ปั๊มความร้อนช่วยพลังงานแสงอาทิตย์แบบเทอร์โมไดนามิกส์

โดยทั่วไป เมื่อคุณคิดถึงแผงโซลาร์เซลล์ คุณจะนึกถึงแผงเซลล์แสงอาทิตย์ (PV): แผงที่ติดตั้งบนหลังคาของคุณหรือในพื้นที่เปิดโล่ง และแปลงแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม แผงโซลาร์เซลล์ยังสามารถให้ความร้อนได้ ซึ่งหมายความว่าแผงโซลาร์เซลล์จะเปลี่ยนแสงแดดเป็นความร้อนแทนที่จะแปลงเป็นไฟฟ้า แผงโซลาร์เซลล์แบบเทอร์โมไดนามิกส์เป็นแผงโซลาร์เซลล์แบบใช้ความร้อนประเภทหนึ่ง หรือเรียกอีกอย่างว่าตัวสะสม ซึ่งแตกต่างอย่างมากจากแผงโซลาร์เซลล์แบบเดิม แทนที่จะต้องการแสงแดดโดยตรง แผงโซลาร์เซลล์แบบเทอร์โมไดนามิกส์ยังสามารถผลิตพลังงานจากความร้อนในอากาศได้อีกด้วย

ประเด็นที่สำคัญ

แผงโซลาร์เซลล์แบบเทอร์โมไดนามิกส์สามารถทำหน้าที่เป็นตัวสะสมและเครื่องระเหยในปั๊มความร้อนที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ช่วยการขยายตัวโดยตรง (SAHP)

พวกมันดูดซับความร้อนจากทั้งแสงแดดและอากาศโดยรอบ และโดยทั่วไปไม่ต้องการแสงแดดโดยตรง แม้ว่าพวกมันอาจทำงานได้ไม่ดีในสภาพอากาศที่เย็นกว่า

จำเป็นต้องมีการทดสอบเพิ่มเติมเพื่อประเมินว่าแผงโซลาร์เซลล์ทางอุณหพลศาสตร์ทำงานได้ดีเพียงใดในสภาพอากาศที่เย็นกว่า

แม้ว่าแผงโซลาร์เซลล์แบบอุณหพลศาสตร์จะได้รับความนิยมมากที่สุดในยุโรป แต่บางแผงก็เริ่มเข้าสู่ตลาดในสหรัฐอเมริกาแล้ว

ปั๊มความร้อนที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ช่วยทำงานอย่างไร

SAHP ใช้พลังงานความร้อนจากดวงอาทิตย์และปั๊มความร้อนเพื่อผลิตความร้อน แม้ว่าคุณจะสามารถกำหนดค่าระบบเหล่านี้ได้หลายวิธี แต่ก็มีส่วนประกอบหลักห้าส่วนเสมอ ได้แก่ ตัวสะสม เครื่องระเหย คอมเพรสเซอร์ วาล์วขยายความร้อน และถังแลกเปลี่ยนความร้อนสำหรับจัดเก็บ

แผงโซลาร์เซลล์แบบเทอร์โมไดนามิกส์คืออะไร? พวกเขาทำงานอย่างไร?

แผงเซลล์แสงอาทิตย์แบบอุณหพลศาสตร์เป็นส่วนประกอบของปั๊มความร้อนช่วยด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ (SAHP) แบบขยายโดยตรงบางรุ่น โดยทำหน้าที่เป็นตัวสะสม โดยให้ความร้อนกับสารทำความเย็นที่เย็น ใน SAHP ที่มีการขยายตัวโดยตรง ยังทำหน้าที่เป็นเครื่องระเหยอีกด้วย เนื่องจากสารทำความเย็นไหลเวียนโดยตรงผ่านแผงโซลาร์เซลล์ทางอุณหพลศาสตร์ และดูดซับความร้อน สารทำความเย็นจึงระเหย และเปลี่ยนจากของเหลวเป็นก๊าซ จากนั้นก๊าซจะเดินทางผ่านคอมเพรสเซอร์ซึ่งมีแรงดัน และสุดท้ายไปยังถังแลกเปลี่ยนความร้อนสำหรับกักเก็บ ซึ่งจะทำให้น้ำของคุณร้อน

แผงโซลาร์เซลล์แบบเทอร์โมไดนามิกส์ไม่เหมือนกับแผงเซลล์แสงอาทิตย์หรือแผงโซลาร์เซลล์แบบใช้ความร้อนแบบดั้งเดิม ไม่จำเป็นต้องวางในที่ที่มีแสงแดดส่องถึงเต็มที่ พวกมันดูดซับความร้อนจากแสงแดดโดยตรง แต่ยังสามารถดึงความร้อนจากอากาศโดยรอบได้อีกด้วย ดังนั้น แม้ว่าแผงโซลาร์เซลล์ทางอุณหพลศาสตร์จะถือเป็นแผงโซลาร์เซลล์ในทางเทคนิค แต่ก็มีความคล้ายคลึงกับปั๊มความร้อนจากแหล่งอากาศในบางแง่มากกว่า แผงโซลาร์เซลล์แบบเทอร์โมไดนามิกส์สามารถติดตั้งบนหลังคาหรือผนัง กลางแดดหรือในที่ร่มก็ได้ คำเตือนคือหากคุณอาศัยอยู่ในสภาพอากาศหนาวเย็น แผงโซลาร์เซลล์อาจจะทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุดในแสงแดดเต็มที่ เนื่องจากอุณหภูมิอากาศโดยรอบอาจไม่อบอุ่น เพียงพอที่จะตอบสนองความต้องการด้านความร้อนของคุณ

แล้วน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์ล่ะ?

ระบบน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์ใช้ตัวสะสมแบบดั้งเดิม ซึ่งสามารถให้ความร้อนกับสารทำความเย็น เช่น แผงโซลาร์เซลล์แบบเทอร์โมไดนามิกส์ หรือน้ำโดยตรงก็ได้ ตัวสะสมเหล่านี้ต้องการแสงแดดเต็มที่ และสารทำความเย็นหรือน้ำสามารถเคลื่อนที่ผ่านระบบได้ทั้งแบบพาสซีฟผ่านแรงโน้มถ่วง หรือแบบแอคทีฟผ่านปั๊มควบคุม SAHP มีประสิทธิภาพมากกว่าเนื่องจากมีคอมเพรสเซอร์ซึ่งเพิ่มแรงดันและรวมความร้อนในสารทำความเย็นที่เป็นก๊าซ และเนื่องจากมีวาล์วแลกเปลี่ยนความร้อนซึ่งควบคุมอัตราที่สารทำความเย็นไหลผ่านเครื่องระเหย ซึ่งอาจเป็นแผงโซลาร์เซลล์แบบเทอร์โมไดนามิกส์ – เพื่อเพิ่มผลผลิตพลังงานสูงสุด

แผงโซลาร์เซลล์แบบเทอร์โมไดนามิกส์ทำงานได้ดีแค่ไหน?

แผงโซลาร์เซลล์แบบเทอร์โมไดนามิกส์ต่างจากระบบน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์ ยังคงเป็นเทคโนโลยีที่กำลังพัฒนาและไม่ได้รับการทดสอบอย่างดี ในปี 2014 ห้องปฏิบัติการอิสระแห่งหนึ่ง Narec Distributed Energy ได้ทำการทดสอบในเมืองไบลท์ สหราชอาณาจักร เพื่อตรวจสอบประสิทธิภาพของแผงโซลาร์เซลล์แบบเทอร์โมไดนามิกส์ เมืองไบลธ์มีสภาพอากาศค่อนข้างเย็นและมีฝนตกหนัก และทำการทดสอบตั้งแต่เดือนมกราคมถึงกรกฎาคม

ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าค่าสัมประสิทธิ์สมรรถนะหรือ COP ของระบบ SAHP ทางอุณหพลศาสตร์คือ 2.2 (เมื่อคุณคำนึงถึงความร้อนที่สูญเสียไปจากถังแลกเปลี่ยนความร้อน) โดยทั่วไปแล้วปั๊มความร้อนจะถือว่ามีประสิทธิภาพสูงเมื่อบรรลุ COP ที่สูงกว่า 3.0 อย่างไรก็ตาม แม้ว่าการศึกษาครั้งนี้จะแสดงให้เห็นว่าในปี 2014 แผงโซลาร์เซลล์แบบเทอร์โมไดนามิกส์ไม่ได้มีประสิทธิภาพสูงในสภาพอากาศที่อบอุ่น แต่ก็สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นในสภาพอากาศที่ร้อนกว่า นอกจากนี้ เนื่องจากเทคโนโลยีก้าวหน้าอย่างต่อเนื่อง แผงโซลาร์เซลล์แบบเทอร์โมไดนามิกส์จึงอาจต้องการการศึกษาทดสอบอิสระใหม่

วิธีการประเมินประสิทธิภาพของปั๊มความร้อนที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ช่วย

ก่อนที่จะเลือก SAHP คุณควรเปรียบเทียบค่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพ (COP) ของระบบต่างๆ COP คือการวัดประสิทธิภาพของปั๊มความร้อนโดยพิจารณาจากอัตราส่วนของความร้อนที่มีประโยชน์ที่ผลิตได้เมื่อเปรียบเทียบกับพลังงานที่ป้อนเข้า COP ที่สูงขึ้นจะเท่ากับ SAHP ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นและต้นทุนการดำเนินงานที่ลดลง แม้ว่า COP สูงสุดที่ปั๊มความร้อนใดๆ สามารถทำได้คือ 4.5 แต่ปั๊มความร้อนที่มี COP มากกว่า 3.0 ก็ถือว่ามีประสิทธิภาพสูง