V súčasnej dobe je stále aktuálnou témou efektívne využívanie slnečnej energie. Časť zástancov využívania slnečnej energie uprednostňuje výrobu elektrickej energie a ďalšia časť dáva prednosť výrobe tepelnej energie. Na trhu so solárnou technikou sa ale objavujú solárne hybridné kolektory, ktoré dokážu tento rozpoltený názor spojiť v jeden systém.
Stručný obsah článku, který vyšel v časopise Energie 21 č. 3/2015.
Solárne termické kolektory premieňajú slnečné žiarenie na tepelnú energiu prostredníctvom teplonosného média – zvyčajne voda, vzduch, olej. Vo všeobecnosti sa používajú pre ohrev vody, vykurovanie, sušenie poľnohospodárskych produktov prípadne v kombinácii s inými zariadeniami pre klimatizáciu budov.
Fotovoltaické panely tvoria hlavnú časť fotovoltaických systémov. V súčasnosti sa konverzia solárnej energie fotovoltaickými panelmi pohybuje s účinnosťou medzi 15 a 20 percent.
Mnoho investorov odrádza od aplikácie termických či fotovoltaických panelov vysoká vstupná investícia a dlhodobá návratnosť. Riešením by mohla byť kombinácia oboch systémov v jednom zariadení.
Fotovoltaické panely využívajú pre konverziu slnečného žiarenia na elektrickú energiu fotóny konkrétneho energetického pásma. Fotóny dlhších vlnových dĺžok nevytvárajú páry elektrón – diera, ale iba rozptýlia svoju energiu vo fotovoltaickom článku formou tepla. Komerčné fotovoltaické panely prevádzajú, v závislosti od ich typu a pracovných podmienok, zhruba 4–17 z dopadajúceho slnečného žiarenia na elektrickú energiu. Inými slovami, viac ako 50 dopadajúcej slnečnej energie sa premení na teplo (po odčítaní odrazenej časti). To môže viesť k zvýšeniu pracovnej teploty panelov až o 50 °C nad okolitú teplotu. Prehriatie článkov môže viesť k nežiaducim dôsledkom:
- pokles účinnosti fotovoltaických panelov – pri každom zvýšení teploty o 1 °C
sa výkon „výroby“ elektrickej energie zníži o 0,33 až 0,5 %,
- poškodenie konštrukcie modulu v prípade, že tepelné namáhanie trvá dlhšiu dobu.
Zvýšenie „výroby“ elektrickej energie sa dosiahne chladením fotovoltaických panelov prúdom tekutiny. V takomto prípade stúpa energetický výnos na jednotku plochy panelu, alebo fasády v prípade integrovanej inštalácie do budovy.
Hybridné kolektory majú širokú škálu aplikácií, to znamená, že nie sú vhodné len pre ohrev vody, ale aj pre vykurovanie a chladenie komerčných budov. Existujú rôzne formy hybridných systémov, ktoré závisia od typu fotovoltaických článkov ako aj tekutiny odvádzajúcej teplo (voda/glykol alebo vzduch). Hybridné kolektory preto môžu byť klasifikované ako kvapalinový hybridný kolektor, vzduchový hybridný kolektor, hybridný koncentrátor.
Celková účinnosť premeny slnečnej energie na elektrickú energiu a teplo je hlavným parametrom, ktorý charakterizuje výkon hybridných kolektorov. V krajinách OECD, s ohľadom na účinnosť výroby elektrickej energie z fosílnych palív, sa predpokladá hodnota účinnosti primárnej úspory energie rovná 0,4.
*
Ing. Richard Bergel, Technická univerzita Zvolen
Obrázek:
Hlavným parametrom hybridných kolektorov je celková účinnosť premeny slnečnej energie na elektrinu a teplo. Foto archív/redakcia
