熱力学ソーラーアシストヒートポンプ

通常、ソーラー パネルについて考えるとき、太陽光発電 (PV) を思い浮かべます。屋根の上または空き地に設置され、太陽光を電気に変換するパネルです。 ただし、ソーラーパネルは熱的であることもあります。つまり、太陽光を電気ではなく熱に変換します。 熱力学的ソーラーパネルは、コレクターとも呼ばれる熱ソーラーパネルの一種であり、従来の熱パネルとは大きく異なります。 熱力学ソーラーパネルは、直射日光を必要とする代わりに、空気中の熱からも発電できます。

重要なポイント

熱力学ソーラーパネルは、直接膨張式太陽光補助ヒートポンプ（SAHP）のコレクタおよび蒸発器として機能できます。

太陽光と周囲の空気の両方から熱を吸収するため、通常は直射日光を必要としませんが、寒い気候では十分に機能しない可能性があります。

熱力学的ソーラーパネルが寒冷地でどの程度機能するかを評価するには、さらなるテストが必要です

熱力学ソーラー パネルはヨーロッパで最も人気がありますが、米国でもいくつかのパネルが市場に出始めています。

太陽光発電によるヒートポンプはどのように機能するのでしょうか?

SAHP は太陽からの熱エネルギーとヒートポンプを使用して熱を生成します。 これらのシステムはさまざまな方法で構成できますが、コレクター、蒸発器、コンプレッサー、熱膨張弁、貯蔵熱交換タンクという 5 つの主要コンポーネントが常に含まれています。

熱力学ソーラーパネルとは何ですか? それらはどのように機能するのでしょうか?

熱力学ソーラー パネルは、一部の直接膨張式太陽光補助ヒート ポンプ (SAHP) のコンポーネントであり、コレクタとして機能し、冷たい冷媒を加熱します。 直接膨張式 SAHP では、蒸発器としても機能します。冷媒が熱力学ソーラー パネルを直接循環して熱を吸収すると、蒸発して液体から気体に変わります。 次に、ガスはコンプレッサーを通って加圧され、最後に貯蔵熱交換タンクに送られ、そこで水を加熱します。

太陽光発電や従来の熱式ソーラー パネルとは異なり、熱力学ソーラー パネルは日光が当たる場所に置く必要がありません。 それらは直射日光から熱を吸収しますが、周囲の空気から熱を引き出すこともあります。 したがって、熱力学的ソーラーパネルは技術的にはソーラーパネルとみなされますが、ある意味では空気源ヒートポンプに似ています。 熱力学ソーラー パネルは、完全な日向でも完全な日陰でも、屋根や壁に取り付けることができます。ここで注意していただきたいのは、寒い気候に住んでいる場合は、周囲の気温が暖かくない可能性があるため、完全な太陽光の下で最も効率的に動作する可能性があるということです。暖房のニーズを満たすのに十分です。

太陽熱温水器はどうでしょうか？

太陽熱温水器シス​​テムは、熱力学ソーラーパネルなどの冷媒を加熱するか、水を直接加熱することができる従来のコレクターを使用します。 これらのコレクターは十分な太陽光を必要とし、冷媒または水は重力によって受動的に、またはコントローラー ポンプによって能動的にシステム内を移動できます。 SAHP は、気体冷媒の熱を加圧して集中させるコンプレッサーを備えていることと、熱力学ソーラー パネルである蒸発器を流れる冷媒の流量を制御する熱交換バルブを備えているため、より効率的です。 –エネルギー出力を最大化するため。

熱力学ソーラーパネルはどの程度うまく機能しますか?

太陽熱温水システムとは異なり、熱力学ソーラーパネルはまだ発展途上の技術であり、十分にテストされていません。 2014 年、独立した研究所の 1 つである Narec Distributed Energy は、熱力学ソーラー パネルの効率を測定するために英国のブライスでテストを実施しました。 ブライスはかなり温暖な気候ですが降雨量が多く、テストは 1 月から 7 月まで実施されました。

結果は、熱力学 SAHP システムの成績係数 (COP) が 2.2 であることを示しました (熱交換タンクからの熱損失を考慮した場合)。 ヒートポンプは通常、3.0 を超える COP を達成すると効率が高いとみなされます。 ただし、この研究では、2014 年時点では、熱力学ソーラー パネルは温帯気候で​​はあまり効率的ではなかったものの、温暖な気候ではより効率的に動作できることが実証されました。 さらに、技術が進歩し続けるにつれて、熱力学ソーラーパネルにはおそらく新しい独立した試験研究が必要になります。

太陽光利用ヒートポンプの効率を評価する方法

SAHP を選択する前に、さまざまなシステムの性能係数 (COP) を比較する必要があります。 COP は、エネルギー入力と比較して生成される有用な熱の比率に基づいたヒート ポンプの効率の尺度です。 COP が高いほど、SAHP の効率が向上し、運用コストが低くなります。 どのヒートポンプでも達成できる最高 COP は 4.5 ですが、3.0 を超える COP を持つヒートポンプは効率が高いと考えられます。