열병합 발전용 태양광-열(PVT) 시스템: 기술 및 구현

초록: 태양광 열 기술(PVT)은 전기를 생산하는 동안 태양광 패널에서 폐열을 회수합니다. 이 기술은 태양열과 전력을 동시에 생산할 뿐만 아니라 패널 온도를 낮춰 발전 효율을 향상시킵니다. 특히, 계절별 저장을 위한 저온 폐열 저장 기술과 결합될 경우, 이 기술은 미래 응용 분야에 큰 가능성을 제공합니다.

태양광 발전 기술은 매우 성숙되고 널리 사용되어 유망한 응용 분야를 제공합니다. 그러나 효율이 약 20%에 불과하여 상당량의 태양 에너지가 환경으로 유실됩니다.

PV 발전 없이는 모든 태양열이 환경으로 손실됩니다. 20%의 효율만으로도 충분합니다. PV 패널은 열을 집중시키는 효과도 있어 최대 섭씨 50도 또는 60도까지 온도가 상승할 수 있습니다. 이렇게 집중된 열은 태양광 발전 효율을 저하시키고 수명을 단축시키며 패널에 부정적인 영향을 미칩니다. 또한, 통제되지 않은 방식으로 환경으로 방출되는 열은 재사용에 적합하지 않습니다.

난방 등의 분야에서는 저탄소 에너지원이 부족합니다. 열 생성에는 상당한 에너지를 소비하고 비용이 많이 들며 상당한 탄소 배출을 발생시키는 1차 에너지 소비가 필요합니다. PV 패널에서 수집된 열을 재사용하면 패널 손상을 줄이고, 발전 효율을 향상시키며, 탄소 제로 열원을 제공하여 유망한 응용 분야를 제공할 수 있습니다. 태양광 프로젝트가 증가함에 따라 이 열량도 매우 상당합니다.

태양광 발전 기술(PVT)은 태양광 발전에서 발생하는 폐열을 회수하여 태양열 열병합 발전을 구현합니다.

PVT는 태양광 모듈과 방열판, 두 가지 구성 요소로 구성됩니다. PV 모듈은 태양광 유리, EVA 필름, 태양 전지, 그리고 백시트를 포함하는 기존 기술입니다. 방열판은 열 흡수층, 열 전달 튜브, 그리고 단열재로 구성됩니다. 이 두 구성 요소가 조립되고, 프레임과 정션 박스와 같은 외부 구성 요소가 설치되어 PVT를 형성합니다.

PVT 시스템은 수냉식과 공냉식 두 가지 유형으로 제공됩니다. 수냉식은 일반적으로 물을 냉각수로 사용하지만, 추운 지역에서는 부동액을 사용할 수도 있습니다. 구조는 위 그림에 나와 있습니다. 공냉식은 아래 그림과 같이 기체, 주로 공기를 사용합니다. 두 제품은 용도가 다릅니다.

공랭식 PVT는 냉각 채널이 더 넓으며, 출구 온도는 가스 유량을 제어하여 조절됩니다. 이 제품에서 생성된 열풍은 과열되어 두 가지 방식으로 활용될 수 있습니다. 농산물이나 식품처럼 고온 건조에 적합하지 않은 제품의 직접 건조 열원으로 사용하거나, 공기열 히트펌프에서 저온 열원으로 사용하여 고온 열을 생성할 수 있습니다.

수냉식 PVT의 냉각 채널은 일반적으로 가는 튜브입니다. 판 전체 표면의 냉각 효과를 보장하기 위해 열전달 튜브는 열전달판과 단단히 결합되어 열 회수 효과를 높여야 합니다. 수냉식 PVT의 출구 수온은 낮아 직접 사용하기 어렵습니다. 따라서 일반적으로 히트 펌프와 함께 사용해야 합니다.

히트 펌프가 있는 PVT 패널 시스템

일반적으로 PVT 기술의 일반적인 적용 시나리오는 다음과 같습니다.

(1) 건조 공정: 공랭식 PVT는 과열된 공기를 생성하여 건조된 재료의 수분을 제거합니다. 건조 공기 온도가 낮기 때문에 품질에 영향을 미치지 않습니다. 일반적으로 작물 및 식품 건조 또는 고품질이 요구되는 기타 분야에 사용됩니다.

(2) 분산난방 : PVT+히트펌프를 이용하여 난방용 온수, 생활용 온수 등을 생산합니다. 기존의 공기열원 히트펌프 방식에 비해 PVT+히트펌프 공정의 매개변수 최적화 범위가 넓고 경제성이 매우 좋습니다.

(3) 계절별 중앙 난방: 이는 향후 PVT 기술의 대규모 적용 시나리오입니다. 특히 농촌 난방과 같이 공간적 이점이 큰 경우에 적합합니다. 농촌 난방 시스템은 사용 가능한 폐열이 거의 없기 때문에 공기열 히트펌프를 직접 사용하면 상당한 에너지를 소비합니다. 광활한 농촌 공간을 활용하여 옥상 PVT 시스템은 태양광을 모으고, 지하 파이프는 비수기 동안 토양에 열을 저장할 수 있습니다. 히트펌프는 겨울철 난방에 지열을 활용할 수 있습니다. 이를 통해 저온 폐열을 계절에 따라 저장하여 히트펌프의 폐열 온도를 높이고 운영 비용을 크게 절감할 수 있습니다.

요약하자면, PVT는 태양광 발전 기술을 저비용으로 개선한 기술로서 태양광 발전 기술을 강력하게 보완합니다. 건조, 온수, 계절별 난방 등 적절한 폐열 활용 방법이 가능하다면, PVT 기술은 시스템 효율을 크게 향상시키고 운영 비용을 절감할 수 있으며, 유망한 개발 전망을 가지고 있습니다.