帝国理工学院的工程师和全球专家团队审查了混合太阳能行业的技术选择、创新和机遇。
他们预计，如果按照建议安装本研究中提到的系统，到2030年，混合光伏光热技术可以使全球排放量进一步下降约3%(约600兆吨CO2)。
由帝国理工学院化学工程系ChristosMarkides教授领导的团队编写了一份综合指南，介绍各种能够利用太阳能的混合光伏热(PV-T)太阳能技术和系统。这些可以发电，也可以提供热量和其他有用的输出。他们还为研究人员提供了有关有前途的技术发展的建议，以及帮助安装人员和政策制定者采用最有效和最实惠的技术的建议。
他们的研究结果现已发表在《能源与燃烧科学进展》上。
科琳·法雷尔(CorinneFarrell)一直在与马基德斯教授交谈以了解更多信息。
你为什么决定开始这个项目?
马基德斯：太阳能是我们可用的最清洁的能源形式之一。专门设计的系统可以使用太阳能收集器捕获太阳辐射并将其转换为电力、热量和其他有用的输出。这些系统具有巨大的潜力，可以满足全球日益增长的能源和清洁水需求，同时在实现我们的环境和碳减排目标方面发挥核心作用。混合太阳能系统有多种类型，收集和存储能量的方式也不同。
通过对现有技术以及目前正在开发的技术进行全面研究，我们希望找到收集太阳能、产生各种形式的能源或其他有用输出的创新方法，以及降低成本的机会，同时提高此类太阳能装置的性能、有效性和可靠性。我们还热衷于评估这些系统在能源生产和碳减排方面的全球潜力。
我们希望我们的工作能够影响下一代技术的发展，并增加太阳能技术在全球装置中的采用。
世界各地是否使用不同的系统?
Markides：PV-T太阳能系统可用于多种应用，包括发电、供暖或制冷、干燥、海水淡化，以及热电联产或制冷、热电联产和甚至氢气生产。
每种情况下最合适的PV-T系统类型取决于当地的天气条件和所需的能源需求。例如，在低纬度地区，热虹吸PV-T供水系统可以产生足够的热水来满足大多数家庭对生活热水的全部需求。在这些系统中，储水箱的位置高于收集系统，并利用对流，使热水上升，冷水下沉。不需要泵或控制器，因此该系统相对便宜、简单且可靠。
在高纬度地区，室外温度可能降至水的冰点以下，闭环PV-T水系统可能更合适。在这些系统中，太阳能收集板包含一种不会冻结并吸收热量的流体，该流体通过热交换器输送到建筑物。
基于空气的PV-T系统利用空气作为传热流体，是供水有限的应用中空间供暖的一个有趣的替代方案。
您从对不同收集系统的审查中学到了什么?
Markides：许多太阳能装置，尤其是较旧的太阳能装置，使用传统的光伏电池板或太阳能热(即热水)收集器来发电。最近，混合光伏热(PV-T)集热器越来越受到关注，因为该技术利用太阳能同时产生电力和有用热量。它们可以实现超过70%的总太阳能转换效率，大大超过传统光伏电池板的平均电效率10%–25%。
通过观察新的发展，您获得了哪些见解?
Markides：基本的光伏电池板和太阳能热水系统有许多创新和最先进的设计修改。一个重要的研究领域集中在集热器设计修改上，例如吸热器设计的改进、隔热玻璃窗或气凝胶层的参与、相变材料的使用，所有这些都提高了光伏的热性能-T收藏家。另一个研究方向涉及下一代更高性能的光伏电池技术，旨在最大限度地提高电效率。最后，选择性涂层、光谱分裂技术和纳米流体的使用正受到广泛关注，因为它们提高了PV-T集热器的热效率和电效率。
您预计这项工作会对未来的安装产生什么影响?
Markides：混合PV-T太阳能技术是一种可再生能源解决方案，具有增加从太阳收集的有用能量的巨大潜力。这些技术可以提高可再生能源的份额、减少排放、改善空气质量并减少对化石燃料的依赖。通过巩固该领域的最新进展，我们的目标是激发更多的开发和采用机会。
我们希望我们的评论文章能够激励和指导该领域未来的合作、创新、研究和开发，以及这些有前途的技术的采用。这些技术在提高性能、效率和可扩展性以及降低成本方面具有巨大的潜力。
我们的研究结果还为政策制定者、能源规划者和决策者提供了丰富的资源，以实现可再生和可持续能源的未来。我们查看了IRENAREmap(IRENA：国际可再生能源机构;REmap：可再生能源路线图)的乐观排放曲线。
我们认为，如果本研究中提到的系统按估计安装，到2030年，混合光伏光热技术可在10年内使全球CO2排放量进一步减少约600兆吨(约3%)。我们对光伏发电系统全球碳减排潜力的评估可以帮助为有关可再生能源激励、基础设施发展和全球脱碳的政策决策提供信息。
您接下来的步骤是什么?
Markides：我们成立了一家衍生公司SolarFlow，以将特定的混合PV-T太阳能集热器概念商业化。在能源安全和净零部的资助下，SolarFlow目前正在与我领导的伦敦帝国学院团队合作，设计和制造用于工业脱碳的高温PV-T集热器。我们仍处于该项目的设计阶段，目标是在2024年初对此设计进行户外测试。