Specjalne powłoki dachów zwiększą uzyski energii z fotowoltaiki

Odpowiednie powłoki dachów dzięki wyższemu albedo są w stanie zintensyfikować pracę dwustronnych modułów fotowoltaicznych. Przyczyniają się też do redukcji rachunków za energię w budynkach dzięki zapewnieniu optymalnej temperatury.

Hiszpańsko-algierska grupa naukowców przeprowadziła badania związane z analizą tego, w jaki sposób „chłodne dachy” (ang. Cool Roofs, CR) przyczyniają się m.in. do poprawy efektywności instalacji fotowoltaicznej. Naukowcy zdefiniowali te powłoki jako silnie odblaskowe powierzchnie o wysokiej emisyjności w podczerwieni termicznej. Zwyczajowo tego typu powłoki stosuje się na dachach budynków w celu obniżenia temperatury w ich wnętrzu. W kilku pracach naukowych wykazano redukcję zużycia energii elektrycznej potrzebnej m.in. do chłodzenia budynków, co szczególnie pozytywnie wpływało na powstający latem w dużych miastach efekt wyspy ciepła.

Cztery testowe instalacje fotowoltaiczne

W ramach eksperymentu mającego na celu sprawdzenie, w jakim stopniu „chłodny dach” może podnieść wydajność pracy instalacji fotowoltaicznej, zbudowano cztery minisystemy fotowoltaiczne. Międzynarodowa grupa badaczy wykorzystała do tego celu taras budynku firmy UPC niedaleko Barcelony w Hiszpanii. Każdy system miał moc około 1 kWp.

REKLAMA

Pierwszy system (referencyjny) zbudowany został na bazie modułów bifacjalnych, ale poddanych modyfikacji poprzez nałożenie dodatkowego materiału, co w skutkach „uczyniło go” modułem monofacjalnym. Drugi składał się z modułów dwustronnych (bifacjalnych), ale umieszczonych na „tradycyjnym dachu” (bez powłoki silnie odblaskowej). Trzeci układ ponownie składał się z modułów dwustronnych, ale tym razem umieszczono go na Cool Roof. W czwartym, ostatnim zestawie wykorzystano moduły bifacjalne, lecz innego typu. Podobnie jak pierwszy zestaw był on umieszczony na tradycyjnym dachu.

W przypadku trzech pierwszych zestawów zastosowano bifacjalny moduł JA Solar JAM60D09 320/BP. W pierwszym zestawie tył modułu pokryto białym, nieprzezroczystym materiałem winylowym, dzięki czemu warunki optyczne zostały utrzymane na tym samym poziomie jak w przypadku jednostronnego modułu fotowoltaicznego. Do budowy czwartego zestawu użyto innego modułu (nie podano nazwy producenta), który – w odróżnieniu od poprzednich – był wykonany z wykorzystaniem powłoki TPO zamiast EVA. TPO to rodzaj termoplastycznego elastomeru wykorzystywanego obok EVA do kapsułkowania ogniw słonecznych.

W czwartej instalacji fotowoltaicznej nie zaobserwowano żadnych znaczących różnic pomiędzy modułami bifacjalnymi z TPO a modułami z EVA. Niemniej jednak, jak podkreślają naukowcy, może być potrzebny dłuższy okres analizy, aby ocenić zróżnicowane starzenie się materiału.

W każdym przypadku do konwersji prądu stałego na przemienny wykorzystano jednofazowy falownik o mocy 1,5 kW firmy SolaX.

REKLAMA

Wszystkie zestawy zostały ustawione z zachowaniem azymutu 163 st. w kierunku południa, a kąt nachylenia modułów wyniósł 34 st. Prześwit między dolną krawędzią modułu a powierzchnią dachu wyniósł 50 cm, a odstępy między poszczególnymi rzędami ustawiono na 3 metry.

Okres testowy instalacji fotowoltaicznych trwał od kwietnia 2020 r. do listopada 2021 r.

Cool Roof zwiększy uzysk energii i obniży temperaturę w budynku

Analiza wykazała, że układ trzeci, czyli składający się bifacjalnych modułów umieszczonych na Cool Roof, osiągnął najwyższy uzysk energii. W porównaniu z zestawem pierwszym, czyli obejmującym monofacjalne moduły umieszczone na tradycyjnym zadaszeniu, w trzecim odnotowano o 8,6 proc. wyższą produkcję prądu. Jak przeliczają naukowcy, oznaczało to w lokalnych warunkach korzyść ekonomiczną w wysokości około 18,3 euro/kWp/rok (około 80 zł/kWp/rok).

Międzynarodowy zespół badawczy wskazuje, że Cool Roof może przyczyniać się do obniżenia temperatury samego dachu latem (jego obszarów niezacienionych) nawet o 3,8 st. C. To potencjalnie oznacza duże oszczędności w związku z kosztami chłodzenia budynku.

Swoje badania naukowcy przedstawili w pracy „Experimental energy performance assessment of a bifacial photovoltaic system and effect of cool roof coating” opublikowanej w czasopiśmie „Journal of Building Engineering”.