Oamenii de știință din Statele Unite au dezvoltat un nou proiect de sistem fotovoltaic-termic care utilizează conducte de apă paralele ca sistem de răcire pentru a reduce temperatura de funcționare a panourilor fotovoltaice. Căldura reziduală generată de acest proces este apoi utilizată pentru a genera apă caldă menajeră. Cercetătorii de la Multiphysics Interaction Lab (MiLab) din Statele Unite au dezvoltat un nou design de sistem fotovoltaic-termic (PVT) care utilizează căldura reziduală de la panourile fotovoltaice pentru a genera sisteme de apă caldă menajeră.

Sistemul se bazează pe conducte de apă paralele care sunt atașate la partea din spate a panourilor solare și care reduc temperatura de funcționare a acestora. “Studiul nostru introduce o abordare simplă și practică de răcire care îmbunătățește eficiența electrică a panourilor fotovoltaice, oferind în același timp o soluție durabilă pentru nevoile rezidențiale de apă caldă”, au declarat cercetătorii.

Sistemul experimental se bazează pe un panou fotovoltaic policristalin policristalin de 250 W orientat spre sud, cu un coeficient de temperatură de -0,45%/C și un unghi de înclinare de 30 de grade. Conductele de răcire din cupru sunt conectate prin intermediul unor colectoare în amonte și în aval și sunt acoperite de un capac din aluminiu pentru a le fixa pe partea din spate a panoului fotovoltaic.

Configurația experimentală include un rezervor de stocare a apei calde și o pompă centrifugă de 11 W care menține un debit constant de 3 L/min. “Debitul de apă este monitorizat cu ajutorul unui debitmetru”, au explicat cercetătorii. “Pentru a colecta date precise, un set de termocuple este amplasat strategic pentru a măsura simultan diferite temperaturi, inclusiv temperaturile apei de intrare și de ieșire din sistemul PV/T, temperatura de suprafață a panoului PV și temperatura aerului înconjurător”.

De asemenea, sistemul utilizează un multimetru pentru a măsura puterea de ieșire a modulului PV și un piranometru pentru a evalua radiația solară.

Academicienii au comparat performanța panoului PV răcit cu un panou de referință fără răcire în luna mai, în campusul Universității Notre Dame-Louaize, situat în Zouk Mosbeh, Liban. Analiza lor a arătat că panoul PVT poate genera cu 4% mai multă energie decât modulul fotovoltaic, datorită efectului de răcire al țevilor de cupru. Aceștia au avertizat, de asemenea, că un efect de saturație, legat de faptul că apa caldă stocată în rezervor nu este utilizată în mod eficient, poate limita capacitatea de răcire optimă a modulelor PV într-o anumită etapă.

“Această reducere se datorează probabil absenței cererii de apă rezidențială în sistemul de recuperare a căldurii reziduale”, au mai explicat cercetătorii. “Această absență face ca temperatura apei de răcire din rezervorul de apă caldă să crească treptat, reducând astfel rata de eliminare a căldurii din sistemul PVT”. Testele au arătat, de asemenea, că panoul PVT a atins o eficiență electrică medie de 11,5%, în timp ce panoul PVT fără răcire a atins o eficiență medie de 10%. Cercetătorii au mai arătat că eficiența totală a sistemului PVT a atins aproximativ 75%, iar cea a sistemului PV de referință a fost de numai 10%.

“Eficiența termică medie, care reprezintă raportul dintre căldura reziduală recuperată și energia solară absorbită de panoul fotovoltaic, a fost de aproximativ 60% în cazul sistemului PV/T răcit”, au mai precizat aceștia. “Sistemul PV/T răcit nu numai că a generat o fracțiune mai mare de energie electrică, dar a prezentat, de asemenea, o rată de pierdere a căldurii din partea din spate a modulului PV cu aproximativ 40% mai mare, ceea ce indică recuperarea eficientă a căldurii reziduale.”

Sistemul a fost prezentat în lucrarea “An experimental analysis of a hybrid photovoltaic thermal system through parallel water pipe integration” (O analiză experimentală a unui sistem termic fotovoltaic hibrid prin integrarea conductelor de apă paralele), publicată în International Journal of Thermofluids.