Sve većom primjenom fotonaponskih sustava za proizvodnju električne energije povećava se interes i znanje o njihovom radu. Koje su vrste fotonaponskih modula? Kako mogu biti još efikasniji? Koriste li se samo za proizvodnju električne energije ili toplu vodu ili oboje? Tekst je napisala Iris Ćurić, istraživačica u Odjelu za obnovljive izvore energije, klimu i zaštitu okoliša Energetskog instituta Hrvoje Požar za Zgradonačelnik.hr.
Efikasnost fotonaponskih modula jedan od ključnih tehničkih nedostataka, a ona se kreće do 20 posto. U teoriji, maksimalni stupanj djelovanja fotonaponske ćelije iznosi oko 35 posto (za FN module s jednim p-n spojem). Ipak, postignute efikasnosti zapravo i nisu toliko loše, ali je neosporna činjenica da se veći dio dozračene energije pretvori u toplinu i zagrijavanje FN modula, što dodatno smanjuje njihovu efikasnost.
Naime, povećanjem temperature fotonaponskih modula, smanjuje se njihova efikasnost. To se može činiti nelogično, ali solarni moduli funkcioniraju bolje pri nižim, nego pri visokim temperaturama.
Slijedom svega, postavlja se logično pitanje – kako efikasnije hladiti FN module, i može li se ta toplina efikasno iskoristiti, i kako? Jeli moguće kombinirati fotonaponski modul i sunčani toplinski kolektor kao jedan uređaj? Ako je, zašto se takvi uređaji ne koriste češće, pogotovo na stambenim zgradama?
Vrste modula
Za daljnje razumijevanje tematike, bitno je znati što koji od njih predstavlja i za što služi, piše Zgradonačelnik.hr.
PV/FN
Fotonaponski modul služi za proizvodnju električne energije.
Sastoji se od više međusobno povezanih fotonaponskih ćelija koje pomoću fotonaponskog efekta pretvaraju energiju Sunčevog zračenja u električnu energiju.
Ovisno o tržišnom modelu, energija se proizvodi za slučaj vlastite potrošnje gdje se eventualni višak može predati u mrežu ili pohraniti u bateriju te se može proizvoditi isključivo radi predaje energije u mrežu.
ST
Sunčani toplinski kolektor proizvodi toplinsku energiju, a služi za zagrijavanje potrošne tople vode ili je dio sustava grijanja i hlađenja.
Kolektori mogu biti niskotemperaturni, srednje temperaturni ili visokotemperaturni ovisno o konstrukciji samog kolektora te o svrsi korištenja (pločasti, vakuumske cijevi).
Najčešće se koriste za grijanje tople vode jer je potreba za grijanjem prostorija najveća u razdoblju kada je intenzitet sunčevog zračenja najslabiji. Potreban je spremnik topline kako bi se topla voda mogla koristiti I u vrijeme kada sunca nema te pomoćni konvencionalni izvor topline koji bi služio za zagrijavanje u dijelu godine kada je zračenje sunca slabo (zimi).
PVT ili PV/T
Hibridni sunčani kolektor koji je kombinacija fotonaponskog modula sa sunčanim kolektorom, a služi za:
– proizvodnju električne energije i za zagrijavanje potrošne tople vode (toplinska energija).
Taj sustav možemo nazvati “Solarna kogeneracija”.
Fotonaponski modul pretvara Sunčevu energiju u električnu dok kolektor koristi neiskorištenu, tj otpadnu toplinu iz modula za zagrijavanje svog radnog medija te je sustav tako učinkovitiji u odnosu na samostalni PV ili ST.
Neki od vrsta hibridnih kolektora su oni hlađeni zrakom, hlađeni vodom ili hlađeni kombinacijom voda/zrak.
I fotonaponski paneli i sunčani kolektori postavljaju se na metalnu potkonstrukciju pod optimalnim nagibom i orijentaciji gdje je to moguće kako bi sustav bio što učinkovitiji. Prednosti korištenja sva tri načina proizvodnje energije je to što su obnovljivi načini proizvodnje koji koriste energiju Sunca i nemaju izravne emisije stakleničkih plinova pri proizvodnji energije.
Učinkovitost PVT modula
Veliki dio Sunčevog zračenja predstavlja toplinske gubitke fotonaponskog modula koji povećavaju temperaturu samog modula i tako mu smanjuju učinkovitost. No korištenjem PVT kolektora dolazi do prijenosa topline s modula na apsorber i radni medij čime dolazi do hlađenja fotonaponskih ćelija i poboljšanja njihove učinkovitosti kao i povećanja životnog vijeka modula, a toplina provedena radnim medijem dalje se koristi za zagrijavanje tople vode. Učinkovitost proizvodnje električne energije ovim načinom poveća se oko 10-15 posto.
PVT metoda je učinkovita metoda koja svojom instalacijom štedi prostor I troškove instalacije, ali su toplinske karakteristike slabije od onih koje bi se postigle isključivo sunčanim kolektorom zbog toga što je maksimalna radna temperatura ograničena ispod maksimalne temperature fotonaponske ćelije (ispod 100°C) te kolektori pripadaju grupi niskotemperaturnih kolektora. Zbog temperaturne razine najčešće korištenje topline je u svrhu zagrijavanje potrošne tople vode, ali može biti i kao dio sustava grijanja (npr. podno grijanje kuće ili dizalice topline).
Sama konstrukcija PVT kolektora je takva da se fotonaponski modul nalazi s prednje strane, dok su dijelovi sunčanog kolektora (apsorberska ploča i medij) ispod modula, odnosno s donje strane PVT kolektora.
S obzirom na to da je potrebno fizički odvojiti proizvodnju električne energije i zagrijavanje medija (posebice u slučaju električki vodljivih medija), konstrukcija ovakvog uređaja je dosta kompleksnija od standardne izvedbe FN modula. I sama težina modula se u ovom slučaju povećava, što povećava statičko opterećenje na potkonstrukciju i krov. Nadalje, i zbog kompleksnosti proizvodnje, i dostupnosti modela na tržištu, cijena mu je veća nego za fotonaponski modul ili sunčani kolektor.
Cijena i FN modula te ST i PVT kolektora ovisi o mnogo faktora među kojima je:
– snaga
– vrsta materijala od kojega je izgrađen modul
– vrsta samog kolektora
– dostupnost na tržištu I sl.
Zaključno, iako korištenje PVT modula ima tehničkih prednosti, njegova primjena ograničena je primarno cijenom, mogućnostima korištenja (potreba za potrošnom toplom vodom) i dostupnosti na tržištu, ali i kompleksnošću same instalacije, piše Zgradonačelnik.hr.
