TEHNOLOGIJA

Pripremio: Jozef Baruhović, dipl inž.

Novi hibridni solarni fotoelektrični-termički kolektor

Što više energije od Sunca

Dobri su izgledi za veću upotrebu novog hibridnog solarnog kolektora PV-T koji treba da objedini “struju i vodu” i da sunčevu energije još više uvede u naš svakodnevni život. Šta je novo kod tih hibridnih kolektora? Novo je objedinjavanje struje i vode u jedno kolektorsko kućište. Sam po sebi koncept je privlačan i logičan, ali otvara probleme za industriju i sadašnji nivo proizvodnje kolektora, koji se razvijao uglavnom u dva odvojena pravca: solarni - termički kolektori (T) za dobijanje tople sanitarne vode i solarni fotoelektrični kolektori (FE) za dobijanje električne energije.

Do sada su postojali solarni kolektori za proizvodnju tople sanitarne vode, tj. termički kolektori koji su pretvarali sunčevu energije u toplu vodu, i solarni fotoelektrični kolektori koji su pretvarali tu istu energije direktno u električnu energiju. Ta dva tipa kolektora bila su razdvojena i ugrađivana u odvojena kućišta. Novo je da se sada, za dobijanje toplotne i električne energije, koriste dva kolektora-prijemnika postavljena u jedno kućište.

Ideja da se izvrši objedinjavanje dva kolektora u jedan nije nova, ali je sada ostvarljiva zahvaljujući napretku tehnologije i primeni boljih izolacionih materijala. Novi hibridni kolektor objedinjava u jednom kućištu dva “nepomirljiva energenta”, električnu struju i toplu vodu.

Kako hladiti kolektor

Sunce šalje široki spektar elektromagnetnih talasa različitih talasnih dužina. Od interesa za dobijanje termičke i električne energije su dva talasna opsega tog zračenja: “vidljivi” deo, talasne dužine 400-750 nm, i “nevidljivi“ deo, “infra crveni”, talasne dužine 750 nm-1mm (nm - milijarditi deo metra). Vidljivi deo spektra proizvodi električnu energiju. Nevidljivi deo spektra proizvodi toplotnu energiju tj. toplu vodu ili topao vazduh. Objedinjeni, ova dva energenta podižu stepen iskorišćenje novog hibridnog kolektora na 50%-60%, što je znatno više od čisto termičkog i čistog fotoelektričnog kolektora.

Novi hibridni kolektor predstavlja zbir oba prethodna jer termički kolektor ima stepen iskorišćenja cca. 45% a fotoelektrični 15%-do18%. Pri sadašnjem stanju solarne tehnike, novi hibridni solarni kolektori proizvode 300-400 W po m2 površine kolektora. Od toga, na električnu energiju otpada 100-150W a ostalo je toplotna energija u vidu tople vode ili toplog vazduha.

Nedostatak fotoelektričnih kolektora je u tome što stepen iskorišćenja opada sa porastom radne temperature, tj. ambijenta u kojem je kolektor postavljen. To je problem za fotoelektrične kolektore koji se obično postavljaju na krovove zgrada gde temperature leti može da dostigne preko 80 stepeni C. Optimalna radna temperatura za fotoelektrične kolektore je 25 stepeni C. Fotoelektrični kolektor koji odaje 250 W pri temperaturi od 25 stepeni C, pri temperaturi od 80 stepeni C odaje 170 W a pri temperaturi od 120 stepeni C samo 130 W. Kolektor koji na temperaturi od 25 C odaje 10 kW, na temperaturi od 80 stepeni C odaje samo 7 kW, tako da je ključni tehnički problem kako ohladiti fotoelektrični kolektor.

Neočekivani “brak”

Rešenje se samo po sebi nametnulo: “brak” dva kolektora - fotoelektričnog i termičkog - daje optimalno rešenje. “Brak” čini komplementarnu celinu koja se dopunjuje. Pri tome, rashladni medijumi mogu biti voda ili vazduh. Električna energija iz fotoelektričnog dela kolektora priključuje se na električnu mrežu preko odgovarajućih uređaja, ili na akumulatorske baterije da bi se po potrebi koristila kasnije. Toplotna energija odvodi se u solarni bojler, toplotnu pumpu… i koristi se po potrebi.

Tehnička rešenja za novi hibridni kolektor mogu biti dvojaka: sličan termičkom kolektoru, tj. postavljen u kućište termičkog kolektora sa zaštitnim staklom, dobrom termičkom izolacijom i fotoelektričnim ćelijama ispod zaštitnog stakla. Drugo rešenje je izvedba slična fotoelektričnoj ćelije ispod koje se postavlja termički kolektor bez zaštitnog stakla i termičke izolacije. Prvo rešenje favorizuje dobijanje tople sanitarne vode a drugo dobijanje električne energije. Izbor zavisi od potrebe klijenta, tj. da li želi više toplotne ili električne energije? U oba slučaja, fotoelektrične ćelije postavljaju se iznad termičkog dela kolektora. Kao što je već pomenuto, električna energija se odvodi na električnu mrežu ili akumulatorsku bateriju za kasniju upotrebu a dobijena toplotna energija (topla voda) se preko vodovodnih cevi odvodi do solarnog bojlera ili toplotne pumpe ili se odmah koristi za podno zagrevanje.

U pogledu spoljnjeg izgleda, nema veće razlike između postojećih fotoelektričnih kolektora i novih hibridnih. Razlika se zapaža jedino u cevima koje dovode i odvode vodu.

U razvoju hibridnih fotoelektričnih-termičkih kolektora otišlo se korak dalje i radi se na hibridnim fotoelektričnim-termičkim kolektorima sa ”koncentratorom”, tj. reflektorima koji pojačavaju sunčevo zračenja, što smanjuje broj ugrađenih fotoelektričnih ćelija i povećava stepen iskorišćenja kolektora.

Jozef Baruhović, dipl inž.