Фотоэлектрический тепловой насос с покрытием на основе биоматериалов достигает общей эффективности 77,32%

На сайте инверторы.ру купить Аккумулятор FIAMM 12FGHL28

Иракские исследователи разработали тепловой насос с покрытием на основе биоматериалов — диоксида титана и льняного масла — и тремя альтернативными хладагентами. Общая эффективность системы достигла 77,32 %, а температура фотоэлектрических модулей снизилась на целых 34 °C.

Схема системы теплового насоса с промежуточным теплоносителем

Исследовательская группа из Ирака разработала фотоэлектрическую тепловую систему (ФЭТС) с прямым расширением, в которой используется покрытие из диоксида титана (TiO₂) на биологической основе и льняного масла.

«Научный пробел, на который направлена данная работа, заключается не в использовании ФЭТС, тепловых насосов, хладагентов или материалов на основе TiO₂ по отдельности, а в экспериментально подтвержденном взаимодействии между пассивным лицевым терморегулированием, активным отводом тепла с помощью хладагента и сезонной реакцией на хладагент в рамках одной и той же платформы фотоэлектрических/тепловых насосов», — заявили исследователи.

Экспериментальная система состояла из монокристаллического фотоэлектрического модуля площадью 1,0064 м² и мощностью 150 Вт и парокомпрессионного теплового насоса мощностью 120 Вт. Испаритель теплового насоса, установленный за фотоэлектрическим модулем, представлял собой алюминиевую пластину размером 1,30 м × 0,40 м. Конденсатор с водяным охлаждением утилизировал тепло для производства горячей воды.

Хладагентный контур также включал в себя компрессор, фильтр-осушитель, смотровое стекло и капиллярную трубку с внутренним диаметром 0,787 мм и внешним диаметром 1,803 мм. Исследователи протестировали систему с тремя хладагентами — R134a, R600a и R1234yf — как с биопокрытием толщиной 100 нм, состоящим из 15 % наночастиц TiO₂ и 85 % льняного масла по массе, так и без него.

Эти три хладагента имеют разные экологические характеристики и показатели безопасности. R134a — негорючий гидрофторуглерод (ГФУ) с относительно высоким потенциалом глобального потепления, а R600a, или изобутан, — углеводород с низким потенциалом глобального потепления и высокой воспламеняемостью. R1234yf — гидрофторолефин (ГФО) с очень низким потенциалом глобального потепления, который классифицируется как легковоспламеняющийся. В ходе испытаний R600a показал наилучшие результаты весной, летом и осенью, а R1234yf — зимой.

Ученые проводили испытания на открытом воздухе в Киркуке, на севере Ирака, в течение четырех типичных месяцев 2025 года: января, марта, августа и октября. Для каждого условия они проводили ежечасные измерения с 07:00 до 17:00 в течение трех типичных дней с ясным небом.

Исследователи сравнили раздельное и совместное воздействие покрытия и охлаждения с помощью теплового насоса. Они измерили максимальную мощность фотоэлектрических панелей, температуру панелей, электрический и тепловой КПД, количество полезного тепла, поступающего в воду, энергопотребление компрессора и коэффициент полезного действия теплового насоса (COP).

«Во всех климатических условиях и при использовании любых хладагентов нанесение покрытия на фотоэлектрические/тепловые преобразователи повысило комбинированную эффективность», — заявили исследователи. “Наилучшими сезонными случаями были 64,93% общей эффективности зимой при использовании R1234yf и 76,59%, 71,51% и 77,32% весной, летом и осенью при использовании R600a, соответственно”.

Пик COP пришелся на период около солнечного полудня, достигнув 2,65 зимой для R1234yf и 3,78, 4,27 и 3,85 весной, летом и осенью, соответственно, для R600a.

По сравнению с базовой конфигурацией интегрированная система снизила пиковые температуры поверхности фотоэлектрических систем на 17° C зимой, 19 ° C весной, 34 ° C летом и 24 °C осенью. По словам исследователей, наблюдаемый прирост электрических характеристик обусловлен более низкими рабочими температурами.

«Эти результаты указывают на потенциальную практическую реализуемость предложенной системы PVT–HP, основанной на использовании коммерчески доступных компонентов с недорогим и простым в нанесении бионанопокрытием без сложных производственных модификаций, — заключили исследователи. — Система позволяет значительно снизить температуру панели и заметно повысить электрическую и тепловую эффективность, особенно в условиях высокой температуры и радиационного излучения».

Исследователи описали систему в статье «Повышение эффективности фотоэлектрических/тепловых систем с тепловыми насосами, использующими альтернативные хладагенты и наночастицы TiO2 с охлаждающим покрытием из льняного масла», которая была недавно опубликована в журнале Results in Engineering. В исследовательскую группу вошли ученые из Северного технического университета и Университета Аль-Китаб в Ираке.