Фотоэлектрические тепловые (ФТ) системы для комбинированного производства тепла и электроэнергии: технологии и внедрение

Аннотация: Солнечная фотоэлектрическая тепловая технология (ФТТ) использует отходящее тепло фотоэлектрических панелей для выработки электроэнергии. Эта технология не только обеспечивает комбинированную выработку солнечного тепла и электроэнергии, но и снижает температуру панелей, повышая эффективность выработки электроэнергии. Эта технология, особенно в сочетании с низкотемпературным хранением отходящего тепла для сезонного хранения, открывает большие перспективы для будущих применений.

Технология фотоэлектрической генерации энергии является высокоразвитой и широко распространенной, предлагая перспективные области применения. Однако её эффективность составляет всего около 20%, что приводит к значительным потерям солнечной энергии в окружающей среде.

Без фотоэлектрической генерации все солнечное тепло теряется в окружающую среду. Для сравнения, КПД в 20% вполне достаточен. Фотоэлектрические панели также обладают эффектом концентрации тепла, достигая температуры до 50 или 60 градусов по Цельсию. Это концентрированное тепло снижает эффективность производства фотоэлектрической энергии, сокращает срок ее службы и отрицательно влияет на панели. Тепло, которое бесконтрольно рассеивается в окружающую среду, также не способствует повторному использованию.

Низкоуглеродные источники энергии встречаются редко, например, в сфере отопления. Производство тепла требует потребления первичной энергии, что потребляет значительные объёмы энергии, является дорогостоящим и приводит к значительным выбросам углерода. Повторное использование тепла, собранного фотоэлектрическими панелями, может снизить повреждение панелей, повысить эффективность производства электроэнергии и обеспечить источник тепла с нулевым уровнем выбросов углерода, открывая перспективные возможности для применения. С ростом числа фотоэлектрических проектов этот объём тепла также весьма значителен.

Солнечная фотоэлектрическая тепловая технология (PVT) позволяет использовать отходящее тепло от фотоэлектрической генерации, обеспечивая комбинированную выработку солнечного тепла и электроэнергии.

Фотоэлектрическая система состоит из двух компонентов: фотоэлектрических модулей и радиаторов. Фотоэлектрические модули представляют собой традиционную технологию, включающую фотоэлектрическое стекло, плёнку ЭВА, солнечные элементы и защитный слой. Радиаторы состоят из теплопоглощающего слоя, теплопередающих трубок и изоляционных материалов. Эти два компонента собираются вместе, и внешние компоненты, такие как рама и распределительная коробка, устанавливаются, формируя фотоэлектрическую систему.

Системы PVT доступны в двух вариантах: с жидкостным и воздушным охлаждением. В жидкостном охлаждении в качестве хладагента обычно используется вода, хотя в холодных регионах может использоваться и антифриз. Конструкция показана на рисунке выше. В воздушном охлаждении используется газ, обычно воздух, как показано на рисунке ниже. Эти два типа систем имеют различное применение.

Воздушные тепловые пушки (ПТП) имеют более широкие охлаждающие каналы, а температура на выходе регулируется за счёт регулирования расхода газа. Горячий воздух, генерируемый этим изделием, перегревается, что может использоваться двумя способами: как прямой источник тепла для сушки таких продуктов, как сельскохозяйственная продукция и пищевые продукты, не подлежащих высокотемпературной сушке, или как низкотемпературный источник тепла в воздушном тепловом насосе для получения высокотемпературного тепла.

Охлаждающий канал водоохлаждаемого PVT, как правило, представляет собой тонкую трубку. Для обеспечения охлаждения всей поверхности пластины, теплообменная трубка должна быть плотно интегрирована с пластиной для достижения лучшего эффекта рекуперации тепла. Температура воды на выходе из водоохлаждаемого PVT низкая, что затрудняет её прямое использование. Обычно её необходимо использовать совместно с тепловым насосом.

Системы панелей PVT с тепловыми насосами

В целом, наиболее распространенными сценариями применения технологии PVT являются следующие:

(1) Процесс сушки: система PVT с воздушным охлаждением используется для получения перегретого воздуха, удаляющего влагу из высушенного материала. Низкая температура воздуха для сушки не влияет на качество. Обычно используется для сушки сельскохозяйственных культур и продуктов питания, а также в других областях с высокими требованиями к качеству.

(2) Распределенное отопление: PVT+тепловой насос используется для получения горячей воды для отопления, горячего водоснабжения и т. д. По сравнению с традиционным методом воздушного теплового насоса диапазон оптимизации параметров процесса PVT+тепловой насос широк, а экономичность очень хороша.

(3) Межсезонное централизованное отопление: Это сценарий широкомасштабного применения технологии PVT в будущем. Она особенно подходит для случаев, когда требуется значительное пространство, например, для отопления сельской местности. Системы отопления в сельской местности имеют мало полезного отходящего тепла, поэтому прямое использование воздушных тепловых насосов потребляет значительное количество энергии. Используя обширные пространства сельской местности, системы PVT на крышах могут собирать солнечный свет, а подземные трубы могут накапливать тепло в почве в межсезонье. Тепловые насосы могут затем использовать геотермальное тепло для отопления зимой. Это позволяет накапливать низкотемпературное отходящее тепло в течение всего сезона, повышая температуру отходящего тепла теплового насоса и значительно снижая эксплуатационные расходы.

Подводя итог, можно сказать, что технология PVT, являясь недорогим усовершенствованием фотоэлектрической технологии, является мощным дополнением к солнечной фотоэлектрической технологии. При наличии подходящих методов утилизации отходящего тепла, таких как сушка, горячее водоснабжение или межсезонное отопление, технология PVT может значительно повысить эффективность системы, снизить эксплуатационные расходы и обладает многообещающими перспективами развития.