太陽光発電断熱窓は3.6%の電気効率を達成し、50℃のお湯を供給

ドイツとイギリスの研究者チームが新しいを開発した。建物一体型ハイブリッド PV 熱窓 電気と生活用温水 (DHW) の両方を生成する太陽光発電システム (PVTW)。

「通常のソーラーパネルとコレクターを建築環境に設置するには、限られた屋根スペースを広く使う必要があります。これが、スペースとエネルギー供給を最大限に活用できる効率的な建物統合型技術の開発につながりました。」 「この研究では、半透明のPV層と選択的に吸収する液体ベースの熱吸収体で構成される建物統合型ハイブリッドPVTWを製造し、テストしました。」

PVTW の主要コンポーネントは、間隔をあけて配置されたアモルファス シリコン (a-si) マイクロストライプの配列を備えたガラス層です。太陽光の一部のみが PV 層に吸収されて発電され、残りはその下にある 4 mm 厚の水層に伝達されます。2 本の真鍮管が水の入口と出口として機能し、2 つのポリカーボネート フレームが標準的な低鉄ガラス層を挟むために使用されます。

テストは2021年7月16日から23日までロンドンの屋上で実施され、測定された最高周囲温度は34℃、正午の太陽放射照度は約1100W m -2でした。デバイスは30°、60°、90°の傾斜でテストされ、そのパフォーマンスはのリファレンスモジュールのパフォーマンスと比較されました。太陽熱窓（STW） PV コンポーネントなし。後者は、PV 層がガラス層に置き換えられて 2 層になっている点を除いて PVTW と同じです。

テスト結果によると、PVTW システムの電気効率は 3.6%、熱効率は 17.6% でした。

「傾斜角 30° では、PVTW の電気効率は 3.6%、熱効率は 10.7% です。約 50°C のお湯を生成できるため、家庭用として適しており、発電により建物のエネルギー需要を支えています」とチームは指摘しています。「PVTW の傾斜を 30° から 90° に調整すると、出力温度と熱効率の変化が見られ、システム パフォーマンスにおける方向の重要性が実証されています。」

彼らはさらにこう付け加えた。「90°の傾斜では、システムの電気効率は3.3%、熱効率は17.6%で、最大排出温度は約42℃です。このシステムは、独立型廃水処理施設に比べて高温の温水を供給するだけでなく、熱効率が10%も確実に高く、電気も生成します。」

研究者らは、「建物の熱エネルギー需要を満たす上でのPVTWの潜在的影響を理解するために、英国ロンドンの典型的な3ベッドルームのアタッチメントハウス（大人2人と子供2人が住む）の温水需要を満たすために必要なPVTWの表面積を推定することができます」と述べています。「エネルギーバランスを使用すると、この需要を即座に満たすには、30°の傾斜で1.2平方メートル以下のPVTW表面全体が必要になります。温水貯蔵タンクを備えたより大規模なシステムを想定すると、同じ傾斜で、バックアップボイラーを必要とせずに毎日の需要全体を満たすには、約2.8平方メートルのPVTW表面が必要になると推定されます。」

このシステムは、Advanced Science 誌の「光、電気、熱の相乗的な管理を実現する建物一体型ハイブリッド太陽光発電-熱 (PV-T) 窓」に掲載されています。この研究は、英国インペリアル・カレッジ・ロンドンとドイツカールスルーエ工科大学の研究者によって実施されました。