Analiza techniczno-ekonomiczna hybrydowej mikroinstalacji słonecznej

• Autorzy: Bigorajski J.

Identyfikatory

DOI

10.7862/rb.2016.182

Warianty tytułu

EN

Technical and economic analysis of hybrid solar microinstallation

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Artykuł jest poświęcony analizie hybrydowej instalacji słonecznej. Publikacja dotyczy zarówno wytwarzania energii elektrycznej, jak i ciepła z energii promieniowania słonecznego. Największym problemem związanym z wytwarzaniem energii elektrycznej z energii słonecznej jest stosunkowo niska sprawność obecnie dostępnych ogniw fotowoltaicznych. Większość absorbowanej energii słonecznej jest konwertowana na ciepło, które jest tracone do otoczenia. Ciepło podwyższa temperaturę ogniw fotowoltaicznych. Ogniwa fotowoltaiczne mają tę własność, że im wyższa jest ich temperatura tym niższą osiągają sprawność. Aby rozwiązać ten problem odbiera się ciepło od ogniw fotowoltaicznych - takie rozwiązanie stosuje się w kolektorach hybrydowych PVT (ang. photovoltaic thermal). W artykule opisany został model promieniowania słonecznego oraz model rozważanej instalacji. Jako wejściowe dane pogodowe wykorzystano temperaturę powietrza zewnętrznego, promieniowanie całkowite i jego składowe. Natężenie promieniowania półsferycznego padającego na płaszczyznę odbiornika o danej orientacji i pochyleniu było wyznaczane za pomocą modelu izotropowego promieniowania słonecznego dyfuzyjnego (model Liu-Jordana). Do zamodelowania kolektora hybrydowego PVT wykorzystano zmodyfikowany model Hottela-Whilliera-Blissa. Z przeprowadzonej analizy wynika, że instalacja PVT o mocy elektrycznej 2 kWp może wytworzyć 1714 kWh energii elektrycznej przez rok oraz 2359 kWh ciepła przez rok. Zaprezentowane w artykule wyniki dowodzą, że układy hybrydowe PVT mogą być efektywnie stosowane w warunkach krajowych, jednak okres zwrotu nakładów inwestycyjnych jest dość długi (około 16 lat).

EN

The article is devoted to the analysis of hybrid solar installation. Article applies both to the production of electricity and heat from solar radiation. The biggest problem associated with the generation of electricity from solar energy is relatively low efficiency of photovoltaic cells currently available. Most of the absorbed solar energy is converted to heat, which is lost to the environment. This heat raises the temperature of photovoltaic cells. Photovoltaic cells have the property that the higher the temperature, the lower achieve efficiency. To solve this problem we can receive heat from the photovoltaic cells - such a solution is called a photovoltaic thermal - PVT. The article describes the model of solar radiation and the model of the installation concerned. As input data were used: the ambient temperature, the total irradiation and its components. Semispherical radiation intensity incident on the plane of the receiver of the orientation and the inclination was determined by the model of isotropic diffuse solar radiation (model Liu-Jordan). To model hybrid PVT collector was used a modified model Hottel-Whillier-Bliss. The analysis shows that the installation of PVT with the power of 2 kWp can produce 1714 kWh of electricity per year and 2359 kWh of heat per year. Results presented in this paper show that hybrid systems PVT can be effectively used in domestic conditions, but payback period time is quite long (16 years).

Słowa kluczowe

PL

odnawialne źródła energii; energia słoneczna; fotowoltaika; instalacje hybrydowe

EN

renewable energy sources; solar energy; photovoltaic; hybrid installation

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture
• Rocznik: 2016
• Tom: z. 63, nr 3
• Strony: 17--24
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., tab.

Twórcy

autor

Bigorajski J.

• Politechnika Warszawska, Instytut Techniki Cieplnej, Zakład Chłodnictwa i Energetyki Budynku, ul. Nowowiejska 21/25, 00-665 Warszawa

Bibliografia

• [1] Bai A., Popp J., Balogh P., Gabnai Z., Palyi B., Farkas I., Pinter G., Zsiboracs: Technical and economic effects of cooling of monocrystalline photovoltaic modules under Hungarian conditions, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 60, 2016, 1086-1099.
• [2] Radziemska E.: Thermal performance of Si and GaAs based solar cells and modules: a review. Progr. Energy Combust. Sci., 2003, 29, 407-424.
• [3] Tripanagnostopoulos Y.: Aspects and improvements of hybrid photovoltaic/thermal solar energy systems, Solar Energy 81, 2007, 1117-1131.
• [4] Lewandowski W.M.: Proekologiczne odnawialne źródła energii, Wydawnictwo WNT, Warszawa 2012.
• [5] Bigorajski J. Chwieduk D.: Systemy hybrydowe fotowoltaiczno-termicznosłoneczne, w: Wybrane problemy techniki Dzięgielewski Andrzej, Szychowski Dariusz, Wernik Jacek ( red.), 2015, 269-279.
• [6] Tripanagnostopoulos Y. (2012), Photovoltaic/Thermal Solar Collectors, In: Comprehensive Renewable Energy, Volume 3.
• [7] Olchowik J.M. i in.: Comparative analysis of solar cells efficiency in stationary and navigated hybrid systems under southeast Poland conditions, Photovoltaic Energy Conversion, 2006 IEEE 2006 Proc. of 4th World Conference on Photovol taic Energy Conversion, Waikoloa, Hawaii, 7-12 maja 2006.
• [8] Strona internetowa Ministerstwa Infrastruktury i Budownictwa, http://mib.gov.pl/2-Wskazniki_emisji_wartosci_opalowe_paliwa.htm#, data dostępu: 18.05.2016.
• [9] Chwieduk D. (2011), Energetyka słoneczna budynku, Wydawnictwo "Arkady", Warszawa.
• [10] Skoplaki E., Palyvos J.A., Operating temperature of photovoltaic modules: A survey of pertinent correlations, Renewable energy 34, 2009, 23-29.
• [11] Moharram K.A., Abd-Elhady M.S., Kandil H.A., El-Sherif H.: Enhancing the performance of photovoltaic panels by water cooling, Ain Shams Engineering Journal 2013, 4, 869-877.
• [12] Piątek W.: Ekonomika różnych instalacji PV, Ośrodek Szkoleniowo-Badawczy w Zakresie Energii Odnawialnej w Ostoi, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie, 2014.
• [13] Anderson T.N., Duke M., Morrison G.L., Carson J.K. (2009), Performance of a building integrated photovoltaic/thermal (BIPVT) solar collector, Solar Energy, str. 445-455.
• [14] Chwieduk Dorota, Bigorajski Jarosław, Michał Chwieduk: Narzędzie użytkowe wymiarowania i symulacji funkcjonowania słonecznych systemów grzewczych w warunkach krajowych, w: Instal, Ośrodek Informacji "Technika instalacyjna w budownictwie", nr 12, 2013, ss. 39-42.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017)