Тромбо-фотоэлектрическая стена для получения электричества и тепла
(Zapoved) – Что происходит, когда элемент пассивной архитектуры интегрируется с активным компонентом производства энергии? Именно из этого предположения в начале 2000-х гг. Тромба-Фотогальваническая стена, слияние двух разных подходов к использованию солнечной энергии в строительстве. Система способна вырабатывать электроэнергию и тепло, полезные для дома, и ее первоначальная концепция восходит к работы некоторых китайских ученых который в 2005 году впервые смоделировал стену Тромба с прикрепленными фотогальваническими элементами. С тех пор исследования, направленные на оптимизацию энергетических характеристик этого «гибрида», умножились, тестируя новые материалы с фазовым переходом, пористую среду или добавление вентиляторов. Последнее хронологическое продвижение произошло только в этом году из исследования, проведенного Атекой Ибрагимом, Омером Ахмедом и Самиром Алгбури изУниверситет Аль-КитабИрак.
Группа искала способ оптимизировать количество солнечного излучения, падающего на внешний фасад, чтобы повысить общую эффективность системы. Но для понимания результата полезно сделать несколько шагов назад
Стена Тромба, что это такое и как это работает?
Стена Тромба или точнее Тромба-Мишеля — это деталь пассивная солнечная система изобретен в конце 1800-х годов, но стал известен в 1970-х годах. Эта конструкция является частью биоклиматических устройств с тепловой массой и он работает как большая батарея. В течение дня стена заряжается солнечным теплом, а затем пассивно выделяет ту же тепловую энергию контролируемым образом в течение длительного периода времени. Это система непрямого усиления: стена толщиной не менее 25 см, оснащенная верхним и нижним воздухозаборниками, изготовлена из материалов с высоким улавливанием солнечной энергии и окрашена снаружи в черный цвет для лучшего поглощения излучения. Перед его внешней стороной устанавливают остекленную поверхность, оставляя между двумя элементами зазор около 5 см.
Таким образом, его задача состоит в том, чтобы обеспечить дом теплом, и он делает это двумя способами. Первый путь – через поглощение и накопление солнечной радиации. Стена Тромба (TW) нагревается солнцем, излучая тепло на остальную часть дома, пока температура стены выше, чем температура внутренней среды; так что теоретически даже после захода солнца. Второй способ – конвекция. Зимой, когда солнце падает на стену, воздух в полости нагревается и поднимается вверх, проходя через потолочные вентиляционные отверстия. Свежий воздух, поступающий из помещения, всасывается через вентиляционные отверстия в полу. Но система может быть полезна и летом: накопленную тепловую энергию можно использовать для подачи свежего воздуха путем создания конвекционных потоков.
Тромба-Фотогальваническая стена
Зачем интегрировать фотогальваническая технология с пассивными солнечными стенами? Потому что было доказано, что сочетание технологий может помочь друг другу. И что, в частности, Muro di Trombe может помочь в охлаждении солнечных батарей, повышая эффективность. Проблема этого типа гибридной системы в том, что она имеет низкую производительность.
Иракские ученые попытались оптимизировать количество падающей солнечной радиации, разместив отражающие зеркала с каждой стороны передней поверхности системы PV/TW. Также добавлены два вентилятора под каждой камерой и теплообменник за одной из используемых фотоэлектрических панелей, а также насос для циркуляции воды внутри.
Подход Университета Аль-Китаб
Не совсем новый подход, но команда сделала несколько шагов вперед, изучив также оптимальный угол для отражающих поверхностей — между 30, 45 и 60 градусов – к целях электрической и тепловой отдачи. “В этом исследовании электрические и тепловые характеристики системы (PV/TW) – пишут иракские ученые – были оценены путем определения скорости поглощения тепла воздуховодом и скорости поглощения тепла теплообменником, а также расчета электроэнергии, которую он может производить от фотогальванической панели».
Результаты показали, что использование вентиляторов постоянного тока вместе с зеркалами и водой, протекающей через теплообменник, улучшает общую производительность фотогальванического элемента Muro di Trombe. В частности, лучший угол для зеркал составляет 30° при использовании водяного охлаждения. Эта конфигурация системы обеспечивает максимальный ежедневный электрический КПД 13,86%. Кроме того, испытания подтвердили, что тепловой КПД системы с двумя охлаждающими жидкостями является самым высоким по сравнению с другими оцениваемыми случаями. С результатами исследования можно ознакомиться в статье «Оптимальный угол отражающих зеркал, встроенных в стену PV/Trombe: экспериментальная оценка. Автор ссылается на открытую накладную панель», опубликованную в Energy Reports (текст на английском языке)..