ΥΒΡΙ ΙΚΑ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ/ΘΕΡΜΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΝΕΡΟΥ ΚΑΙ ΑΕΡΑ

Transcript

1 ΥΒΡΙ ΙΚΑ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ/ΘΕΡΜΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΝΕΡΟΥ ΚΑΙ ΑΕΡΑ Ι. Τρυπαναγνωστόπουλος,. Τζαβέλλας και Ειρ. Ζούλια Τµήµα Φυσικής, Πανεπιστήµιο Πατρών, Πάτρα Τηλ/Fax: , yiantrip@physics.upatras.gr ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στην εργασία αυτή παρουσιάζονται πειραµατικά αποτελέσµατα από µία νέα σχεδίαση ηλιακών υβριδικών φωτοβολταϊκών/θερµικών (φβ/θ ή PV/T) συστηµάτων, τα οποία αποτελούνται από διάταξη διπλής απαγωγής της θερµότητας, µε κυκλοφορία νερού ή µε κυκλοφορία αέρα. Οι συσκευές αυτές αποτελούνται από αεραγωγό στο πίσω µέρος φβ πλαισίου, εναλλάκτη θερµότητας νερού από λεπτό µεταλλικό φύλλο µε συγκολληµένους σωλήνες, τοποθετηµένο στο εσωτερικό του αεραγωγού και εξωτερική θερµοµόνωση για τον περιορισµό των θερµικών απωλειών. οκιµάστηκαν πειραµατικά τρεις τρόποι τοποθέτησης του εναλλάκτη θερµότητας του νερού εντός του αεραγωγού και επιλέχτηκε ως βέλτιστη η τοποθέτησή του σε επαφή µε την πίσω πλευρά του φβ πλαισίου. Για την βελτίωση της θερµικής απόδοσης στην κυκλοφορία του αέρα έγινε αύξηση της επιφάνειας εναλλαγής θερµότητας του αέρα εντός του αεραγωγού. Το σύνθετο υβριδικό σύστηµα PV/T δοκιµάστηκε πειραµατικά σε εξωτερικές συνθήκες φυσικού ηλιασµού για τον προσδιορισµό της θερµικής και της ηλεκτρικής του απόδοσης. Επίσης µελετήθηκε η βελτίωση της συνολικής αποδιδόµενης ενέργειας του συστήµατος µε την χρήση ανακλαστήρα. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το µεγαλύτερο µέρος της απορροφούµενης ηλιακής ακτινοβολίας από τα φωτοβολταϊκά (φβ) κύτταρα δεν µετατρέπεται σε ηλεκτρισµό αλλά σε θερµότητα, η οποία συντελεί στην αύξηση της θερµοκρασίας τους µε συνέπεια την µείωση της ηλεκτρικής τους απόδοσης. Η απαγωγή της θερµότητας από τα φβ πλαίσια βοηθά όχι µόνο στη µείωση της θερµοκρασίας λειτουργίας τους αλλά µπορεί και να αξιοποιηθεί αυξάνοντας τη συνολική ενεργειακή τους απόδοση. Τα ηλιακά συστήµατα που έχουν τη δυνατότητα να παρέχουν τόσο ηλεκτρική όσο και θερµική ενέργεια είναι τα υβριδικά φωτοβολταϊκά / θερµικά (φβ/θ ή PV/T) συστήµατα, τα οποία αναπτύσσονται τελευταία και έχουν αρχίσει να χρησιµοποιούνται σε επιδεικτικές εφαρµογές. Τα υβριδικά συστήµατα PV/T συνίστανται από φβ πλαίσια µε ενσωµατωµένη θερµική µονάδα απολαβής της θερµότητας του φβ, όπου ένα κυκλοφορούν ρευστό χαµηλότερης θερµοκρασίας αυτής του φβ θερµαίνεται ψύχοντάς το. Η χρήση του νερού ως ρευστού απολαβής της θερµότητας είναι αποδοτική όλο το έτος, κυρίως σε χώρες µε ήπιο ή θερµό κλίµα. Αυτές οι υβριδικές διατάξεις µπορούν να αξιοποιηθούν για την θέρµανση του νερού σε χαµηλές θερµοκρασίες (µέχρι 40º C) ώστε να επιτυγχάνεται παράλληλα και η διατήρηση χαµηλής θερµοκρασίας στα φβ πλαίσια. Η απαγωγή θερµότητας µε κυκλοφορία αέρα απαιτεί απλούστερη και φθηνότερη διάταξη, αλλά η ψύξη του φωτοβολταϊκού είναι λιγότερο αποδοτική. Όταν ο αέρας του περιβάλλοντος έχει θερµοκρασία µεγαλύτερη των 20ºC τα PV/T συστήµατα αέρα έχουν περιορισµένες δυνατότητες εφαρµογής (κυρίως φυσικός αερισµός και θέρµανση αέρα για ορισµένες διεργασίες).

2 Από τις πρώτες εργασίες που αναφέρονται στην αξιοποίηση της θερµότητας στα φβ είναι των Kern και Russel [1], της Hendrie [2], του Florschuetz [3], του Raghuraman [4] και των Cox και Raghuraman [5]. Ο Loferski κ.ά. [6] δίνουν αποτελέσµατα από την ενσωµάτωση συσκευών PV/T στο κτίριο και ο Bargava κ.ά. [7], ο Prakash [8], ο Sopian κ.ά. [9], ο Brinkworth κ.ά. [10] και ο Garg και Adhikari [11] αναλύουν υβριδικά PV/T συστήµατα µε αέρα ως ρευστό απαγωγής της θερµότητας. Σχετικά µε τα υβριδικά συστήµατα νερού, ξεχωρίζουν οι εργασίες των Bergene και Lovvik [12], Hausler και Rogash [13], Huang κ.ά. [14] και πρόσφατα των Zondag κ.ά. [15]. Τέλος µεταξύ των ερευνητών που αναφέρονται σε συστήµατα PV/T σε συνδυασµό µε µικρής συγκέντρωσης ανακλαστήρες είναι ο Baali [16], o Garg κ.ά. [17], ο Garg και Adhikari [18] και ο Brogren κ.ά. [19]. Στο Εργαστήριό µας µελετούµε διάφορες µορφές διατάξεων συστηµάτων PV/T που χρησιµοποιούν νερό ή αέρα ως ρευστό απολαβής της θερµότητας µε σκοπό την βελτίωση της συνολικής τους ενεργειακής απόδοσης. Η έρευνα αυτή ξεκίνησε µε αφορµή την αντιµετώπιση ορισµένων θεµάτων σχετικά µε την εφαρµογή της ηλιακής ενέργειας στα ξενοδοχεία των Κυκλάδων [20] και συνεχίστηκε µε την µελέτη εξειδικευµένων βελτιώσεων σε συστήµατα µε νερό [21,22] καθώς και σε συστήµατα µε αέρα για εφαρµογές φβ που ενσωµατώνονται στις προσόψεις κτιρίων [23,24]. Στο αντικείµενο αυτό δηµοσιεύτηκε εκτενής εργασία µε διάφορες παραλλαγές υβριδικών συστηµάτων PV/T νερού ή αέρα, τα οποία µελετήθηκαν και σε συνδυασµό µε διάχυτο ανακλαστήρα για την αύξηση της αποδιδόµενης συνολικής ενέργειας [25]. Η παρούσα εργασία είναι µια επέκταση της πιο πρόσφατης ερευνητικής µας δραστηριότητας [26], που αφορά µια νέα σχεδίαση υβριδικών συστηµάτων PV/T, στα οποία η απαγωγή της θερµότητας γίνεται µε νερό ή µε αέρα. Ειδικότερα µελετάται η επίδραση της αύξησης της επιφάνειας εναλλαγής θερµότητας εντός του αεραγωγού στην αποδιδόµενη ενέργεια καθώς και η χρήση κατόπτρων για την αύξηση της προσλαµβανόµενης ηλιακής ακτινοβολίας από το φβ πλαίσιο. Στο αντικείµενο των υβριδικών συστηµάτων PV/T έχουν γίνει ήδη παρουσιάσεις εργασιών του Εργαστηρίου µας σε προηγούµενα Συνέδρια στην Ελλάδα, στα οποία δόθηκαν αποτελέσµατα από τα βασικά αναπτυχθέντα συστήµατα της έρευνας που διεξάγεται στον τοµέα αυτόν [27,28] ή ακόµα και σε συνδυασµό µε την έρευνα που γίνεται στα θερµικά ηλιακά συστήµατα για την αντιµετώπιση πιο γενικά του ενεργειακού προβλήµατος νησιωτικών περιοχών [29], καθώς επίσης και κατοικιών, ξενοδοχείων και γενικά άλλων κτιρίων στην χώρα µας [30,31]. 2. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΜΟΝΤΕΛΑ PV/T ΝΕΡΟΥ ΚΑΙ ΑΕΡΑ Η σχεδίαση των προτεινόµενων υβριδικών συστηµάτων PV/T µε την διπλή λειτουργία απαγωγής της θερµότητας βασίζεται στην βέλτιστη αξιοποίηση των δύο ρευστών απολαβής της θερµότητας ως προς τις απαιτήσεις της εφαρµογής και τις κλιµατολογικές συνθήκες. Τα συστήµατα αυτά µπορούν να χρησιµοποιηθούν για θέρµανση χώρων µε αέρα τον χειµώνα και για υποβοήθηση φυσικού αερισµού το καλοκαίρι ή για θέρµανση νερού σε κατοικίες, πολυκατοικίες, ξενοδοχεία, νοσοκοµεία κ.λ.π. Επίσης οι ίδιες συσκευές έχουν την δυνατότητα να θερµάνουν αέρα για την κάλυψη θερµικών αναγκών χώρων τον χειµώνα και θέρµανση νερού όλη την υπόλοιπη περίοδο, που δεν απαιτείται θέρµανση του χώρου. Με την διπλή αυτή χρήση γίνεται αξιοποίηση του αέρα περιβάλλοντος τον χειµώνα (χαµηλή θερµοκρασία) για ψύξη του φβ και επίτευξη υψηλής ηλεκτρικής απόδοσης και του νερού την υπόλοιπη περίοδο του έτους (χαµηλότερη θερµοκρασία αυτής του αέρα περιβάλλοντος) για την διατήρηση ικανοποιητικής απόδοσης του φβ πλαισίου.

3 ΣΧΗΜΑ 1 Τρείς τρόποι τοποθέτησης του εναλλάκτη νερού Η βασική υβριδική συσκευή PV/T θέρµανσης νερού και αέρα που αποτελεί αντικείµενο πειραµατικής µελέτης αποτελείται από φβ πλαίσιο πολυκρυσταλλικoύ πυριτίου (pc-si), διάταξη θερµικού εναλλάκτη κυκλοφορίας νερού, αποτελούµενο από φύλλα χαλκού µε συγκολληµένους πάνω σ αυτό χάλκινους σωλήνες και από αεραγωγό στην πίσω επιφάνεια του φβ πλαισίου για την κυκλοφορία του προς θέρµανση αέρα. Ο εναλλάκτης νερού βρίσκεται εντός του χώρου του αεραγωγού και η συσκευή θερµοµονώνεται εξωτερικά για να περιοριστούν οι θερµικές απώλειες προς το περιβάλλον. οκιµάστηκαν τρεις τρόποι τοποθέτησης του εναλλάκτη θερµότητας του νερού εντός του αεραγωγού (Σχ.1) για να επιλεχθεί ο πλέον κατάλληλος για την συνέχιση της πειραµατικής µελέτης. Στην πρώτη διευθέτηση (MODE A) ο εναλλάκτης νερού τοποθετήθηκε στην πίσω επιφάνεια του φβ, στην δεύτερη (MODE B) στο µέσον του αεραγωγού και στην τρίτη (MODE C) στην απέναντι επιφάνεια του αεραγωγού. Αν και πιο πρακτική διευθέτηση είναι η τρίτη, η πρώτη βρέθηκε πιο αποδοτική στην θέρµανση του νερού και η δεύτερη στην θέρµανση του αέρα. Θεωρήθηκε έτσι ως πιο αποδοτική συνολικά η πρώτη διευθέτηση, αλλά επιδιώχθηκε να βελτιωθεί λίγο η απόδοση της συσκευής στην θέρµανση του αέρα µε την αύξηση της επιφάνειας εναλλαγής θερµότητας του αέρα εντός του αεραγωγού. Στο Σχήµα 2 παρουσιάζονται τα πειραµατικά αποτελέσµατα για τους τρεις προαναφερθέντες τρόπους διευθέτησης. Στα διαγράµµατα αυτά δείχνονται τα πειραµατικά σηµεία της θερµικής απόδοσης της συσκευής PV/T για τους τρεις διαφορετικούς τρόπους απαγωγής της θερµότητας µε νερό (η th/w ) ή µε αέρα (η th/α ) σε συνάρτηση του λόγου Τ/G. Η θερµική απόδοση η th υπολογίζεται από την σχέση η th = m& Cp(T 0 -T i )/A α G και ο λόγος Τ/G από την σχέση T/G=(T i -T α )/G. Τα µεγέθη που υπεισέρχονται στις σχέσεις αυτές είναι: m& η ροή µάζας του ρευστού και Cp η ειδική θερµότητα του, T i και T 0 η θερµοκρασία εισόδου και εξόδου του ρευστού, T α η θερµοκρασία περιβάλλοντος, G η ένταση της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας και A α η επιφάνεια ανοίγµατος του φβ πλαισίου. Σε όλα τα πειράµατα το φβ συνδεόταν µε φορτίο για την κατανάλωση της παραγόµενης ηλεκτρικής ενέργειας. Επίσης έγινε µέτρηση της ηλεκτρικής απόδοσης σαν συνάρτηση της θερµοκρασίας λειτουργίας του φβ. Η ηλεκτρική απόδοση υπολογίστηκε από την σχέση η el =I m V m /A α G, όπου I m, V m το ρεύµα και η τάση για τη συνθήκη λειτουργίας του φβ στο σηµείο µέγιστης ισχύος. Οι θερµοκρασίες µετρώνται µε θερµοζεύγη τύπου T (Cu-CuNi), η ηλιακή ακτινοβολία µε πυρανόµετρο Kipp&Zonen, η ροή του νερού ογκοµετρικά και η ροή του αέρα µε ανεµόµετρο Lutron AM Οι πειραµατικές δοκιµές γίνονται για διάφορες θερµοκρασίες εισόδου των ρευστών, µε ελάχιστη για το νερό την θερµοκρασία νερού από το δίκτυο ύδρευσης και για τον αέρα τη θερµοκρασία του αέρα του περιβάλλοντος. Στα πειράµατα µε την απαγωγή θερµότητας µε νερό η ροή µάζας του ήταν m& W =0.02 kgs -1 ενώ για την κυκλοφορία αέρα ήταν m& α =0.006 kgs -1. Στην πρώτη διευθέτηση (MODE A) η θερµική απόδοση για το νερό εκτιµήθηκε πολύ καλή ενώ για τον αέρα ικανοποιητική µε περιθώρια βελτίωσης.

4 Θερµική απόδοση η th 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 MODE A -0,02-0,01 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 T/G ( KW -1 m 2 ) ΝΕΡΟ ΑΕΡΑΣ Θερµική απόδοση η th 0,6 MODE B ΝΕΡΟ 0,5 ΑΕΡΑΣ 0,4 0,3 0,2 0,1 0-0,02-0,01 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 T/G ( KW -1 m 2 ) Θερµική απόδοση η th 0.6 MODE C ΝΕΡΟ 0.5 ΑΕΡΑΣ T/G ( KW -1 m 2 ) ΣΧΗΜΑ 2 Πειραµατικά αποτελέσµατα θερµικής απόδοσης των τριών τρόπων απαγωγής της θερµότητας µε νερό και αέρα 3. ΜΟΝΤΕΛΑ PV/T ΑΥΞΗΜΕΝΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗΣ ΑΠΟΛΑΒΗΣ Στοχεύοντας στην βελτίωση της θερµικής απόδοσης του συστήµατος PV/T στην θέρµανση αέρα επιδιώχθηκε η αύξηση της επιφάνειας εναλλαγής της θερµότητας στην κυκλοφορία του αέρα εντός του αεραγωγού. οκιµάστηκαν διάφοροι τρόποι από τους οποίους οι πιο πρακτικοί και αποδοτικοί ήταν οι εξής: 1. Πτερύγια στην επιφάνεια του αεραγωγού απέναντι από την πίσω πλευρά του φβ. 2. Λεπτό επίπεδο µεταλλικό (αλουµίνιο) φύλλο στο µέσον του αεραγωγού και παράλληλα στην διεύθυνση κυκλοφορίας του αέρα. 3. ύο λεπτά επίπεδα µεταλλικά (αλουµίνιο) φύλλα εντός του αεραγωγού και παράλληλα στην διεύθυνση κυκλοφορίας του αέρα.

5 ΣΧΗΜΑ 3 Τρείς τρόποι βελτίωσης της θερµικής απόδοσης αέρα Στο Σχ. 3 δείχνονται σε τοµή οι πιο πάνω τρεις τρόποι βελτίωσης της θερµικής απόδοσης στην απαγωγή της θερµότητας του φβ στην κυκλοφορία αέρα, µε τον αεραγωγό να έχει βάθος 10cm. Στο Σχ. 4 παρουσιάζονται οι πειραµατικές θερµικές αποδόσεις της συσκευής PV/T µε τον αέρα, όπου συµπεριλαµβάνονται και τα αποτελέσµατα για σύστηµα PV/T µε απλό αεραγωγό. Τα αποτελέσµατα έδειξαν ότι η διάταξη µε τα δύο λεπτά επίπεδα φύλλα παρουσιάζουν την βέλτιστη απόδοση µεταξύ των δοκιµασµένων τροποποιήσεων του αεραγωγού, λαµβάνοντας υπ όψιν και το κόστος της κάθε προσθήκης. Θερµική απόδοση ηth 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 PV/T ΑΕΡΑ Σύστηµα µε δύο φύλλα Σύστηµα µε µεγάλα πτερύγια Σύστηµα µε φύλλο Απλό σύστηµα 0 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 Τ/G (KW -1 m 2 ) ΣΧΗΜΑ 4 Συγκριτικά αποτελέσµατα θερµικής απόδοσης συστήµατος PV/T αέρα Η συσκευή PV/T µε τα δύο φύλλα εντός του αεραγωγού δοκιµάστηκε πειραµατικά για τον προσδιορισµό της θερµικής της απόδοσης σε όλο το εύρος τιµών του λόγου T/G. Στο Σχ. 5 παρουσιάζονται τα αποτελέσµατα αυτά για λειτουργία του φβ συνδεδεµένο µε φορτίο. Τα πειράµατα έγιναν µε ροή µάζας m& α = kgs -1 και τα αποτελέσµατα έδειξαν την ουσιαστική βελτίωση της θερµικής απόδοσης του συστήµατος από την αύξηση της επιφάνειας εναλλαγής της θερµότητας του αέρα στον αεραγωγό. Στο διάγραµµα του Σχ. 5 παρουσιάζονται επίσης τα αποτελέσµατα της θερµικής απόδοσης του ίδιου υβριδικού συστήµατος PV/T για την απαγωγή θερµότητας µε κυκλοφορία νερού. Η βελτιωµένη συσκευή PV/T διπλής λειτουργίας παρέχει θερµική απόδοση για κυκλοφορία αέρα περίπου 45% και για κυκλοφορία νερού 55% όταν η συσκευή λειτουργεί σε Τ/G=0 KW -1 m 2. Τα αποτελέσµατα αυτά είναι ικανοποιητικά συγκρινόµενα µε εκείνα που έχουν δηµοσιεύσει άλλοι ερευνητές στις αναφερόµενες εργασίες. Θεωρώντας την εγκατάσταση συστηµάτων PV/T σε οριζόντιες οροφές κτιρίων, οι παράλληλες σειρές των συσκευών τίθενται σε ορισµένη απόσταση για να αποφευχθεί η σκίαση των φβ πλαισίων.

6 Θερµική αποδοτικότητα η th 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0-0,02-0,01 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 Τ/G (KW -1 m 2 ) WATER WATER+REF AIR AIR+REF ΣΧ. 5 Θερµ. αποδοτικότητα συστ. PV/T νερού και αέρα µε και χωρίς διάχυτο ανακλαστήρα.. Για τις περιπτώσεις αυτές προτείνεται η χρήση επιπέδων διάχυτων ανακλαστήρων, οι οποίοι ακουµπούν στο πάνω µέρος των συσκευών PV/T της πίσω σειράς (Σχ. 6). Με την προτεινόµενη διάταξη η προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία στα φβ πλαίσια είναι αυξηµένη όλο το έτος και έχει ως αποτέλεσµα την αύξηση της αποδιδόµενης ηλεκτρικής και θερµικής ενέργειας της εγκατάστασης. ΣΧΗΜΑ 6 ιάταξη τοποθέτησης διάχυτων ανακλαστήρων Η χρήση διάχυτων ανακλαστήρων προτείνεται αντί των συνήθων κατοπτρικών επιφανειών, επειδή εξασφαλίζει µια σχεδόν οµοιόµορφη κατανοµή της ηλιακής ακτινοβολίας στην επιφάνεια των φβ πλαισίων [25] και κατά συνέπεια αποφεύγεται η µείωση της ηλεκτρικής απόδοσης λόγου διαφορετικής έντασης φωτός στην επιφάνειά τους. 4. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΙΑΤΑΞΗΣ PV/T ΜΕ ΙΑΧΥΤΟ ΑΝΑΚΛΑΣΤΗΡΑ Το βελτιωµένο υβριδικό σύστηµα PV/T διπλής λειτουργίας απαγωγής θερµότητας µε δύο λεπτά µεταλλικά φύλλα δοκιµάστηκε πειραµατικά για προσδιορισµό της θερµικής και ηλεκτρικής συµπεριφοράς του µε τη χρήση διάχυτου ανακλαστήρα. Πραγµατοποιήθηκε πειραµατική διάταξη που επιτυγχάνει αύξηση 35% της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας στην επιφάνεια του φβ πλαισίου, που αντιστοιχεί στο θέρος, όπου σηµαντικό µέρος της ηλιακής ακτινοβολίας προσπίπτει στον χώρο µεταξύ των σειρών φβ πλαισίων. Την περίοδο αυτή η απαγωγή της θερµότητας είναι αναγκαία για την αποδοτική λειτουργία των φβ πλαισίων λόγω της αύξησης της θερµοκρασίας τους. Τα αποτελέσµατα δείχνονται στο Σχ. 5 (απλό και σύνθετο σύστηµα PV/T), όσον αφορά την θερµική αποδοτικότητα για χρήση νερού (WATER, WATER+REF) και για χρήση αέρα (ΑIR, ΑIR+REF), µε την ένδειξη REF για τον διάχυτο ανακλαστήρα. Επίσης, στο Σχ. 7 παρουσιάζονται τα πειραµατικά αποτελέσµατα της ηλεκτρικής αποδοτικότητας του φβ για λειτουργία του σε διάφορες θερµοκρασίες, όπου φαίνεται η θετική συνεισφορά του διάχυτου ανακλαστήρα. Ο υπολογισµός της θερµικής και ηλεκτρικής αποδοτικότητας βασίστηκε στην ηλιακή ακτινοβολία που προσπίπτει απ ευθείας στο φβ πλαίσιο, χωρίς να ληφθεί υπ όψιν η ανακλώµενη, για να είναι εµφανής η σύγκριση της ενεργειακής συµπεριφοράς των δύο διατάξεων µε και χωρίς διάχυτο ανακλαστήρα.

7 Ηλεκτρ. αποδοτικότητα n el 0,18 0,16 0,14 0,12 0,10 0, Θερµοκρασία PV ( C) pc-si PV pc-si PV+REF Από τα αποτελέσµατα των Σχ. 5 και 7 παρατηρούµε µια αξιόλογη αύξηση της αποδιδόµενης θερµότητας και ηλεκτρισµού στην διάταξη µε τον διάχυτο ανακλαστήρα. Έτσι, για λειτουργία του συστήµατος σε Τ/G=0 KW -1 m 2 επιτυγχάνεται θερµική απόδοση για νερό 75% (έναντι 55% χωρίς ανακλαστήρα) και για αέρα 60% (έναντι 45%). Σε σχέση µε την θερµοκρασία ΣΧΗΜΑ 7 Ηλεκτρική αποδοτικότητα συστηµάτων λειτουργίας παρατηρούµε ότι π.χ. για 65 C το φβ έχει ηλεκτρική αποδοτικότητα 13% µε ανακλαστήρα, έναντι 10% χωρίς ανακλαστήρα, δηλαδή αυξάνει κατά 30% (όσο περίπου η πρόσθετη ηλιακή ακτινοβολία από τον διάχυτο ανακλαστήρα). Για την εκτίµηση της συνεισφοράς του διάχυτου ανακλαστήρα δοκιµάστηκε µια άλλη διάταξη, η οποία αποτελείτο από δύο γυάλινα επίπεδα κάτοπτρα τοποθετηµένα παράπλευρα του φβ πλαισίου (Σχ. 8). Η διάταξη αυτή έχει ανάγκη συνεχούς προσανατολισµού στον ήλιο για να διατηρείται οµοιόµορφος φωτισµός στην επιφάνεια του φβ και να εξασφαλίζεται έτσι η αύξηση της αποδιδόµενης ηλεκτρικής ενέργειας. Σηµειώνουµε όµως ότι µε την χρήση διάχυτου ανακλαστήρα η όλη διάταξη είναι ακίνητη και κατά συνέπεια πιο πρακτική και πιο οικονοµική. Τα πειραµατικά αποτελέσµατα έδειξαν ΣΧΗΜΑ 8 Σύστηµα µε κάτοπτρα πως η συγκεκριµένη διάταξη παρέχει µια αύξηση της ηλεκτρικής ενέργειας στους 65 C κατά 50%, καθώς επιτυγχάνεται αποδοτικότητα η el =0.15, σε σύγκριση µε το απλό φβ πλαίσιο που δίνει ηλεκτρική απόδοση η el =0.10 για ίδια θερµοκρασία λειτουργίας (στον υπολογισµό της η el δεν συµπεριλαµβάνεται η πρόσθετη από ανάκλαση ηλιακή ακτινοβολία). Η διάταξη έχει γεωµετρικό λόγο συγκέντρωσης C=2 και µετρήθηκε ηλιακή ακτινοβολία στην επιφάνεια του φβ πλαισίου αυξηµένη κατά 55% ως προς την ακτινοβολία χωρίς χρήση κατόπτρων. 5. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Μελετήθηκαν πειραµατικά τρόποι απαγωγής της θερµότητας υβριδικών συστηµάτων PV/T µε κυκλοφορία νερού ή αέρα µε σκοπό την βελτίωση της ηλεκτρικής και θερµικής τους απόδοσης. Επελέγη ο βέλτιστος συνδυασµός και δοκιµάστηκαν τρεις περιπτώσεις αύξησης της επιφάνειας εναλλαγής θερµότητας στην λειτουργία της συσκευής µε κυκλοφορία αέρα. Η χρήση δύο λεπτών µεταλλικών φύλλων εντός του αεραγωγού έδωσε τα καλύτερα αποτελέσµατα και η συσκευή δοκιµάστηκε εκτενέστερα ως προς την ηλεκτρική και θερµική συµπεριφορά της. Η ίδια διάταξη PV/T δοκιµάστηκε ακόµα σε συνδυασµό µε διάχυτο ανακλαστήρα για επίτευξη αύξησης της αποδιδόµενης θερµότητας και ηλεκτρισµού. Τα αποτελέσµατα συγκρίθηκαν µε αυτά της διάταξης φβ πλαισίου µε γυάλινα επίπεδα κάτοπτρα και εκτιµήθηκε πως ο διάχυτος ανακλαστήρας είναι µια ικανοποιητική ενεργειακά και οικονοµικά λύση, καθώς αποφεύγεται το σύστηµα προσανατολισµού στον ήλιο.

8 6. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ [1] E.C. Kern Jr and M.C. Russel, Proc. of 13 th IEEE Photovoltaic Specialists, Washington DC, USA, pp (1978) [2] S.D. Hendrie, Proc. of Int. Conf. ISES, Atlanta, Georgia, USA, May 28 June 1, Vol.3, pp (1979) [3] L.W. Florschuetz, Solar Energy 22, pp (1979) [4] P. Raghuraman, Journal of Solar Energy Enginnering, Vol 103, pp (1981) [5] C.H. Cox III and P. Raghuraman, Solar Energy 35, pp (1985) [6] J.J. Loferski, J.M. Ahmad and A. Pandey, Proc. of the 1988 Annual Meeting, American Solar Energy Society, Cambridge, Massachusetts, USA, pp (1988) [7] A.K. Bhargava, H.P. Garg and R.K. Agarwal, Energy Convers. Mgmt, Vol 31, No 5, pp (1991) [8] J. Prakash, Energy Convers. Mgmt. Vol 35, No 11, pp (1994) [9] K. Sopian, H.T. Liu, K.S. Kakac and T.N. Veziroglu, Proc. of ASME Int. Mechanical Engineering Congress and Exhibition, Atlanta, USA, Nov 25-28, Vol.36, pp (1996) [10] B.J. Brinkworth, B.M. Cross, R.H. Marshall and Hongxing Yang, Solar Energy 61, pp (1997) [11] H.P. Garg and R. S. Adhikari, Renewable Energy 11, pp (1997) [12] T. Bergene and O.M. Lovvik, Solar Energy 55, pp (1995) [13] T. Hausler, H. Rogash. Proc 16 th Europ. PV Solar Energy Conf. Vol.III pp , 1-5 May, Glasgow, U.K. (2000) [14] B.J. Huang, T.H. Lin, W.C. Hung and F.S. Sun, Performance evaluation of solar photovoltaic/thermal systems, Solar Energy 70, pp (2001) [15] H.A. Zondag, D.W. de Vries, W.G.J. van Helden, R.J.C. van Zolingen and A.A. van Steenhoven Solar Energy 72, pp (2002) [16] A.A.Al Baali, Solar & Wind Technology 3, pp (1986) [17] H.P. Garg, P.K. Agarwal and A.K. Bhargava, Energy Convers. Mgmt. 32, pp (1991) [18] H.P. Garg and R.S. Adhikari, Performance analysis of a hybrid photovoltaic/thermal (PV/T) collector with integrated CPC troughs. Int. J. Energy Res. 23 pp (1999) [19] M. Brogren, M. Ronnelid, B. Karlsson Proc. 16 th Europ. PV Solar Energy Conf. Vol. III, pp , 1-5 May, Glasgow, U.K. (2000) [20] Y. Tripanagnostopoulos, P. Yianoulis and D. Patrikios, Proc. 4 th Europ. Conf. Solar Energy in Architecture and Urban Planning, pp , Berlin, Mar, Germany (1996) [21] Y. Tripanagnostopoulos, P. Yianoulis and D. Patrikios, Proc. Int. Conf. WREC IV, Vol.I, pp , June, Denver, USA (1996) [22] Y. Tripanagnostopoulos, Th. Nousia and M. Souliotis,. Proc. of Int. Conf. WREC V, Part III, pp , Sep. Florence, Italy (1998) [23] Y. Tripanagnostopoulos, Th. Nousia and M. Souliotis, Proc. 6 th Europ. PV Solar Energy Conf. Vol II pp , Glasgow, U.K. (2000) [24] Y. Tripanagnostopoulos, Th. Nousia and M. Souliotis, Proc. 7 th Euroean PV Solar Energy Conf. Vol III, pp , Munich, Oct, Germany (2001) [25] Y. Tripanagnostopoulos, Th. Nousia and M. Souliotis, Solar Energy 72, pp (2002) [26] Y. Tripanagnostopoulos, D. Tzavellas, I. Zoulia and M. Chortatou, Proc. 7 th Europ. PV Solar Energy Conf., Vol III, pp , Munich, Oct, Germany (2001) [27] I. Τρυπαναγνωστόπουλος, Π. Γιαννούλης και. Πατρίκιος, Πρακτικά 5 ου Εθνικού Συνέδριου ΙΗΤ, Τόµος Α, σελ , Αθήνα 6-8 Νοε (1996) [28] Θ. Νούσια, Μ. Σουλιώτης και Ι. Τρυπαναγνωστόπουλος, Πρακτικά 6 ου Εθνικού Συνέδριου ΙΗΤ, Τόµος Α, σελ , Βόλος 3-5 Νοε (1999) [29] Ι. Τρυπαναγνωστόπουλος, Ε. Σουλιώτης και Θ. Νούσια, Πρακτικά 1 ου Εθνικού Συνεδρίου RENES-ΕΜΠ, σελ , Αθήνα 30/11-2/12 (1998) [30] Ι. Τρυπαναγνωστόπουλος και Μ. Σουλιώτης, Πρακτικά 2 ου Εθνικού Συνεδρίου RENES-ΕΜΠ, σελ , Αθήνα Μαρ. (2001) [31] Y. Tripanagnostopoulos, M. Souliotis and Th. Nousia, Proc. Int. Conf. Ëcological Protection of Planet Earth,Vol II, pp , Xanthi, 5-8 Jun, Greece (2001)