Reklama

Hybridní fotovoltaicko-tepelné kolektory ve světle nové statistiky

Ing. Nikola Pokorný, doc. Ing. Tomáš Matuška, Ph.D.

TZB-info doporučuje

Článek seznamuje čtenáře se situací na evropském a světovém trhu s hybridními fotovoltaicko-tepelnými (FVT) kolektory. Letos se FVT kolektory poprvé objevily ve světové statistice solárních tepelných soustav jako významná část trhu. V České republice jsou však jejich instalace zatím stále ojedinělé.

Reklama

Úvod

Hybridní FVT kolektor produkuje ze stejné absorpční plochy jak teplo, tak elektrickou energii. Přidáním absorbéru na zadní stranu fotovoltaického panelu je možné využít teplo, které jinak odchází formou tepelné ztráty do okolí. Je tedy možné dosáhnout celkové účinnosti přeměny sluneční energie na teplo a elektřinu až 70 %, což je výrazný nárůst oproti samotným fotovoltaickým panelům dostupným na trhu, kde se elektrická účinnost pohybuje od 10 do 20 %. Na druhé straně, oproti prostým fototermickým kolektorům, solární FVT kolektory produkují kromě tepla i cennou elektrickou energii.

Výrobci

V roce 2017 byla publikována rešerše zaměřená na stav trhu s hybridními kolektory, kde bylo evidováno 53 výrobců, z toho 38 výrobců nezasklených FVT kolektorů [1]. V březnu 2018 vydalo SEAC (Solar Energy Application Centre) v Eindhovenu další rešerši trhu [2]. V letošním roce bylo provedeno statistické šetření hybridních kolektorů na trhu v rámci projektu mezinárodní energetické agentury IEA SHC Task 60 [3], které bylo publikováno v každoročním přehledu světového trhu se solární tepelnou technikou [4]. Dotazníkové šetření vyplnilo 26 výrobců hybridních kolektorů z 11 zemí (viz obr.1). Jedná se o nový rozvíjející trh, který hledá ještě pevné zakotvení. Na obr. 2 je patrné, že výrobci jsou zaměřeni zejména na nezasklené kapalinové kolektory, které tvoří přibližně 48 % z počtu výrobců ostatních hybridních kolektorů, 28 % výrobců se zaměřuje na zasklené kapalinové kolektory, 4 % na vakuové trubicové kolektory, 12 % na vzduchové kolektory a 8 % na koncentrační kolektory.

Obr. 1 – Rozdělení počtu výrobců hybridních FVT kolektorů podle země původu [4]

Obr. 2 – Distribuce výrobců FVT kolektorů podle typu kolektoru [4]

Instalace

Obr.3 – Instalovaná plocha hybridních kolektorů podle typu [4]

Podle statistiky bylo dosud na světě instalováno přes 1 075 247 m² hybridních FVT kolektorů. Evropským lídrem v instalované ploše je Francie s plochou 442 504 m², druhé je pak Německo s plochou 109 380 m². Značnou část trhu představují také vzduchové FVT kolektory instalované zejména ve Francii, kde to je způsobeno specificky nastavenou dotační politikou, díky které se právě vzduchovým kolektorům velmi dařilo i v porovnání s běžnými fotovoltaickými panely. Velké množství vzduchových FVT kolektorů je využito pro přitápění v zimních měsících, v letních měsících se využívá pouze elektrická energie a vzduchová část kolektoru je využívána pro snižování teploty fotovoltaických článků.

Obr.4 – Instalovaná plocha FVT kolektorů a barvou označený typ kolektoru [4]

Na obr. 3 je možné vidět, kolik bylo procentuálně instalováno plochy jednotlivých typů hybridních kolektorů. Velmi častým typem FVT kolektorů, instalovaným zejména v Evropě, jsou nezasklené kapalinové FVT kolektory, které se využívají zejména v kombinaci s tepelnými čerpadly nebo pro ohřev bazénové vody (Německo, severní Evropa). Kromě toho jsou využívány nezasklené FVT kolektory pro přípravu teplé vody v jižní Evropě.

Na obr. 4 je znázorněna mapa Evropy s instalovanou plochou hybridních FVT kolektorů podle jejich typu. Je možné si všimnout, že instalovaná plocha zasklených hybridních FVT kolektorů je velmi malá. Zasklené FVT kolektory mají teplotní omezení jako běžné fotovoltaické panely v podobě teplotní odolnosti laminace fotovoltaické části okolo 90 °C. Stagnační teploty zaskleného kolektoru mohou proto nevratně zničit fotovoltaickou část FVT kolektoru, což vede ke komplikovaným provozním opatřením pro zajištění jejich spolehlivosti. Velmi specifickou skupinou jsou koncentrační a vakuové kolektory, kde každá kategorie má jednoho výrobce. Jejich cílovou aplikací je v obou případech příprava teplé vody.

Trendy

Stále více a zejména pak v Evropě jsou využívány nezasklené hybridní kolektory v kombinaci s tepelným čerpadlem. Jednou ze zajímavých aplikací nezasklených kapalinových FVT kolektorů je prázdninový areál Blatten ve Švýcarsku (viz obr. 5), kde je instalováno 672 m² (102,3 kWp) hybridních kolektorů na střeše sedmi bytových domů. Teplo z kolektorů je převážně využito pro regeneraci vrtů tepelného čerpadla země-voda. Nicméně je v této aplikaci možné využít teplo z kolektorů i přímo na výparníku tepelného čerpadla či v nízkoteplotním akumulačním zásobníku. Za rok 2016 kolektory vyprodukovaly 400 kWh/(m².rok) tepla a 130 kWh/(m².rok) elektrické energie.

Obr. 5 – Instalace nezasklených FVT kolektorů ve švýcarském Blatten [4]

Další možností, jak lze efektivně využít nezasklené hybridní kolektory, je ohřev bazénové vody jako na aplikaci ve francouzském městě Perpignan (viz obr. 6). Je zde instalováno 300 m² nezasklených kolektorů se špičkovým elektrickým výkonem 45 kWp. Roční elektrický zisk hybridních kolektorů byl naměřen 213 kWh/m² a roční tepelný zisk byl 400 kWh/m². Teplo z hybridních FVT kolektorů v této aplikaci kryje 12 % celkové potřeby tepla.

Obr. 6 – Instalace nezasklených FVT kolektorů v Perpignanu [3]

Obr. 7 – Instalace zasklených FVT kolektorů na Ibize [4]

Na trhu se objevují v omezené míře i aplikace zasklených hybridních kolektorů, jako například na střeše hotelu na Ibize (viz obr. 7). Je zde instalováno 90 zasklených hybridních FVT kolektorů s celkovou plochou 147,6 m². Teplo z hybridních kolektorů je zde využito pro přípravu teplé vody. V roce 2017 hybridní kolektory vyprodukovaly 112,8 MWh tepla a 34,6 MWh elektrické energie. Solární pokrytí potřeby tepla na přípravu teplé vody bylo 23,5 % a veškerá vyprodukovaná elektrická energie byla spotřebována přímo v místě.

Obr. 8 – Instalace koncentračních FVT kolektorů pro potravinový průmysl v Holandsku [4]

Na obr. 8 je příklad instalace 88 hybridních koncentračních kolektorů v Holandsku pro dodávku tepla a elektřiny pro závod na výrobu sýru o instalovaném tepelném výkonu 110 kWt a špičkovém elektrickém výkonu 22 kWp. Teplo je využito pro předehřev zásobníku o objemu 8 000 l, který se nahřívá na 30 °C v zimě a na 75 °C během léta. V roce 2018 kolektory dodaly 450 MWh tepla a 15 MWh elektrické energie.

Závěr

Ke konci roku 2018 byl celosvětový kumulovaný instalovaný tepelný výkon hybridních FVT kolektorů 524 MWt a kumulovaný elektrický výkon 178 MWp. S hybridními kolektory tedy musíme stále více počítat, stávají se postupně součástí trhu. Lze předpokládat, že jejich trh v dalších letech výrazně poroste. Řadu dalších informací ohledně technologie hybridních FVT kolektorů a jejich instalací je možné dohledat na webových stránkách projektu Mezinárodní energetické agentury IEA SHC Task 60 [3].

Zdroje

Zenhaeusern, D., Bamberger, E., Baggenstos, A., PVT Wrap-Up; Energy systems with photovoltaic-thermal solar collectors, SPF Rapperswil, 2017.
De Keizer, C., Bottse, J., De Jong, M., Folkerts, W., PVT Benchmark; An overview of PVT modules on the European market and the barriers and opportunities for the Dutch Market, SEAC Eindhoven, 2018. Dostupné z: https://www.seac.cc/wp-content/uploads/2018/04/PVTinSHaPeBenchmark_final_update19_3_2018.pdf
IEA SHC Task 60 PVT Systems: Application of PVT Collectors and New Solutions in HVAC Systems. Dostupné z: http://task60.iea-shc.org
Weiss, W., Spörk-Dür M., Solar Heat Worldwide 2019, IEA-Solar Heating and Cooling Programme. Dostupné z: https://www.iea-shc.org/solar-heat-worldwide

Poděkování

Tento článek vznikl za finanční podpory MŠMT v rámci programu NPU I č. LO1605.

English Synopsis

Hybrid photovoltaic-thermal collectors from the perspective of new statistics

The article acquaints readers with the situation on the European and world market for hybrid photovoltaic-thermal (FVT) collectors. This year, FVT collectors first appeared in the world statistics of solar thermal systems as a significant part of the market. However, their installations are still rare in the Czech Republic.