ANALIZA TECHNICZNO-EKONOMICZNA HYBRYDOWEJ MIKROINSTALACJI SŁONECZNEJ

Artykuł jest poświęcony analizie hybrydowej instalacji słonecznej. Publikacja dotyczy zarówno wytwarzania energii elektrycznej, jak i ciepła z energii promieniowania słonecznego. Największym problemem związanym z wytwarzaniem energii elektrycznej z energii słonecznej jest stosunkowo niska sprawność obecnie dostępnych ogniw fotowoltaicznych. Większość absorbowanej energii słonecznej jest konwertowana na ciepło, które jest tracone do otoczenia. Ciepło podwyższa temperaturę ogniw fotowoltaicznych. Ogniwa fotowoltaiczne mają tę własność, że im wyższa jest ich temperatura tym niższą osiągają sprawność. Aby rozwiązać ten problem odbiera się ciepło od ogniw fotowoltaicznych - takie rozwiązanie stosuje się w kolektorach hybrydowych PVT (ang. photovoltaic thermal).

W artykule opisany został model promieniowania słonecznego oraz model rozważanej instalacji. Jako wejściowe dane pogodowe wykorzystano temperaturę powietrza zewnętrznego, promieniowanie całkowite i jego składowe. Natężenie promieniowania półsferycznego padającego na płaszczyznę odbiornika o danej orientacji i pochyleniu było wyznaczane za pomocą modelu izotropowego promieniowania słonecznego dyfuzyjnego (model Liu-Jordana). Do zamodelowania kolektora hybrydowego PVT wykorzystano zmodyfikowany model Hottela-Whilliera-Blissa. Z przeprowadzonej analizy wynika, że instalacja PVT o mocy elektrycznej 2 kWp może wytworzyć 1714 kWh energii elektrycznej przez rok oraz 2359 kWh ciepła przez rok. Zaprezentowane w artykule wyniki dowodzą, że układy hybrydowe PVT mogą być efektywnie stosowane w warunkach krajowych, jednak okres zwrotu nakładów inwestycyjnych jest dość długi (około 16 lat).

Pełny tekst (pdf)

[1]       Bai A., Popp J., Balogh P., Gabnai Z., Palyi B., Farkas I., Pinter G., Zsiboracs: Technical and economic effects of cooling of monocrystalline photovoltaic modules under Hungarian conditions, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 60, 2016, 1086-1099.

[2]       Radziemska E.: Thermal performance of Si and GaAs based solar cells and modules: a review. Progr. Energy Combust. Sci., 2003, 29, 407-424.

[3]       Tripanagnostopoulos Y.: Aspects and improvements of hybrid photovoltaic/thermal solar energy systems, Solar Energy 81, 2007, 1117-1131.

[4]       Lewandowski W.M.: Proekologiczne odnawialne źródła energii, Wydawnictwo WNT, Warszawa 2012.

[5]       Bigorajski J. Chwieduk D.: Systemy hybrydowe fotowoltaiczno-termiczno-słoneczne, w: Wybrane problemy techniki Dzięgielewski Andrzej, Szychowski Dariusz, Wernik Jacek ( red.), 2015, 269-279.

[6]       Tripanagnostopoulos Y. (2012), Photovoltaic/Thermal Solar Collectors, In: Comprehensive Renewable Energy, Volume 3.

[7]       Olchowik J.M. i in.: Comparative analysis of solar cells efficiency in stationary and navigated hybrid systems under southeast Poland conditions, Photovoltaic Energy Conversion, 2006 IEEE 2006 Proc. of 4th World Conference on Photovol    taic Energy Conversion, Waikoloa, Hawaii, 7-12 maja 2006.

[8]       Strona internetowa Ministerstwa Infrastruktury i Budownictwa, http://mib.gov.pl/2-Wskazniki_emisji_wartosci_opalowe_paliwa.htm#, data dostępu: 18.05.2016.

[9]       Chwieduk D. (2011), Energetyka słoneczna budynku, Wydawnictwo "Arkady", Warszawa.

[10]   Skoplaki E., Palyvos J.A., Operating temperature of photovoltaic modules: A survey of pertinent correlations, Renewable energy 34, 2009, 23-29.

[11]   Moharram K.A., Abd-Elhady M.S., Kandil H.A., El-Sherif H.: Enhancing the performance of photovoltaic panels by water cooling, Ain Shams Engineering Journal 2013, 4, 869-877.

[12]   Piątek W.: Ekonomika różnych instalacji PV, Ośrodek Szkoleniowo-Badawczy w Zakresie Energii Odnawialnej w Ostoi, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie, 2014.

[13]   Anderson T.N., Duke M., Morrison G.L., Carson J.K. (2009), Performance of a building integrated photovoltaic/thermal (BIPVT) solar collector, Solar Energy, str. 445-455.

[14]   Chwieduk Dorota, Bigorajski Jarosław, Michał Chwieduk: Narzędzie użytkowe wymiarowania i symulacji funkcjonowania słonecznych systemów grzewczych w warunkach krajowych, w: Instal, Ośrodek Informacji "Technika instalacyjna w budownictwie", nr 12, 2013, ss. 39-42.