Olyan fejlesztéssel álltak elő magyar kutatók, amely lefelezi a napelem-beruházások megtérülési idejét

Azt gondolhatnánk, a napenergia-termelés számára a nyári hónapok optimális körülményeket teremtenek, de extrém hőségben még a napelemek hatékonysága, ezáltal pedig az általuk megtermelt villamos energia mennyisége is érezhetően csökken. Ezért a napelemek teljesítményének a hűtési technikák optimalizálásával történő javítása kulcsfontosságú a karbonsemlegesség eléréséhez is.

Magyar kutatók olyan kettős, lég- és vízhűtést is magába foglaló rendszert fejlesztettek ki, amely képes jelentősen mérsékelni a túlmelegedés negatív hatását, ezáltal érdemben javítva a napelemes rendszerek hő- és elektromos teljesítményét, illetve hatékonyságát.

A napelemek égövünkön a legnagyobb besugárzású nyári hónapokban termelik a legtöbb energiát, de az erre az időszakra mind jellemzőbb extrém meleg idő jelentősen csökkenti a fotovoltaikus panelek konverziós hatásfokát. 25 Celsius-fok fölött olyan mértékben emelkedhet a napelemek üzemi hőmérséklete, hogy a modulok hatékonysága érdemben romolhat, ami a gyakorlatban a napenergia-termelés visszaesését eredményezheti.

Ez a termelők, a felhasználók, illetve a rendszer üzemeltetők számára egyaránt negatív következményekkel járhat, és a fotovoltaikus modulok teljesítményének a hűtési technikák optimalizálásával történő javítása kulcsfontosságú a karbonsemlegesség eléréséhez is.

Ezért a probléma leküzdésére a szakemberek világszerte különféle hűtési technikákat fejlesztenek ki, amelyek passzív és aktív módszereket is magukba foglalnak. A munkából magyar kutatók is kiveszik a részüket, és a közelmúltban sikerült egy olyan, innovatív napelem-keretet kifejleszteniük, amelynek kettős, levegő és víz alapú hűtési technológiája jelentősen növeli a fotovoltaikus panelek hatékonyságát. Az új, sokoldalúan alkalmazható kettős hűtési rendszer képes hozzájárulni fenntarthatóbb városi és egyéb energiarendszerek létrehozásához, az energiapazarlás csökkentéséhez és a körforgásos gazdaság elveinek való jobb megfeleléshez.

A Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem, valamint az iraki Kufai Egyetem kutatói által kidolgozott újszerű napelemhűtési technika:

-a léghűtést a légáramlás dinamikáját javító perforált, lyukakkal ellátott kerettel és ventilátorral oldja meg,

-míg a vízhűtést a panel hátsó oldalára helyezett nagy vezetőképességű rézötvözet szerpentin csövekkel, illetve lamellákkal oldja meg.

A hőátadás hatékonyságának optimalizálása érdekében a csöveket és lamellákat egy speciális, nagy hővezető képességű ragasztóval rögzítették a felületre, és két szigetelőréteg is a panelre került. A csapat által a kísérleti berendezéssel elvégzett tesztek eredményei szerint az új dizájn képes jelentősen javítani a napelemes rendszer hőszabályozását és általános hatékonyságát.

A kísérleti eredmények azt mutatják, hogy a kettős hűtésű rendszer rendre felülmúlta mind a léghűtéses, mind a hagyományos modulokat a különböző teljesítménymutatók tekintetében.

A hatékonysági számítások során a kutatók azzal a feltételezéssel éltek, hogy a rendszerből kilépő meleg levegő egy ház fűtéséhez járul hozzá, míg a keletkező meleg víz egy, a használati meleg víz ellátást biztosító tartályba került.

A kísérleti berendezés egy 60 wattos polikristályos napelemen alapul, és az eredmények összevethetősége érdekében a kutatók egy szintén 60 wattos, hűtés nélküli panelt, valamint egy, a panel mellett léghűtést tartalmazó rendszert is építettek. Valamennyi berendezést 43 fokos dőlésszögű, déli tájolású tartószerkezetre szerelték; a 2024 májusának két napsütéses napján végzett tesztekre, illetve kísérleti mérésekre Gödöllőn került sor.

Az eredmények szerint a kettős hűtésű rendszer jelentősen alacsonyabb felületi hőmérsékletet biztosít a nem hűtött vagy csak levegővel hűtött rendszerekkel összehasonlítva, és képes 35%-kal csökkenteni a napelemek hőmérsékletét a hagyományos rendszerekhez képest.

Az innovatív megoldással a napelemcella-hőmérsékletet sikerült 35,62 Celsius-fokon korlátozni, míg a csak léghűtést tartalmazó rendszer esetében ugyanez az érték 40,78 fok, a hagyományos, hűtés nélküli megoldásnál pedig 47,68 fok volt.

A kettős hűtéssel felszerelt berendezés az elektromos hatásfokot mintegy 40%-kal javítva 42,87 wattos csúcsteljesítményt ért el, szemben a hagyományos egység 30 wattjával és a léghűtéses egység 34 wattjával (1018,76 watt/négyzetméter besugárzás mellett). A tesztek hőhatásfok-eredményei alapján az új rendszer 75%-os csúcshatásfokot ért el adott besugárzás mellett, jócskán túlszárnyalva a léghűtéses rendszer esetében mért 50,5%-ot.

A teljes hasznosítható energia kinyerhetőségi arányára utaló úgynevezett energiahatékonyság az új rendszerben átlagosan 27,7%-ot ért el, ami jelentős javulást jelent a léghűtéses rendszer esetében megfigyelt 16,2%-os és a referencia rendszer esetében megfigyelt 6%-os átlagos hatásfokhoz képest.

A maximálisan rendelkezésre álló energia hatékony kihasználásával az új rendszer minimalizálja az energiaveszteséget, ezáltal javítja az összteljesítményt. A fejlesztés az energiafelhasználás optimalizálása közvetlenül támogatja a fenntarthatósági célokat azáltal, hogy biztosítja az erőforrások hatékony felhasználását és csökkenti a napenergia-rendszerek környezeti hatását.

A hatékonyságnövekedésnek köszönhetően az innovatív, kettős hűtésű rendszer lényegesen rövidebb, 173 napos megtérülési időt ért el, mint a hagyományos fotovoltaikus modul 325 napos megtérülése, vagyis az eredmények szerint az új megoldás pénzügyileg is életképes.

A rendszer hosszú távú gazdasági és környezeti hatásainak felméréséhez azonban a kutatók szerint ajánlott egy átfogó életciklus-értékelés elvégzése is, amely magában foglalja a gyártást, a karbantartást és az ártalmatlanítást is.

A kutatók az eredményeiket ismertető tanulmányban kiemelik, a kettős hűtési technológia kedvező tulajdonságainak köszönhetően képes hosszú távú teljesítménystabilitást biztosítani, miközben minimalizálja a szén-dioxid-kibocsátást és kíméli az erőforrásokat. Ez hangsúlyozza a kettős hűtés kulcsszerepét a hőteljesítmény maximalizálásában, a hőveszteségek csökkentésében és a rendszer teljes hatékonyságának javításában, különösen erős napsugárzás esetén - húzzák alá.

Forrás: portfolio.hu