Publikacja opisująca kulisy badań w tej sprawie trafiła niedawno na łamy Energy and Buildings. W skład zespołu badawczego weszli przedstawiciele Uniwersytetu w Nottingham oraz Uniwersytetu Technologicznego w Hebei. Wymyślona przez nich koncepcja, znana jako pompa ciepła wspomagana energią słoneczną, wykorzystuje zbiornik magazynujący ciepło powstały na bazie materiału zmiennofazowego. Takowe są wyjątkowe ze względu na fakt, że mogą pochłaniać, przechowywać i uwalniać duże ilości ciepła utajonego w pewnych temperaturach. Z tego względu stosuje się je między innymi do chłodzenia fotowoltaiki i magazynowania ciepła. Integrując takie rozwiązanie z pompami ciepła można natomiast usprawnić ogrzewanie pomieszczeń i wody użytkowej.
Czytaj też: Fotowoltaiczna bateria, która zasili elektronikę przyszłości. Niemcy stworzyli interesującą technologię
W odróżnieniu od konwencjonalnie stosowanych kolektorów słonecznych, te wykorzystane przez autorów ostatnich badań mają zadowalającą wydajność nawet w chłodniejszych regionach o niższym nasłonecznieniu. Cały układ może w efekcie działać zarówno w dzień jak i w nocy.
Pompa ciepła składa się ze sprężarki, skraplacza, zaworu rozprężnego i parownika. Temperatura na wylocie gorącej wody osiąga do 73 stopni Celsjusza, natomiast natężenie przepływu wody wynosi stałe 0,32 kg/s. Kolektory odgrywają rolę parownika czynnika chłodniczego w pompie ciepła, przy czym czynnik ten trafia do sprężarki. Tam jest podgrzewany i sprężany, a później skraplany w wymienniku ciepła. Za obniżanie temperatury i ciśnienia odpowiada później zawór rozprężny. Oczywiście ładowanie z wykorzystaniem fotowoltaiki może odbywać się tylko za dnia, a generowane w takich okolicznościach ciepło trafia do pętli podłączonej do zasobnika, gdzie woda podgrzewa kolejne elementy.
Pompa ciepła w konfiguracji z kolektorami słonecznymi oraz zbiornikiem wykonanym z materiału zmiennofazowego została zaprojektowana przez naukowców z Chin i Wielkiej Brytanii
Jak przekonują autorzy tego pomysłu, zaprojektowany przez nich zbiornik na wodę po pełnym naładowaniu może magazynować ciepłą wodę o temperaturze do 70 stopni Celsjusza. Z kolei temperatura samego zbiornika dochodzi do 58 stopni Celsjusza. Chcąc przekonać się, jak takie rozwiązanie wypada w praktyce, badacze przeprowadzili symulacje. W modelowaniu kolektor rurowy miał 31 metrów kwadratowych powierzchni, natężenie promieniowania słonecznego wyniosło 150 W na metr kwadratowy, a temperatura otoczenia -5 stopni Celsjusza. Współczynnik wydajności testowanego układu okazał się wynosić 2,3, podczas gdy moc grzewcza 6 kW.
Co więcej, spadek mocy grzewczej wynosi 1 kW bądź wzrost temperatury otoczenia dochodzi do 8 stopni Celsjusza, to wydajność rośnie o 13%. Względem konwencjonalnie stosowanych rozwiązań z tego zakresu członkowie zespołu odnotowali obniżone o 9,4% zużycie energii elektrycznej w dzień o niskim nasłonecznieniu. Korzyści są więc bardzo wyraźne, choć pozostaje oczywiście kwestia kosztów produkcji poszczególnych elementów, ich instalacji oraz eksploatacji.