Hybrydowe panele fotowoltaiczne, czyli PV i kolektor w jednym

Ciągły rozwój technologii wykorzystujących odnawialną energię prowadzi nie tylko do stałego spadku cen instalacji ale również do powstawania coraz to nowszych innowacyjnych konstrukcji jakimi niewątpliwie są hybrydowe panele fotowoltaiczne. Czy jednak jest to technologia mogąca w przyszłości wyprzeć tradycyjne panele oraz kolektory? Zdania na ten temat są podzielone.

Na chwilę obecną najczęściej spotykanymi na polskich dachach instalacjami OZE są kolektory słoneczne oraz panele fotowoltaiczne. Pomimo tego, że te instalacje mogą się wydawać laikowi bardzo podobne i trudne do odróżnienia, wykorzystują one energię słoneczną na dwa całkowicie różne sposoby.

Kolektory słoneczne

Pierwsze z nich pozwalają nam na ogrzewanie energią słoneczną zbiornika ciepłej wody użytkowej za pomocą glikolu lub innej substancji stosowanej jako nośnik ciepła.  Cechują się one wysoką sprawnością, rzędu 80%, i możliwością akumulacji wytworzonej energii w zbiorniku buforowym dzięki czemu jesteśmy ją  w stanie zmagazynować i wykorzystać nawet kilkanaście godzin po zakończeniu pozyskiwania w kolektorze. Dzięki licznym programom wsparcia prowadzonym między innymi przez Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej  jest to obecnie najpopularniejsza metoda wykorzystywania odnawialnej energii w polskich mikroinstalacjach i można ją spotkać na wielu dachach.

Panele fotowoltaiczne

Drugie rozwiązanie jakim są panele fotowoltaiczne pozwala natomiast na wygenerowanie energii elektrycznej przy użyciu efektu fotowoltaicznego zachodzącego na powierzchni paneli fotowoltaicznych wystawionych na działanie promieniowania słonecznego. Na rynku możemy spotkać wiele odmian paneli fotowoltaicznych przy czym do najpopularniejszych należą panele mono – i polikrystaliczne oparte na krzemie. Zazwyczaj pojedyncze panele cechują się kolorystyką i gabarytami zbliżonymi do płaskich kolektorów słonecznych. Z pozycji gruntu można je jednak bardzo łatwo odróżnić po braku węży doprowadzających i odprowadzających nośnik ciepła oraz znacznie większej liczebności względem kolektorów słonecznych, których nie powinno się montować więcej niż 3 sztuki na jednym domie jednorodzinnym. Pomimo tego, że obecnie technologia ta cechuje się sprawnością sięgającą 25%, wszystkie prognozy wskazują na to, że w niedalekiej przyszłości stanie się ona głównym źródłem energii elektrycznej na Ziemi. Przyczyną tego będzie nie tylko wyczerpanie się paliw kopalnych, ale również ciągły spadek cen instalacji, który już dzisiaj wynosi około 20% rocznie.

Niestety wspomniana wcześniej sprawność paneli fotowoltaicznych jest osiągalna tylko w sprzyjających warunkach, w tym także przy niskiej temperaturze paneli nie przekraczającej 50 stopni Celsjusza. Podwyższona temperatura paneli fotowoltaicznych prowadzi w trakcie upalnych dni do zmniejszonej produkcji energii elektrycznej nawet o kilka procent w zależności od stosowanej technologii. Spadek ten jest określany jako temperaturowy współczynnik mocy. Im jego  wartość jest niższa tym panele fotowoltaiczne są bardziej odporne na negatywny wpływ temperatury. Można go znaleźć w każdej karcie katalogowej renomowanego producenta paneli fotowoltaicznych.

Hybrydowe panele fotowoltaiczne

Ta niekorzystna dla produkcji energii elektrycznej cecha jest jednak teoretycznie dość łatwa do zniwelowania dzięki połączeniu paneli fotowoltaicznych z kolektorami słonecznymi, które odprowadzałyby nadmiar ciepła do instalacji CWU. Konstrukcja takich urządzeń nazywanych w skrócie PVT (Photovoltaic Thermal) opiera się zazwyczaj o klasyczne panele fotowoltaiczne oraz specjalną wężownicę zainstalowaną poniżej, podłączoną w sposób analogiczny do klasycznego kolektora słonecznego.

Na rynku możemy również spotkać się z panelami fotowoltaicznymi połączonymi z kolektorami powietrznymi, które odbierają ciepło z wykorzystaniem nagrzanego powietrza przechodzącego przez wentylację. Jest to jednak dość rzadko stosowane rozwiązanie, gdyż zapotrzebowanie na gorące powietrze w miesiącach letnich spotykane jest tylko w szczególnych przypadkach.

Wady  hybrydowej technologii

Niestety pomimo zalet technologii PVT prawdopodobnie nigdy nie będzie ona stosowana na szeroką skalę. Jest to spowodowane nie tylko ceną takich paneli, która dwukrotnie przekracza cenę typowych paneli PV, ale również generowaniu przez nie dużo niższej temperatury CWU.

Znacząco niższa sprawność kolektorów w panelach PVT spowodowana jest przede wszystkim ich gorszą izolacją powodującą mniejszą selektywność przepływu ciepła oraz zużywaniem części promieniowania widzialnego na produkcję energii elektrycznej. Co więcej podwyższona temperatura paneli fotowoltaicznych występuje tylko i wyłącznie w miesiącach letnich gdy zapotrzebowanie na ciepłą wodę użytkową jest znikome.  Nie jest ona, także w warunkach polskich, na tyle wysoka by w znaczący sposób obniżyć produkcję energii elektrycznej.

Na chwilę obecną stosowanie PVT może być uzasadnione tylko i wyłącznie w przypadku dużego zapotrzebowania na ciepłą wodę użytkową w miesiącach letnich, które występuje głównie u posiadaczy przydomowych basenów. Mogłoby ono także sprawdzić się w instalacjach współpracujących z pompami ciepła. Energia pochodząca z modułów fotowoltaicznych stanowiłaby wtedy zasilanie pompy a ciepło mogłoby być wykorzystywane do zasilania dolnego źródła ciepła.

Dlaczego lepiej wybrać PV?

W związku z powyższymi wadami instalacji PVT łączenie fotowoltaiki z kolektorami słonecznymi w urządzeniach hybrydowych nie jest zalecane. Co więcej, w związku z corocznymi spadkami cen instalacji coraz większą popularnością cieszy się stosowanie na dachach tylko i wyłącznie paneli fotowoltaicznych, zarówno do produkcji energii elektrycznej jak i ciepła. Wykorzystanie takiego rozwiązania do generowania CWU ma wiele zalet. Nie wymaga od nas stosowania dwóch oddzielnych technologii, które nawet w przypadku paneli hybrydowych wymagałoby od zainstalowania oprócz przewodów instalacji fotowoltaicznej również dodatkowych węży oraz rur dla nośnika ciepła.

Stosowanie paneli fotowoltaicznych zwolniłoby nas przez to także z konieczności osobnego serwisu instalacji kolektorów słonecznych oraz ryzyka przegrzania układu. Udręką wielu instalacji solarnych jest problem nadmiaru ciepła, które w miesiącach letnich może doprowadzić nawet do uszkodzenia instalacji. Szczególnie niechciane wydaje się być rozszczelnienie instalacji, którego skutkiem może być utrata cennego glikolu ale również uszkodzenia innych urządzeń znajdujących się w domu.

Niszowa technologia…

Problemy te nie występują w przypadku instalacji fotowoltaicznych, w których każda nadprodukcja transportowana jest do sieci elektroenergetycznej, generując zamiast problemów dodatkowe zyski. Spadające ceny klasycznych ogniw fotowoltaicznych oraz duża popularność i zaufanie jakim są darzone sprawia, że na rynku brakuje miejsca na innowacje. Pomimo ciekawych rozwiązań i słusznych założeń, na których bazują panele hybrydowe, są one kolejną niszową technologią posiadającą tylko niewielką przewagą nad standardowymi rozwiązaniami. W związku z powyższym prawdopodobnie technologia ta nie będzie miała w przyszłości racji bytu.

inż. Piotr Kubiak