Kombine Isı ve Güç için Fotovoltaik-Termal (PVT) Sistemleri: Teknolojiler ve Uygulama

Özet: Güneş fotovoltaik termal teknolojisi (PVT), elektrik üretirken fotovoltaik panellerden atık ısıyı geri kazanır. Bu teknoloji, yalnızca güneş ısısı ve güç üretimini bir arada sağlamakla kalmaz, aynı zamanda panellerin sıcaklığını düşürerek güç üretim verimliliğini de artırır. Bu teknoloji, özellikle mevsimsel depolama için düşük sıcaklıklı atık ısı depolama teknolojisiyle birleştirildiğinde, gelecekteki uygulamalar için büyük umut vaat etmektedir.

Fotovoltaik enerji üretim teknolojisi oldukça gelişmiş ve yaygın olarak kullanılmakta olup, gelecek vaat eden uygulamalar sunmaktadır. Ancak verimliliği yalnızca %20 civarındadır ve bu da önemli miktarda güneş enerjisinin çevreye kaybolmasına neden olmaktadır.

Fotovoltaik (PV) üretim olmadan, güneş ısısının tamamı çevreye kaybolur. Buna karşılık, %20 verimlilik yeterlidir. PV panelleri ayrıca ısıyı yoğunlaştırma etkisine sahiptir ve 50 veya 60 santigrat dereceye kadar sıcaklıklara ulaşır. Bu yoğun ısı, fotovoltaik güç üretim verimliliğini düşürür, ömrünü kısaltır ve panelleri olumsuz etkiler. Kontrolsüz bir şekilde çevreye yayılan ısı da yeniden kullanıma uygun değildir.

Isıtma gibi alanlarda düşük karbonlu enerji kaynakları kıttır. Isı üretimi, önemli miktarda enerji tüketen, maliyetli ve önemli miktarda karbon emisyonuna yol açan birincil enerji tüketimini gerektirir. PV panelleri tarafından toplanan ısının yeniden kullanılması, panel hasarını azaltabilir, enerji üretim verimliliğini artırabilir ve sıfır karbonlu bir ısı kaynağı sağlayarak umut verici uygulamalar sunabilir. Fotovoltaik projelerinin artmasıyla birlikte, bu ısı miktarı da oldukça önemlidir.

Güneş fotovoltaik termal teknolojisi (PVT), fotovoltaik güç üretiminden atık ısıyı geri kazanarak güneş enerjisiyle kombine ısı ve güç elde edilmesini sağlar.

PVT iki bileşenden oluşur: fotovoltaik modüller ve ısı emiciler. PV modülleri, fotovoltaik cam, EVA film, güneş pilleri ve bir arka tabaka içeren geleneksel bir teknolojidir. Isı emiciler ise ısı emici bir tabaka, ısı transfer boruları ve yalıtım malzemelerinden oluşur. Bu iki bileşen bir araya getirilir ve çerçeve ve bağlantı kutusu gibi harici bileşenler monte edilerek PVT oluşturulur.

PVT Sistemleri iki tipte mevcuttur: sıvı soğutmalı ve hava soğutmalı. Sıvı soğutmada genellikle soğutma sıvısı olarak su kullanılır, ancak soğuk bölgelerde antifriz de kullanılabilir. Yapısı yukarıdaki şekilde gösterilmiştir. Hava soğutmada ise aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi gaz, genellikle hava kullanılır. İki ürünün farklı uygulamaları vardır.

Hava soğutmalı PVT'ler daha geniş soğutma kanallarına sahiptir ve çıkış sıcaklığı, gaz akış hızı kontrol edilerek ayarlanır. Bu ürün tarafından üretilen sıcak hava aşırı ısıtılır ve iki şekilde kullanılabilir: Tarım ürünleri ve gıda gibi yüksek sıcaklıkta kurutmaya uygun olmayan ürünler için doğrudan kurutma ısı kaynağı olarak; veya hava kaynaklı bir ısı pompasında düşük sıcaklıkta ısı kaynağı olarak yüksek sıcaklıkta ısı üreterek.

Su soğutmalı PVT'nin soğutma kanalı genellikle ince bir borudur. Tüm plaka yüzeyinin soğutma etkisini sağlamak için, daha iyi bir ısı geri kazanımı elde etmek amacıyla ısı transfer borusunun ısı transfer plakasına sıkıca entegre edilmesi gerekir. Su soğutmalı PVT'nin çıkış suyu sıcaklığı düşüktür ve doğrudan kullanımı zordur. Genellikle bir ısı pompasıyla birlikte kullanılması gerekir.

Isı pompalı PVT Panel Sistemleri

Genel olarak PVT teknolojisinin yaygın uygulama senaryoları şunlardır:

(1) Kurutma işlemi: Kurutulmuş malzemeden nemi uzaklaştırmak için aşırı ısıtılmış hava üretmek amacıyla hava soğutmalı PVT kullanılır. Kurutma havası sıcaklığı düşük olduğundan kaliteyi etkilemez. Genellikle ürün ve gıda kurutmada veya yüksek kalite gereksinimleri olan diğer alanlarda kullanılır.

(2) Dağıtılmış ısıtma: PVT+ısı pompası, ısıtma, kullanım sıcak suyu vb. için sıcak su üretmek amacıyla kullanılır. Geleneksel hava kaynaklı ısı pompası yöntemiyle karşılaştırıldığında, PVT+ısı pompası prosesinin parametre optimizasyon aralığı geniştir ve ekonomisi çok iyidir.

(3) Mevsimler arası merkezi ısıtma: Bu, gelecekte PVT teknolojisinin büyük ölçekli uygulaması için bir senaryodur. Özellikle kırsal ısıtma gibi büyük alan avantajlarına sahip durumlar için uygundur. Kırsal ısıtma sistemlerinde kullanılabilir atık ısı çok azdır, bu nedenle doğrudan hava kaynaklı ısı pompalarının kullanımı önemli miktarda enerji tüketir. Geniş kırsal alanlardan yararlanan çatı PVT sistemleri güneş ışığını toplayabilirken, yer altı boruları düşük sezonda toprakta ısı depolayabilir. Isı pompaları daha sonra kışın ısıtma için jeotermal ısıdan yararlanabilir. Bu, düşük sıcaklıktaki atık ısının mevsimler boyunca depolanmasını sağlayarak ısı pompasının atık ısı sıcaklığını yükseltir ve işletme maliyetlerini önemli ölçüde azaltır.

Özetle, fotovoltaik teknolojisinde düşük maliyetli bir gelişme olan PVT, güneş fotovoltaik teknolojisinin güçlü bir tamamlayıcısıdır. Kurutma, kullanım sıcak suyu veya mevsimler arası ısıtma gibi uygun atık ısı değerlendirme yöntemleri mevcutsa, PVT teknolojisi sistem verimliliğini önemli ölçüde artırabilir, işletme maliyetlerini düşürebilir ve gelecek vaat eden geliştirme olanaklarına sahiptir.