Fotovoltaika a solární tepelné kolektory – porovnání II

Sluneční záření lze využít dvěma základními způsoby. Buď získávat teplo v solárních termických kolektorech, nebo elektřinu ve fotovoltaických panelech. Účinnost solárních termických kolektorů je nejvyšší v létě, účinnost fotovoltaických panelů v zimě.

Standardní testovací podmínky (STC), za nichž jsou zkoušeny fotovoltaické panely, jsou: teplota okolí 25 °C (= teplota panelu), intenzita záření 1000 W/m2, spektrum AM 1,5 global. Za těchto podmínek je účinnost dnes nejrozšířenějších solárních termických kolektorů se selektivním absorberem několikanásobně vyšší než účinnost nejlepších fotovoltaických panelů i při ohřevu vody na teploty nad 60 °C.

Ostatní technické parametry (cena, hmotnost …) jsou vcelku srovnatelné (viz předchozí část ).

Závislost účinnosti na teplotě média při standardních testovacích podmínkách

Obrázek: Závislost účinnosti na teplotě média při standardních testovacích podmínkách

V praxi však intenzita slunečního záření dosahuje úrovně 1000 W/m2 jen zcela výjimečně. Obvyklejší jsou hodnoty kolem 800 W/m2 v poledne, kdy sluneční záření dopadá na plochu kolektoru téměř kolmo (v závislosti na roční době a sklonu kolektoru). Za těchto podmínek se však teplota fotovoltaických panelů obvykle pohybuje kolem 45 °C, což snižuje jejich účinnost až o 10 %. Pokles účinnosti solárních termických kolektorů v důsledku nižší intenzity záření je rovněž přibližně 10 %.

Závislost účinnosti na teplotě média při teplotě okolí 25 °C a intenzitě záření 800 W/m2.

Obrázek: Závislost účinnosti na teplotě média při teplotě okolí 25 °C a intenzitě záření 800 W/m2.

Mimo polední hodiny je úroveň dopadajícího slunečního záření nižší, v důsledku toho u solárních termických kolektorů klesá účinnost, naopak u fotovoltaických panelů roste, protože se méně zahřívají. Při podrobnějším rozboru se ukazuje, že při ohřevu média nad 100 °C je fotovoltaika výhodnější než solární termické kolektory.

V létě při zatažené obloze intenzita slunečního záření klesá pod 200 W/m2. Teploty se v takovém případě obvykle pohybují kolem 20 °C. Fotovoltaické panely se za těchto podmínek ohřívají vlivem slunečního záření jen nepatrně, takže jejich účinnost se blíží účinnosti nominální (účinnost při nižší intenzitě záření zhruba do 200 W/m2 mírně klesá, při ještě nižších intenzitách je pokles výraznější). Ploché kolektory se selektivním povrchem za těchto podmínek nejsou schopny ohřát vodu na 60 °C, dokonce i účinnost vakuových kolektorů se blíží nule.

Závislost účinnosti na teplotě média při teplotě okolí 20 °C a intenzitě záření 200 W/m2.

Obrázek: Závislost účinnosti na teplotě média při teplotě okolí 20 °C a intenzitě záření 200 W/m2.

V zimním období se v době intenzivního slunečního svitu teploty obvykle pohybují kolem nuly. Intenzita záření je však i za nejlepších podmínek výrazně nižší než v létě, kromě toho sluneční záření dopadá na plochu kolektorů šikmo. Ekvivalentní intenzita kolmo dopadajícího záření se pohybuje kolem 400 W/m2. Za těchto podmínek je účinnost fotovoltaických panelů srovnatelná s účinností vakuových trubkových kolektorů při teplotě 60 °C.

Závislost účinnosti na teplotě média při teplotě okolí 0 °C a intenzitě záření 400 W/m2.

Obrázek: Závislost účinnosti na teplotě média při teplotě okolí 0 °C a intenzitě záření 400 W/m2.

V zimě jsou však obvyklejší intenzity slunečního záření kolem 100 W/m2 a nižší, při teplotách pod bodem mrazu. Za těchto podmínek solární tepelné kolektory v podstatě nefungují. V této souvislosti je nutno upozornit, že při intenzitách záření pod 100 W/m2 výrazně klesá rovněž účinnost fotovoltaických panelů.

Závislost účinnosti na teplotě média při teplotě okolí -5 °C a intenzitě záření 100 W/m2.

Obrázek: Závislost účinnosti na teplotě média při teplotě okolí -5 °C a intenzitě záření 100 W/m2.

Závěr

V letním období jsou fotovoltaické panely výhodnější než solární termické kolektory při ohřevu pracovní látky na teploty nad 100 °C. V zimním období jsou fotovoltaické panely výhodnější i při teplotách ohřívaného média i pod 40 °C. Vekou výhodou fotovoltaiky je absence teplonosné kapaliny a jednodušší přenos vyrobené energie do místa užití. Elektřinu lze rovněž využít všestranněji než teplo.

Pokračování....

Bronislav Bechník
Czech RE Agency, o. p. s. je nezisková společnost, která propaguje úspory, obnovitelné zdroje energie a trvalou udržitelnost

Vydáno: 24. listopadu 2011

vytisknout nahoru

České fotovoltaické průmyslové asociace

EUROPEAN PHOTOVOLTAIC INDUSTRY ASSOCIATION