Современные города сталкиваются с вызовами ограниченного пространства для установки солнечных панелей и тепловых коллекторов. Эти технологии требуют больших площадей на крышах, что ограничивает их широкое применение. Немецко-британская исследовательская группа предложила инновационное решение — гибридное PV-тепловое окно (PVTW), которое объединяет функции выработки электроэнергии и горячей воды, интегрируясь прямо в структуру здания. Этот подход открывает путь к более эффективному использованию пространства и снижению углеродного следа.
Как это работает?
PVTW представляет собой стеклянный модуль, в котором объединены фотоэлектрический слой и тепловой поглотитель. Основной компонент системы — слой из аморфного кремния (a-Si), расположенный на стекле с низким содержанием железа. Фотоэлектрический слой состоит из микрополосок, которые частично поглощают солнечный свет, преобразуя его в электричество. Остальная часть света проходит через слой воды толщиной 4 мм, нагревая ее.
Для циркуляции воды используются две латунные трубки, которые обеспечивают подачу и отвод жидкости. Весь модуль закреплен в прочной поликарбонатной раме, обеспечивающей герметичность и долговечность конструкции.
Испытания системы проводились летом на крыше в Лондоне. Эксперименты проводились при разных углах наклона: 30°, 60° и 90°. В условиях максимального солнечного освещения 1100 Вт/м² система показала следующие результаты:
- Электрический КПД составил 3,6% при угле наклона 30° и немного снизился до 3,3% при 90°.
- Тепловой КПД достигал 17,6%, обеспечивая выходную температуру воды до 50°C.
- В сравнении с эталонным тепловым окном (STW), система PVTW продемонстрировала на 10% большую тепловую эффективность, при этом дополнительно генерируя электроэнергию.
При угле наклона 30° общая площадь PVTW в 1,2 м² достаточно для обеспечения горячей водой стандартного домохозяйства (4 человека) при мгновенном использовании. Если использовать накопительный бак, требуется около 2,8 м² для полного покрытия ежедневных потребностей в горячей воде.
Технические характеристики
- Фотоэлектрический слой: аморфный кремний (a-Si).
- Толщина слоя воды: 4 мм.
- Материалы конструкции: стекло с низким содержанием железа, латунные трубки, поликарбонатные рамы.
- Эффективность: электрическая — до 3,6%, тепловая — до 17,6%.
- Температура воды: до 50°C при оптимальном угле наклона.
PVTW обладает высоким потенциалом интеграции в строительные проекты благодаря компактности и двойной функции. Его внедрение может существенно сократить затраты на энергию и уменьшить зависимость от ископаемого топлива. Однако для массового применения важно улучшить следующие аспекты: увеличение электрического КПД за счет усовершенствования фотоэлектрических материалов, разработка модулей адаптированных к разным климатическим условиям и ориентациям зданий, снижение стоимости производства для повышения доступности технологии.
В долгосрочной перспективе PVTW может стать ключевым элементом энергоэффективных зданий, совмещающих эстетику и функциональность. В условиях глобального перехода к устойчивой энергетике такие решения будут играть важную роль в формировании "умных" городов будущего.
