태양광 열창, 전기 효율 3.6% 달성, 50°C 온수 공급

독일과 영국의 연구원 팀이 새로운 를 개발했습니다.건물 통합형 하이브리드 PV-열 창 전기와 생활용 온수(DHW)를 모두 생성하는 (PVTW).

“건축 환경에 일반 태양광 패널과 수집기를 설치하려면 상당한 지붕 공간을 사용해야 하는데, 이는 제한적입니다. 이는 공간과 에너지 공급을 최대한 활용할 수 있는 효율적인 건물 통합 기술의 개발에 영감을 주었습니다.” “이 작업에서 우리는 반투명 PV 층과 선택적으로 흡수하는 액체 기반 열 흡수체로 구성된 건물 통합 하이브리드 PVTW를 제작하고 테스트했습니다.”

PVTW의 주요 구성 요소는 간격이 있는 비정질 실리콘(a-si) 마이크로스트라이프 배열이 있는 유리 층입니다. 태양광의 일부만 PV 층에 흡수되어 발전되고 나머지는 그 아래의 4mm 두께 물 층으로 전달됩니다. 두 개의 황동 튜브가 물 입구와 출구 역할을 하며 두 개의 폴리카보네이트 프레임이 표준 저철분 유리 층을 샌드위치하는 데 사용됩니다.

테스트는 2021년 7월 16일부터 23일까지 런던의 옥상에서 수행되었으며, 측정된 최대 주변 온도는 섭씨 34도이고 정오의 태양 복사량은 약 1100W m-2였습니다. 이 장치는 30°, 60° 및 90°의 경사에서 테스트되었으며, 그 성능은 태양열 창(STW) PV 구성 요소 없이. 후자는 PVTW와 동일하지만 PV 층이 유리 층으로 대체되어 두 층을 형성합니다.

테스트 결과에 따르면 PVTW 시스템의 전기 효율은 3.6%, 열 효율은 17.6%입니다.

"30° 기울기 각도에서 PVTW는 전기 효율이 3.6%이고 열 효율은 10.7%입니다. 약 50°C의 온수를 생산할 수 있는 능력은 가정용으로 적합하며, 발전은 건물의 에너지 수요를 지원합니다."라고 팀은 언급했습니다. "PVTW의 기울기를 30°에서 90°로 조정하면 출력 온도와 열 효율의 변화를 관찰할 수 있으며, 이는 시스템 성능에 대한 방향의 중요성을 보여줍니다."

그들은 다음과 같이 덧붙였습니다. "90° 경사에서 이 시스템은 전기 효율이 3.3%이고 열 효율이 17.6%이며 최대 유출 온도는 약 42도 섭씨입니다. 이 시스템은 단독 폐수 처리 시설에 비해 더 높은 온도에서 온수를 공급할 뿐만 아니라 열 효율이 확실히 10% 더 높고 전기도 생성합니다."

학자들은 "건물의 열 에너지 수요를 충족하는 데 있어 PVTW의 잠재적 영향을 이해하기 위해, 영국 런던에 있는 2명의 성인과 2명의 어린이가 사는 일반적인 3베드룸 주택의 온수 수요를 충족하는 데 필요한 PVTW 표면을 추정할 수 있습니다."라고 말했습니다. "에너지 균형을 사용하면 30° 경사에서 1.2제곱미터를 넘지 않는 전체 PVTW 표면이 이 수요를 즉시 충족하는 데 필요합니다. 온수 저장 탱크가 있는 더 큰 시스템을 가정하면 동일한 경사에서 백업 보일러 없이 전체 일일 수요를 충족하는 데 약 2.8m2의 PVTW 표면이 필요할 것으로 추정합니다."

이 시스템은 Advanced Science 저널의 "시너지적 조명 관리, 전기 및 열 생성을 위한 건물 통합 하이브리드 광전지-열(PV-T) 창문"에 게재되었습니다. 영국 임페리얼 칼리지 런던과 독일 카를스루에 공과대학의 연구자들이 연구를 수행했습니다.