JAROSŁAW BIGORAJSKI

Analiza wydajności energetycznej i symulacja funkcjonowania systemów fotowoltaiczno-cieplnych w skali mikro

Abstract:

Praca dotyczy możliwości wykorzystania instalacji z modułami fotowoltaiczno-cieplnymi w klimacie umiarkowanym. Przeprowadzone analizy dotyczą w szczególności wydajności energetycznej instalacji w skali mikro. Praca zawiera zarówno część dotyczącą przeprowadzonych badań eksperymentalnych jak i część dotyczącą symulacji funkcjonowania i wydajności energetycznej systemów fotowoltaiczno-cieplnych w skali mikro.

W pierwszym rozdziale opisano problem spadku sprawności modułów fotowoltaicznych wraz ze wzrostem ich temperatury oraz możliwe rozwiązania tego problemu.

Drugi rozdział zawiera cel i zakres pracy. Szczegółowo opisano zawartość każdego rozdziału pracy.

Trzeci rozdział zawiera kompleksowy przegląd literatury dotyczącej funkcjonowania i wydajności energetycznej instalacji fotowoltaiczno-cieplnych. Z przeglądu literatury wynika, że w porównaniu z cieczowymi modułami fotowoltaiczno-cieplnymi powietrzne moduły są lepiej poznane i opisane.

W czwartym rozdziale zaprezentowane zostały podstawy opisu działania odbiorników energii promieniowania słonecznego. Opisane zostały m.in. równania, które pozwalają na wyznaczenie wydajności energetycznej kolektorów słonecznych, modułów fotowoltaicznych, a także modułów fotowoltaiczno-cieplnych.

Następna część pracy (rozdział piąty) zawiera opis przeprowadzonych badań eksperymentalnych. Badania eksperymentalne zostały przeprowadzone w Patras, w Grecji, w okresie października i listopada.
W tym okresie warunki klimatyczne w Grecji są zbliżone do warunków meteorologicznych w czasie polskiego lata. Do badań eksperymentalnych wybrano moduł fotowoltaiczno-cieplny z jedną osłoną przezroczystą oraz bez osłony. Autor zaprojektował i zbudował stanowisko badawcze z modułami fotowoltaiczno-cieplnymi.

W szóstym rozdziale pracy opisano wykorzystane podczas symulacji funkcjonowania i wydajności energetycznej instalacji z modułami fotowoltaiczno-cieplnymi model matematyczny tej instalacji. Przedstawione i opisane zostały równania m.in. równania pozwalające na wyznaczenie ilości ciepła i energii elektrycznej pozyskiwanych z instalacji słonecznej.

Zależność wykorzystywana do wyznaczania temperatury modułu fotowoltaiczno-cieplnego została zwalidowana na podstawie przeprowadzonych wyników badań eksperymentalnych. Na podstawie walidacji zaproponowano modyfikację tej zależności poprzez wprowadzenie współczynnika korekcyjnego. Zaproponowany współczynnik korekcyjny pozwala na uwzględnienie konstrukcji (liczba osłon), gdy wyznaczana jest wydajność energetyczna i przeprowadzana jest symulacja funkcjonowania instalacji słonecznej z modułami fotowoltaiczno-cieplnymi.

Siódmy rozdział opisuje model funkcjonowania i wydajności energetycznej instalacji z modułami fotowoltaiczno-cieplnymi ze szczególnym uwzględnieniem poziomów zapotrzebowania na ciepło i energię elektryczną. 

Ósmy rozdział zawiera opis autorskiego numerycznego kodu programu. Zaprezentowany został schemat blokowy programu. Opisany program umożliwia przeprowadzanie kompleksowych symulacji funkcjonowania systemów fotowoltaiczno-cieplnych w skali mikro.

W dziewiątym rozdziale przedstawiono i opisano przeprowadzone symulacje systemów fotowoltaiczno-cieplnych w skali mikro, które dostarczają ciepło i energię elektryczną na potrzeby domu jednorodzinnego. Zaprezentowane i opisane zostały wybrane wyniki symulacji różnych wariantów wielkości instalacji. Wyniki symulacji pokazują, że w krajach o wyższej szerokości geograficznej, takich jak Polska, w okresie zimowym (od listopada do lutego) ciepło pozyskane z instalacji fotowoltaiczno-cieplnej jest bliskie zera. Z kolei w okresie letnim może występować problem ze zbyt wysoką temperaturą magazynowania, co może powodować obniżenie sprawności modułów fotowoltaiczno-cieplnych. W polskich warunkach klimatycznych system fotowoltaiczno-cieplny powinien mieć zapewniony stały i ciągły odbiór ciepła, aby zapewnić wysoką wydajność energetyczną systemu.

Ostatni dziesiąty rozdział zawiera główne wnioski z całej pracy, główne autorskie osiągnięcia opisane w pracy oraz planowane dalsze kierunki badań.