudi toplotne, kar pomeni, da pretvarjajo sončno svetlobo v toploto namesto v električno energijo. Termodinamični sončni kolektorji so ena vrsta toplotnih sončnih kolektorjev – imenovanih tudi kolektorji – ki se močno razlikujejo od tradicionalnih termalnih kolektorjev; namesto neposredne sončne svetlobe lahko termodinamični sončni kolektorji proizvajajo energijo tudi iz toplote v zraku.
Ključni povzetki
Termodinamični solarni kolektorji lahko služijo kot kolektor in uparjalnik v toplotnih črpalkah s sončno pomočjo (SAHP) z direktno ekspanzijo.
Absorbirajo toploto iz sončne svetlobe in zunanjega zraka in običajno ne potrebujejo neposredne sončne svetlobe, čeprav morda ne delujejo tako dobro v hladnejših podnebjih
Potrebnih je več testiranj, da bi ocenili, kako dobro termodinamični sončni paneli delujejo v hladnejših podnebjih
Medtem ko so termodinamični solarni paneli najbolj priljubljeni v Evropi, nekateri že prihajajo na trg v Združenih državah
Kako deluje solarna toplotna črpalka?
SAHP za proizvodnjo toplote uporabljajo toplotno energijo sonca in toplotne črpalke. Čeprav lahko te sisteme konfigurirate na veliko različnih načinov, vedno vključujejo pet glavnih komponent: kolektorje, uparjalnik, kompresor, toplotni ekspanzijski ventil in rezervoar za izmenjavo toplote.
Kaj so termodinamični sončni paneli? Kako delujejo?
Termodinamični sončni kolektorji so sestavni deli nekaterih toplotnih črpalk s pomočjo sončne energije (SAHP), kjer služijo kot kolektor in segrevajo hladno hladilno sredstvo. Pri SAHP z direktno ekspanzijo služijo tudi kot uparjalnik: ker hladilno sredstvo kroži neposredno skozi termodinamično sončno ploščo in absorbira toploto, uparja in se iz tekočine spremeni v plin. Plin nato potuje skozi kompresor, kjer je pod tlakom, in nazadnje v hranilnik za izmenjavo toplote, kjer segreva vašo vodo.
Za razliko od fotovoltaike ali tradicionalnih termalnih sončnih kolektorjev, termodinamičnih sončnih kolektorjev ni treba postaviti na polno sončno svetlobo. Absorbirajo toploto neposredne sončne svetlobe, lahko pa tudi črpajo toploto iz okoliškega zraka. Medtem ko se termodinamični sončni kolektorji tehnično štejejo za sončne kolektorje, so na nek način bolj podobni toplotnim črpalkam na zrak. Termodinamične sončne kolektorje je mogoče namestiti na strehe ali stene, na soncu ali v popolni senci – opozorilo je, da če živite v hladnem podnebju, bodo verjetno najučinkoviteje delovali na polnem soncu, ker temperatura okoljskega zraka morda ni topla dovolj za zadovoljitev vaših potreb po ogrevanju.
Kaj pa solarna topla voda?
Solarni sistemi za toplo vodo uporabljajo tradicionalne kolektorje, ki lahko ogrevajo hladilno sredstvo, kot so termodinamični sončni kolektorji, ali vodo neposredno. Ti kolektorji potrebujejo polno sončno svetlobo, hladilno sredstvo ali voda pa se lahko premikata skozi sistem bodisi pasivno preko gravitacije bodisi aktivno preko krmilne črpalke. SAHP so učinkovitejši, ker vključujejo kompresor, ki pritiska in koncentrira toploto v plinastem hladilnem sredstvu, in ker vključujejo ventil za toplotno izmenjavo, ki uravnava hitrost, s katero hladilno sredstvo teče skozi uparjalnik – kar je lahko termodinamična sončna plošča – za maksimiranje proizvodnje energije.
Kako dobro delujejo termodinamični sončni paneli?
Za razliko od solarnih sistemov za toplo vodo so termodinamični solarni kolektorji še vedno tehnologija v razvoju in niso tako dobro preizkušeni. Leta 2014 je en neodvisni laboratorij, Narec Distributed Energy, izvedel teste v Blythu v Združenem kraljestvu, da bi ugotovil učinkovitost termodinamičnih sončnih kolektorjev. Blyth ima dokaj zmerno podnebje z obilnimi padavinami, testi pa so potekali od januarja do julija.
Rezultati so pokazali, da je bil koeficient učinkovitosti ali COP termodinamičnega sistema SAHP 2,2 (če upoštevate izgubo toplote iz rezervoarja za izmenjavo toplote). Toplotne črpalke običajno veljajo za zelo učinkovite, ko dosegajo COP nad 3,0. Čeprav je ta študija pokazala, da leta 2014 termodinamični sončni kolektorji niso bili zelo učinkoviti v zmernem podnebju, lahko učinkoviteje delujejo v toplejših podnebjih. Poleg tega, ker tehnologija še naprej napreduje, bodo termodinamični sončni paneli verjetno potrebovali novo neodvisno študijo testiranja.
Kako oceniti učinkovitost solarnih toplotnih črpalk
Preden izberete SAHP, morate primerjati koeficient učinkovitosti (COP) različnih sistemov. COP je merilo učinkovitosti toplotne črpalke, ki temelji na razmerju proizvedene koristne toplote v primerjavi z vloženo energijo. Višji COP pomenijo učinkovitejše SAHP in nižje operativne stroške. Medtem ko je najvišji COP, ki ga lahko doseže katera koli toplotna črpalka, 4,5, veljajo toplotne črpalke s COP nad 3,0 za zelo učinkovite.
Čas objave: 19. julij 2022