Да. Фотоэлектрические панели из кристаллического кремния теряют 0,3–0,45 % мощности на каждый градус нагрева элементов выше номинальной точки 25 °C, а элементы на крыше летом обычно нагреваются до 60–70 °C — это потеря 14–18 % мощности именно в пик солнечного излучения. Активное водяное охлаждение, как в гибридной PVT-панели, удерживает элементы на 10–30 К холоднее и повышает годовую выработку электроэнергии на 5–15 %, при этом отведенное тепло используется для получения горячей воды.
Почему солнечные панели теряют мощность при нагреве?
Мощность фотоэлектрических панелей из кристаллического кремния падает с ростом температуры элементов: температурный коэффициент мощности типичного модуля составляет от −0,3 до −0,45 % на каждый °C выше стандартных условий испытаний 25 °C (технические данные модулей; Fraunhofer ISE). Нагрев повышает собственную концентрацию носителей заряда в полупроводнике, что снижает напряжение холостого хода элемента — а вместе с ним падает и мощность. Это эффект физики, а не качества изготовления: он присутствует у каждого кремниевого модуля на рынке, и в каждом паспорте он указан как «температурный коэффициент Pmax».
До какой температуры на самом деле нагреваются солнечные панели?
Намного выше температуры окружающего воздуха. Стандартные модули на полном солнце работают при температуре на 20–25 К выше окружающей — номинальная рабочая температура элементов (NOCT) составляет 44–48 °C, — а элементы на крыше в 30-градусный летний день обычно доходят до 60–70 °C.
| Температура элементов | Относительная мощность (при −0,4 %/°C) |
|---|---|
| 25 °C (условия испытаний) | 100 % |
| 45 °C (теплый весенний день) | 92 % |
| 55 °C (теплая крыша) | 88 % |
| 70 °C (горячая летняя крыша) | 82 % |
Горькая ирония PV без охлаждения: мощность на каждый установленный ватт минимальна именно в час максимального солнечного излучения, потому что именно тогда элементы горячее всего.
Сколько дополнительной электроэнергии дает охлаждение?
Активное водяное охлаждение — принцип работы гибридного коллектора PVT — удерживает элементы на 10–30 К холоднее, чем элементы неохлаждаемого модуля на том же солнце, и повышает годовую выработку электроэнергии на 5–15 % (полевые данные IEA SHC Task 60). Прирост наибольший в жарком солнечном климате и при низкой температуре контура охлаждения: контур, который служит источником тепла для теплового насоса при 25–35 °C, охлаждает элементы гораздо эффективнее, чем контур, подогревающий воду в бойлере до 60 °C. В PVT-панели теплоноситель течет через абсорбер, ламинированный с тыльной стороны модуля, поэтому охлаждается вся площадь элементов равномерно.
Имеет ли охлаждение смысл, если тепло просто выбрасывается?
Нет. Прокачка воды через модуль только ради сброса тепла дает прирост электрической мощности 5–15 % ценой энергии на насос, гидравлики и обслуживания — невыгодный обмен, поэтому навесные «комплекты охлаждения PV» никогда не имели коммерческого смысла. Экономика меняется, когда продуктом является само тепло: кремниевый элемент преобразует в электроэнергию около 20 % падающего излучения, а большая часть остального превращается в тепло в модуле. Использование этого тепла превращает контур охлаждения из статьи расходов в источник большего из двух видов полезной энергии — PVT-панели достигают суммарного КПД до 80 % с одного и того же квадратного метра кровли.
От чего зависит эффект охлаждения в реальной системе PVT?
Все определяет температура контура. Если контур работает при 25–45 °C на стороне источника теплового насоса, вы получаете и полную электрическую прибавку, и стабильный поток низкопотенциального тепла; если при 40–60 °C для прямого предварительного нагрева ГВС, вы жертвуете несколькими процентными пунктами электрического прироста ради тепла более высокого потенциала. Остекленные PVT-панели дают еще больше тепловой мощности при небольшом снижении электрической, а неостекленные максимизируют фотоэлектрическую часть. Какая схема выигрывает — зависит от площади кровли и профиля потребления; в статье PVT или отдельные PV и солнечные коллекторы разобрано, как принять это решение. Solimpeks производит гибридные панели PV-T с 2008 года именно потому, что расчет «охлаждаемой PV» сходится лишь тогда, когда панель, абсорбер и гидравлика разработаны как единое изделие.
Часто задаваемые вопросы
Увеличивает ли мощность обрызгивание солнечных панелей водой?
Ненадолго, да — а затем вода испаряется, элементы снова нагреваются в течение нескольких минут, а при повторном обрызгивании остается известковый налет, который навсегда затеняет стекло. Испарительное обрызгивание — не инженерное решение; решением является непрерывное охлаждение по замкнутому контуру с утилизацией тепла, как в PVT-панели.
Одинаков ли температурный коэффициент у всех солнечных панелей?
Нет. У массовых панелей из кристаллического кремния он составляет примерно от −0,3 до −0,45 %/°C, а у современных элементов n-типа — в лучшей части диапазона. У тонкопленочных технологий он ближе к −0,2 %/°C. Точное значение указано в паспорте каждого модуля как температурный коэффициент Pmax.
Гарантирован ли прирост 5–15 % от охлаждения?
Диапазон реальный, но зависит от климата и конструкции. Жаркие солнечные регионы с низкотемпературным контуром сбора тепла (работа на источник теплового насоса) находятся в верхней части диапазона; умеренный климат или высокотемпературные контуры ГВС — в нижней. Надежный ориентир — сертифицированные данные о характеристиках конкретной модели PVT.
Почему бы просто не установить еще одну PV-панель вместо охлаждения?
На большой крыше добавление панели часто является более дешевым способом получить больше кВт·ч. Там, где площадь крыши ограничена или горячая вода нужна в любом случае, сравнение меняется: PVT-панель дает с одного квадратного метра и дополнительную электроэнергию, и более 60 % энергии солнца в виде тепла.