מקרה הנדסי: פאנל סולרי היברידי PVT ומערכת משאבת חום

שילוב של טכנולוגיות אנרגיה מתחדשות הוא גדול יותר מסכום חלקיו. מערכות פוטו-תרמיות (PVT) שמחוברות למערכות משאבת חום הן אחת הפתרונות ההיברידיים המובילים לאספקת אנרגיה בנייה ברת-קיימא. בניגוד לצורות קונבנציונליות של חום סולרי או טכנולוגיות העברת אור סולרי, טכנולוגיות PVT מסוגלות לקלוט גם חשמל וגם חום, ומשאבת החום מגבירה את האנרגיה התרמית נמוכה (חום) לטמפרטורה ניתנת לשימוש. במשותף, הן יוצרות זוג חזק, שנבדק ונבדוק בהתקנות אמיתיות ברחבי העולם.

איך עובדת המערכת ההיברידית

הקולקטור פוטו-תרמי (PVT) הוא הרכיב המרכזי של המערכת הזו, והוא מורכב מתאי פוטו-וולטאיים המחוברים למאגר תרמי בצד ההפוך. התאים הפוטו-וולטאיים מייצרים חשמל כאשר הם נחשפים לשמש, והמאגר התרמי אוסף את החום המיותר של הלוחות ומעביר אותו לנוזל שזורם בתוך המערכת. העיצוב דו-ממדי של המוצר הזה פותר את אחד החסרונות הבסיסיים של מודולי סולאריים פוטו-וולטאיים קונבנציונליים – חימום יתר. בתנאי פעילות רגילים של מערכת הקירור ה-PVT, נחקר האנרגיה הזו, וניתן לראות שהיעילות החשמלית משתפרת באופן משמעותי באמצעות מערכת הקירור ה-PVT.

החום שנאסף משמש לאחר מכן כמקור חום בטמפרטורה נמוכה במחזור משאבת החום, מה שמביא לטעינה קטנה יותר על המניע. עבור ריבוי תצורות, האנרגיה החום המיוצרת על ידי פאנלים פוטו-תרמיים מהווה חלק משמעותי מהחום המוזן למערכת. למשל, שיטת ההזרקה המופרזת של נוזל מבטיחה שיפור בהרטבה של הקירות ותפיסה מלאה של המשטח הזמין להעברת חום; זה מאפשר למניע למשוך אדים בצפיפות גבוהה יותר ומשפר את הביצועים החום והאלקטריים. שילוב יעיל זה של שתי הטכנולוגיות הופך אותו למעגל סגור, שכן חום הפסולת משמש כמשאב.

מדדי ביצועים מתקנות אמיתיות

הביצועים של שילובים של משאבות חום עם פאנלים סולריים פוטו-תרמיים (PVT) הם מרשים, ונתונים מהעולם האמיתי מאשרים זאת. ב greenhouse שנמצא על מתקן הבדיקה בתנאי קור אמיתי, נחקרו מערכות שילוב – שדות אוספי סולאריים PVT של 12 קילוואט ומשאבת חום בעלת מהירות משתנה של 10 קילוואט – מבחינת הביצועים החמים והאלקטרוניים שלהם. טמפרטורת הפנים של ה-greenhouse נשארה יציבה ב-10 מעלות צלזיוס, גם כאשר הטמפרטורה החיצונית ירדה מתחת ל-10.5- מעלות צלזיוס לאורך כל עונת החורף, ובכך סופקה כמות חום של 11,253 קילוואט-שעה. כאשר לא הייתה דרישה לחימום המרחב במהלך עונת ההפסקה, 11,125 קילוואט-שעה נוספים נאצרו ולאחר מכן הועברו לטעינת החימום השנתית, כך שהספק החום הכולל לשנה הסתכם ב-22,378 קילוואט-שעה.

מצד החשמל, מערכת ה-PVT ייצרה 3,839 קילוואט-שעה של חשמל במהלך השנה, מה שמכסה 36.72% מהצריכה הכוללת של החשמל על ידי משאבת החום והמערכת המשנית. מקדם הביצועים העונתי (CoP) היה 3.38; המחקר הראה ששלב אוספים של PVT עם משאבת חום בתנאים קרים מספק חיסכון עצום בצריכת האנרגיה ובהתלות ברשת החשמל המסורטית.

במבנה מסחרי, המערכת עם שטח אוספי PVT של 392 מטר רבוע הציגה מקדם ביצועי חימום (COP) בין 5.8 ל-6.3 במשך שבוע טיפוסי. מקדם הביצועים הכולל של המערכת הגיע עד 11.4, בעוד שה-COP הממוצע השנתי עמד על 5.5. תקופת ההחזר של המערכת הייתה רק 3.8 שנים. מחקר נוסף לאורך כל השנה מצא COP ממוצע של 2.92 בחורף, 3.69 בקיץ ו-3.46 בעונות המעבר, כאשר אוסף ה-PVT פעל עם יעילות תרמית ממוצעת של 60.37% ויעילות תרמו-אלקטרית כוללת של 70.12% לחודשים הממוצעים. נתונים אלו מתאימים ליישומים וליתרונות כלכליים.

יישומים ויתרונות כלכליים

מערכות היברידיות של משאבות חום PVT יכולות להיות מועילות במיוחד באתרים שבהם יש דרישה תרמית שנתית גבוהה, כמו בריכות שחייה, מסעדות כביסה ותחנות גידול. מערכות אלו יכולות לספק את רוב או את כל הצרכים החמים, וכן לכסות חלק ניכר מהדרישות החשמליות של מכשירי חשמל ביתיים באתר בגודל זה כאשר הן משמשות כמקור האנרגיה הראשי לסולאריות. בשנים האחרונות, הושקו משאבות חום מקוריות באדמה עם תמיכה מ-PVT (PVT-GHPs), שהוכחה כי יעילות ה-EXERGY הכוללת שלהן גבוהה עד 20 אחוז, והטמפרטורה המרבית של הפאנלים הפוטו-וולטאיים נמוכה ב-25.6 אחוז.

חיסכון בעלויות אינו רק מבחינת צריכה של אנרגיה. ביישום מסחרי אחד, נמצאו תוצאות שמערכת זו הקטינה את השינוי הטמפרטורי השנתי באגירת חום באדמה ב-0.4 מעלות צלזיוס בלבד, ותקופת החזר הון הייתה 3.8 שנים. עם הגדלת המרחק בין הסדקים, תקופת החזר הון קוצרה ב-18.8%. התקנת מערכות PVT יחד עם משאבות חום הדemonסטרה חיסכון של עד 70% בחשמל מהרשת, ובהתאם לכך גם חיסכון בהפלטות CO₂ ובהוצאות מחזור חיים!

השלכות עתידיות

מעבר האנרגיה נמצא על סף הכניסה שלנו, ותקנות יעילות אנרגטית בבניינים יתבצעו באכיפה חזקה יותר מבעבר, בעוד שמערכות היברידיות של פאנלים פוטו-תרמיים (PVT) ומשאבות חום ישחקו תפקיד קריטי. הטכנולוגיה מוכיחה גם כי מערכות אנרגיה מתחדשת יכולות להיות מעוצבות כך שכאשר הן פועלות כחלק ממערכות משולבות, הביצועים שלהן יעלה באופן משמעותי על ביצועי כל אחד מהרכיבים בנפרד. לכן, מערכת היברידית של פאנלים פוטו-תרמיים (PVT) ומשאבת חום היא פתרון מאושר, יעיל מבחינה כלכלית ומועיל לסביבה עבור מי שמתכנן השקעות במתחם שלו כדי להשיג עמידות אנרגטית.

החברה ג'יאנגסו ד.ה.צ' אקולוגית סאי-טק קואופרטיב, בעמ., נוסדה בשנת 2009 ועובדת בתחום המוצרים לקליטה ירוקה. בהתבסס על איכות גבוהה ושירות מעולה, החברה מספקת את כל המודולים הסולריים הפוטו-תרמיים (PVT), משאבות החום, טורבינות הרוח והסוללות מסוג LiFePO₄ לשימוש במערכות היברידיות. התקשרו אלינו עכשיו כדי ללמוד כיצד הפתרונות שלנו מפחיתים את עלות הפעלה שלכם ומעניקים לכם עצמאות אנרגטית.