Πειραματική διερεύνηση ενεργειακής απόδοσης θερμικού - φωτοβολταïκού συλλέκτη

Abstract

Η ηλιακή ενέργεια αποτελεί μια ελπιδοφόρα βιώσιμη πηγή ενέργειας, καθώς μπορεί να αντικαταστήσει την καύση των ορυκτών καυσίμων, προσφέροντας θερμική και ηλεκτρική ενέργεια. Το ηλιακό δυναμικό εμφανίζει μια σχετικά προβλέψιμη συμπεριφορά, για τη κάλυψη της καθημερινής ζήτησης σε θέρμανση και ηλεκτρική ενέργεια και η θερμική αποθήκευση για περιόδους απουσίας ή και χαμηλής ακτινοβολίας μπορεί να γίνει εύκολα και οικονομικά. Μια ανταγωνιστική λύση για την παροχή θερμικής και ηλεκτρικής ενέργειας, είναι με τη χρήση συστήματος Θερμικού Φωτοβολταïκού Συλλέκτη (Photovoltaic Thermal System (PVT), καθώς παράγει ταυτόχρονα και τις δύο μορφές ενέργειας. Αυτή η λύση είναι ιδιαίτερα κατάλληλη για εφαρμογές σε αστικές περιοχές, όπου η ζήτηση για ηλεκτρική ενέργεια συνοδεύεται από μια ζήτηση για χαμηλής ενθαλπίας θερμότητα και ο διαθέσιμος χώρος για την εγκατάσταση ηλιακών συστημάτων συνήθως είναι περιορισμένος. Λόγω της μη διάδοσης και του υψηλότερου κόστους, τα συστήματα PVT αποτελούν ένα σχετικά περιορισμένο τμήμα της αγοράς τη δεδομένη στιγμή, με τη δυνατότητα να αυξηθεί σημαντικά στο άμεσο μέλλον. Υπάρχουν πολλές εναλλακτικές τεχνολογίες για την ενσωμάτωση PVT, τα οποία μπορούν να συνδυάζονται με διάφορα συστήματα για τη θέρμανση νερού ή και τη θέρμανση χώρων. Στην επιλογή ενός PVT συστήματος, πρέπει να ληφθούν υπόψη τα χαρακτηριστικά του συλλέκτη, η επιθυμητή αναλογία παραγόμενης θερμικής προς ηλεκτρικής ενέργειας, η εφαρμογή αν πρόκειται για βιομηχανική ή οικιακή, αυτόνομη ή συνδεδεμένη με το δίκτυο και το αν υπάρχει ανάγκη αποθήκευσης μέρους ή και του συνόλου της παραγόμενης ενέργειας. Αυτές οι παράμετροι σχεδιασμού επηρεάζουν τις απαιτήσεις σχετικά με τη θερμοκρασία του ρευστού, τον λόγο παραγωγής (θερμικής προς ηλεκτρικής ενέργειας), και τη συνολική απόδοση του συστήματος. Επιπλέον ο σχεδιασμός του τόσο όσον αφορά την επιλογή των κατάλληλων υλικών, αλλά και η χρήση συστημάτων παρακολούθησης της πορείας του ήλιου, καθώς και απομακρυσμένου ελέγχου της λειτουργίας του ψυκτικού συστήματος, μπορεί να επηρεάσει σημαντικά την απόδοση τέτοιων εγκαταστάσεων σε διαφορετικές εφαρμογές. Ο στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι να εξετάσει τα οφέλη ενός βιομηχανικού τύπου PVT, σε σύγκριση με τα πιο διαδεδομένα συστήματα μονής ενέργειας (Φ/Β-θερμικού ηλιακού συλλέκτη) και να ενισχύσει την εξέλιξη και την περαιτέρω διάδοση τους στο ευρύ κοινό. Στο πλαίσιο αυτό η συγκεκριμένη εργασία εξέτασε τα τεχνικά ζητήματα που σχετίζονται με την τεχνολογία PVT, αξιοποιώντας υπάρχουσα εγκατάσταση στην οροφή του εργαστηρίου Ήπιων Μορφών Ενέργειας του Πανεπιστημίου Δυτικής Αττικής. ενώ αποτελεί και τεχνική οδηγία με σκοπό τη μελλοντική χρήση του συστήματος από το εκπαιδευτικό και ερευνητικό προσωπικό του Πανεπιστημίου. Η διαδικασία της πειραματικής διερεύνησης απόδοσης θερμικού Φ/Β συλλέκτη, περιλαμβάνει τη χρήση εξειδικευμένου εξοπλισμού, όπως θερμόμετρα, πυρανόμετρα, καταγραφείς δεδομένων, μετρητές ροής κ.α.. Παράλληλα, πραγματοποιήθηκε λήψη και επεξεργασία πειραματικών μετρήσεων σε διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας και εξετάστηκε η ορθή λειτουργία του συγκεκριμένου PVT, διαδικασία που επιβεβαίωσε την ορθή λειτουργία της διάταξης καθώς τα πειραματικά αποτελέσματα ταυτίζονται με τα αντίστοιχα στοιχεία που παρέχει ο κατασκευαστής.