Nowatorski system odzyskiwania ciepła odpadowego generowanego w systemach CPV
W systemach CPV tylko mała część padającej energii słonecznej przekształcana jest w energię elektryczną, podczas gdy największa jej część ulega rozproszeniu jako ciepło odpadowe. Ta niskotemperaturowa nadwyżka ciepła jest często wykorzystywana w konwencjonalnych systemach CPV/termicznych. W ramach projektu CPV/RANKINE (Improving the performance of concentrating PV by exploiting the excess heat through a low temperature supercritical organic Rankine cycle) partnerzy z Belgii, Grecji, Hiszpanii i Szwecji wspólnie przystąpili do odzyskiwania niskowartościowego ciepła i podawania go do silnika cieplnego będącego nadkrytycznym organicznym obiegiem Rankine'a (SORC). Partnerzy projektu wybrali to właśnie podejście, ponieważ przewyższa w działaniu cykl podkrytyczny z perspektywy mocy wyjściowej netto w niskich temperaturach. Jako ciecz roboczą wykorzystano czynnik chłodniczy osiągający temperaturę wrzenia przy niskich temperaturach. Zespół projektu CPV/RANKINE z powodzeniem zintegrował system SORC z systemem CPV/termicznym. W zależności od pory roku, system zintegrowany, zwiększający roczną produktywność energii, może być bardziej wydajny od konwencjonalnych "płaskich" systemów PV nawet o 40%. Po starannym zweryfikowaniu konstrukcji wymienników ciepła, badacze postanowili wykorzystać wymiennik ciepła o cewce spiralnej, który charakteryzuje się małymi rozmiarami i wysokim współczynnikiem przenikania ciepła. Podczas testów nadkrytyczny wymiennik ciepła sprawdził się doskonale zarówno w operacjach podkrytycznych, jak i nadkrytycznych, uzyskując sprawność sięgającą 6%. System CPV/termiczny składa się z 10 kolektorów słonecznych, które jednocześnie generują ciepło i elektryczność, ponieważ w jednym module łączą panel PV i termiczne kolektory słoneczne. Wiele uwagi poświęcono przystosowaniu kolektorów słonecznych do pracy w wyższych temperaturach niż zwykle (95°C). Partnerzy projektu z powodzeniem stworzyli instalację o powierzchni 100 m2 dla systemu skojarzonego, który generuje około 15% więcej energii elektrycznej niż podobny konwencjonalny system CPV/termiczny przy warunkach pogodowych panujących w Atenach. Tego typu konfiguracja zapewnia także, że całe niskowartościowe ciepło jest wykorzystywane przez system SORC, gdy nikomu nie jest ono potrzebne. Nowo opracowany system może zapewnić alternatywne jednostki w małej skali zdolne do produkcji mocy zasilanej energią słoneczną. System nadaje się do wykorzystania w budownictwie komercyjnym i mieszkaniowym oraz w innych zastosowaniach, takich jak produkcja ciepła, mocy, odsolonej wody lub chłodnictwo.
Słowa kluczowe
Ciepło odpadowe, fotowoltaika koncentryczna, elektryczność, wymienniki ciepła, nadkrytyczny organiczny obieg Rankine'a
