EN
Совмещение технологий возобновляемой энергии даёт результат, превышающий сумму отдельных частей. Фотоэлектротермальные системы в сочетании с системами тепловых насосов относятся к наиболее перспективным гибридным решениям для устойчивого энергоснабжения зданий. В отличие от традиционных способов использования солнечного тепла или солнечного света, PVT-технологии позволяют одновременно генерировать электричество и тепло, а тепловой насос повышает температуру низкопотенциальной тепловой энергии (тепла) до уровня, пригодного для практического применения. В совокупности они образуют мощную пару, проверенную и испытанную на реальных объектах по всему миру.
Принцип работы гибридной системы
Коллектор ПВТ (фотоэлектротермальный) является ключевым элементом этой системы и состоит из фотоэлектрических элементов, прикреплённых к тепловому абсорберу на обратной стороне. ФЭ-элементы вырабатывают электричество при попадании солнечного света, а тепловой абсорбер собирает избыточное тепло панелей и передаёт его теплоносителю, циркулирующему в системе. Двухфункциональная конструкция этого продукта устраняет один из фундаментальных недостатков традиционных солнечных ФЭ-модулей — перегрев. При нормальных условиях эксплуатации системы охлаждения ПВТ исследованная энергия показывает значительное повышение электрической эффективности за счёт применения системы охлаждения ПВТ.
Затем собранное тепло используется в качестве источника тепла низкой температуры в цикле теплового насоса, что приводит к снижению нагрузки на компрессор. Для многих конфигураций тепловая энергия, генерируемая PVT-системами, составляет значительную долю общего теплового входа в систему. Например, метод жидкостного переполнения гарантирует улучшенное смачивание стенок и полное использование доступной поверхности для теплообмена; это позволяет компрессору всасывать пар более высокой плотности и повышает как тепловую, так и электрическую эффективность. Такое эффективное сочетание двух технологий обеспечивает замкнутый контур, поскольку отходящее тепло используется как ресурс.
Показатели производительности из реальных установок
Производительность гибридных систем «фототермальный коллектор — тепловой насос» впечатляет, и реальные данные подтверждают это. Для теплицы, расположенной на испытательном стенде в условиях реальной зимы, изучались гибридные системы: солнечные фототермальные коллекторы общей мощностью 12 кВт и тепловой насос переменной скорости мощностью 10 кВт — с точки зрения их тепловой и электрической производительности. Температура внутри теплицы оставалась стабильной на уровне 10 °C независимо от внешней температуры ниже −10,5 °C в течение всей зимы; при этом было обеспечено количество тепла 11 253 кВт·ч. Поскольку в межсезонье потребность в отоплении помещений практически отсутствовала, остальные 11 125 кВт·ч были аккумулированы и затем перенаправлены в годовую отопительную нагрузку, в результате чего суммарная годовая теплопоставка составила 22 378 кВт·ч.
С электрической точки зрения система PVT выработала за год 3839 кВт·ч электроэнергии, что покрыло 36,72 % от общего объёма электроэнергии, потреблённой тепловым насосом и вспомогательной системой. Сезонный коэффициент производительности (CoP) составил 3,38; исследование показало, что интеграция коллекторов PVT с тепловым насосом в холодных условиях обеспечивает значительную экономию энергопотребления и снижает зависимость от традиционной сетевой электроэнергии.
В коммерческом здании система с площадью PVT-коллекторов 392 м² продемонстрировала коэффициент производительности отопления (COP) в диапазоне от 5,8 до 6,3 в типичную неделю. Комплексный COP системы достигал 11,4, а среднегодовой COP составлял 5,5. Срок окупаемости системы составил всего 3,8 года. Другое исследование, проведённое в течение всего года, показало средний COP на уровне 2,92 зимой, 3,69 летом и 3,46 в переходные сезоны; при этом средняя тепловая эффективность PVT-испарителя составила 60,37 %, а общая термоэлектрическая эффективность — 70,12 % для средних месяцев. Эти данные относятся к практическим применениям и экономическим выгодам.
Применения и экономические выгоды
Гибридные системы тепловых насосов PVT могут быть особенно выгодны для объектов с высоким годовым тепловым спросом, например, бассейнов, прачечных и теплиц. Эти системы способны удовлетворить большую часть, если не всё, потребление тепла, а также покрыть значительную долю электрических потребностей бытовых приборов на таком объекте, когда используются в качестве «основного» источника питания для солнечной энергетической установки. В последние годы были представлены тепловые насосы с подземным источником тепла, оснащённые PVT-коллекторами (PVT-GHP), которые продемонстрировали повышение общей эксергетической эффективности PVT на 20 % и снижение пиковой температуры фотогальванической панели на 25,6 %.
Экономия затрат проявляется не только в снижении энергопотребления. В одном коммерческом применении было установлено, что система сократила годовую амплитуду колебаний температуры почвенного теплового аккумулятора всего на 0,4 °C и обеспечила срок окупаемости в 3,8 года. При увеличении расстояния между скважинами срок окупаемости сократился на 18,8 %. Установки PVT совместно с тепловыми насосами продемонстрировали экономию электроэнергии из сети до 70 %, а также соответствующее снижение выбросов CO₂ и эксплуатационных затрат на весь жизненный цикл!
Перспективы на будущее
Энергетический переход находится на пороге реализации: требования к энергоэффективности зданий будут усиливаться сильнее, чем когда-либо ранее, а гибридные системы PVT-тепловых насосов сыграют ключевую роль. Эта технология также показывает, что системы возобновляемой энергии могут проектироваться таким образом, чтобы при совместной работе их совокупная производительность значительно превышала производительность каждого компонента по отдельности. Таким образом, гибридная система PVT-теплового насоса представляет собой проверенное, экономически выгодное и экологически целесообразное решение для тех, кто рассматривает инвестиции в объекты с целью достижения энергетической устойчивости.
Компания Jiangsu DHC Environmental Si-Tech Co., Ltd, основанная в 2009 году, специализируется на продуктах «зелёной» энергетики. Благодаря высокому качеству продукции и сервиса компания поставляет все необходимые компоненты для гибридных систем: солнечные модули PVT, тепловые насосы, ветрогенераторы и аккумуляторы LiFePO₄. Свяжитесь с нами уже сегодня, чтобы узнать, как наши решения снижают ваши эксплуатационные расходы и обеспечивают энергетическую независимость.
