✏️ Водоснабжение и канализация: Тепловой насос прямого расширения с био-нанопокрытием фотомодуля: суммарный КПД до 77,3%

Иракские исследователи испытали PV/T-систему, в которой фотоэлектрический модуль одновременно охлаждается испарителем теплового насоса и покрыт составом из диоксида титана и льняного масла. В зависимости от сезона и хладагента суммарный КПД установки достигал 77,32%, а пиковая температура поверхности модуля снижалась на 17–34 °C. Группа Northern Technical University и Al-Kitab University (Ирак) собрала экспериментальный стенд фотоэлектрическо-теплового (PV/T) модуля, интегрированного с тепловым насосом прямого расширения. Особенность схемы — сочетание пассивного терморегулирования лицевой поверхности панели и активного отбора тепла хладагентом с её тыльной стороны. Установка включала монокристаллический фотомодуль номинальной мощностью 150 Вт и площадью 1,0064 м², а также парокомпрессионный тепловой насос мощностью 120 Вт. Роль испарителя выполняла алюминиевая панель roll-bond размером 1300 × 400 мм, смонтированная вплотную к тыльной стороне модуля. Отведённое тепло передавалось в водяной конденсатор для нагрева воды. В контур входили компрессор, фильтр-осушитель, смотровое стекло и капиллярная трубка с внутренним диаметром 0,787 мм и наружным 1,803 мм. На лицевую поверхность модуля наносилось покрытие толщиной 100 нм из наночастиц TiO₂ (15% по массе) и льняного масла (85%). Каждый из трёх хладагентов — R134a, R600a и R1234yf — испытывался в двух конфигурациях: с покрытием и без него. Испытания проводились в Киркуке на севере Ирака в четыре характерных месяца 2025 года — январе, марте, августе и октябре. Замеры выполнялись ежечасно с 07:00 до 17:00 в течение трёх безоблачных дней для каждого режима. Фиксировались максимальная мощность модуля, температура панели, электрический и тепловой КПД, полезная теплота, переданная воде, потребление компрессора и коэффициент преобразования (COP). Нанесение покрытия увеличивало суммарный КПД во всех сезонах и на всех хладагентах. Лучшие сезонные показатели: 64,93% зимой на R1234yf, а также 76,59% весной, 71,51% летом и 77,32% осенью на R600a. Максимальный COP достигался вблизи солнечного полудня: 2,65 зимой на R1234yf и 3,78, 4,27 и 3,85 весной, летом и осенью соответственно на R600a. Относительно базовой конфигурации без охлаждения и покрытия пиковая температура поверхности модуля снижалась на 17 °C зимой, 19 °C весной, 34 °C летом и 24 °C осенью. Именно снижение рабочей температуры авторы считают причиной прироста электрической эффективности. По их выводам, схема работоспособна на серийных комплектующих, а нанесение био-нанопокрытия не требует изменений в технологии производства модулей. Хладагенты в эксперименте различаются не только термодинамикой, но и классом безопасности. R134a — негорючий ГФУ с высоким ПГП; R600a (изобутан) — углеводород с крайне низким ПГП, но класса A3 (высокая горючесть), что накладывает ограничения на массу заправки и требования к размещению оборудования;