กรณีวิศวกรรม: แผงโซลาร์เซลล์แบบไฮบริดพีวีทีและระบบปั๊มความร้อน

การรวมเทคโนโลยีพลังงานหมุนเวียนเข้าด้วยกันให้ผลลัพธ์ที่เหนือกว่าผลรวมของแต่ละส่วนอย่างแยกจากกัน ระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบโฟโตโวลเทอิก-เทอร์มอลที่ผสานเข้ากับระบบปั๊มความร้อน ถือเป็นหนึ่งในโซลูชันไฮบริดเพื่อจัดหาพลังงานอาคารอย่างยั่งยืนที่มีแนวโน้มดีที่สุด ต่างจากเทคโนโลยีการใช้ความร้อนจากแสงอาทิตย์หรือการส่งผ่านแสงอาทิตย์แบบดั้งเดิม ระบบพีวีทีสามารถผลิตไฟฟ้าและเก็บความร้อนได้พร้อมกัน ในขณะที่ปั๊มความร้อนทำหน้าที่ยกระดับพลังงานความร้อนระดับต่ำให้มีอุณหภูมิที่ใช้งานได้จริง เมื่อนำทั้งสองระบบนี้มาผสานกัน จะเกิดเป็นคู่หูที่แข็งแกร่ง ซึ่งได้รับการพิสูจน์และทดสอบแล้วในโครงการจริงทั่วโลก

หลักการทำงานของระบบไฮบริด

ตัวเก็บพลังงานแบบ PVT (Photovoltaic-Thermal) คือองค์ประกอบหลักของระบบนี้ ซึ่งประกอบด้วยเซลล์โฟโตโวลเทอิกที่ติดตั้งอยู่ด้านหลังแผ่นดูดซับความร้อน ขณะที่เซลล์ PV ผลิตไฟฟ้าเมื่อรับแสงแดด แผ่นดูดซับความร้อนก็จะดักจับความร้อนส่วนเกินที่แผงปล่อยออกมาและถ่ายโอนไปยังของไหลที่ไหลเวียนภายในระบบ การออกแบบแบบสองในหนึ่งของผลิตภัณฑ์นี้สามารถแก้ไขข้อบกพร่องพื้นฐานประการหนึ่งของโมดูลโซลาร์เซลล์แบบดั้งเดิม นั่นคือ ปัญหาแผงร้อนเกินไป ภายใต้สภาวะการใช้งานปกติของระบบระบายความร้อนแบบ PVT การศึกษาพบว่าประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเมื่อใช้ระบบระบายความร้อนแบบ PVT

ความร้อนที่เก็บได้จะถูกใช้เป็นแหล่งความร้อนอุณหภูมิต่ำในวงจรปั๊มความร้อน ทำให้ภาระที่ตกอยู่กับคอมเพรสเซอร์ลดลง สำหรับการจัดวางระบบหลายแบบ พลังงานความร้อนที่ผลิตจากแผงเซลล์แสงอาทิตย์แบบผสมผสาน (PVT) คิดเป็นสัดส่วนที่สำคัญของพลังงานความร้อนที่ป้อนเข้าสู่ระบบ ตัวอย่างเช่น วิธีการไหลล้นของของเหลว (liquid overfeed method) ช่วยให้ผนังของระบบเปียกอย่างสม่ำเสมอและใช้พื้นผิวที่มีอยู่สำหรับการแลกเปลี่ยนความร้อนได้อย่างเต็มประสิทธิภาพ ส่งผลให้คอมเพรสเซอร์ดูดไอน้ำที่มีความหนาแน่นสูงขึ้น และยกระดับประสิทธิภาพทั้งด้านความร้อนและไฟฟ้า การผสานรวมเทคโนโลยีทั้งสองนี้อย่างมีประสิทธิภาพทำให้ระบบกลายเป็นวงจรปิด เนื่องจากความร้อนเสียถูกนำมาใช้เป็นทรัพยากร

ตัวชี้วัดประสิทธิภาพจากสถานที่ติดตั้งจริง

ประสิทธิภาพของระบบไฮบริดปั๊มความร้อนแบบ PVT น่าประทับใจ และข้อมูลจากโลกจริงยืนยันสิ่งนี้ สำหรับเรือนกระจกที่ตั้งอยู่บนแท่นทดสอบสภาวะฤดูหนาวจริง ได้มีการศึกษาระบบไฮบริด — ซึ่งประกอบด้วยแผงเก็บพลังงานแสงอาทิตย์แบบ PVT ขนาด 12 กิโลวัตต์ และปั๊มความร้อนแบบปรับความเร็วได้ 10 กิโลวัตต์ — ในแง่ของประสิทธิภาพด้านความร้อนและไฟฟ้า อุณหภูมิภายในเรือนกระจกคงที่ที่ 10 องศาเซลเซียส แม้อุณหภูมิภายนอกจะต่ำกว่า -10.5 องศาเซลเซียสตลอดฤดูหนาว โดยจัดหาความร้อนรวม 11,253 กิโลวัตต์-ชั่วโมง ขณะที่ในช่วงนอกฤดูกาล ความต้องการความร้อนสำหรับทำความร้อนพื้นที่เกือบเป็นศูนย์ จึงนำพลังงานความร้อนส่วนที่เหลืออีก 11,125 กิโลวัตต์-ชั่วโมงไปเก็บไว้ จากนั้นจึงนำไปใช้เพื่อรองรับภาระความร้อนรายปี ทำให้ปริมาณความร้อนที่จัดหาได้ตลอดทั้งปีรวมเป็น 22,378 กิโลวัตต์-ชั่วโมง

ในด้านไฟฟ้า ระบบพีวีทีสร้างไฟฟ้าได้ 3,839 กิโลวัตต์-ชั่วโมงตลอดหนึ่งปี ซึ่งคิดเป็นร้อยละ 36.72 ของปริมาณไฟฟ้าทั้งหมดที่ปั๊มความร้อนและระบบที่เสริมใช้ไป โดยงานวิจัยพบว่าสัมประสิทธิภาพตามฤดูกาล (CoP) เท่ากับ 3.38 ซึ่งแสดงให้เห็นว่าการผสานรวมแผงเก็บพลังงานแสงอาทิตย์แบบผสมผสาน (PVT) เข้ากับปั๊มความร้อนในสภาพอากาศเย็นสามารถลดการใช้พลังงานและลดการพึ่งพาไฟฟ้าจากโครงข่ายแบบดั้งเดิมได้อย่างมาก

ในอาคารเชิงพาณิชย์ ระบบที่ติดตั้งแผง PVT พื้นที่ 392 ตารางเมตร ให้ค่าสัมประสิทธิภาพในการทำความร้อน (COP) ระหว่าง 5.8 ถึง 6.3 ในหนึ่งสัปดาห์โดยเฉลี่ย ส่วนค่า COP รวมของระบบทั้งระบบสูงสุดถึง 11.4 โดยค่าเฉลี่ยรายปีอยู่ที่ 5.5 ระยะเวลาคืนทุนของระบบนี้เพียง 3.8 ปี อีกการศึกษาหนึ่งที่ดำเนินตลอดทั้งปี พบว่าค่า COP เฉลี่ยอยู่ที่ 2.92 ในฤดูหนาว 3.69 ในฤดูร้อน และ 3.46 ในช่วงเปลี่ยนผ่าน โดยแผงระเหยแบบ PVT มีประสิทธิภาพความร้อนเฉลี่ยร้อยละ 60.37 และประสิทธิภาพเทอร์โมอิเล็กทริกโดยรวมร้อยละ 70.12 สำหรับแต่ละเดือนโดยเฉลี่ย ผลลัพธ์เหล่านี้นำไปประยุกต์ใช้กับงานต่าง ๆ และประเมินประโยชน์ด้านต้นทุน

การประยุกต์ใช้งานและประโยชน์ด้านต้นทุน

ระบบไฮบริดปั๊มความร้อนแบบ PVT อาจให้ประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับสถานที่ที่มีความต้องการพลังงานความร้อนรายปีสูง เช่น สระว่ายน้ำ ร้านซักรีด และเรือนกระจก ระบบนี้สามารถตอบสนองความต้องการความร้อนส่วนใหญ่ หรือแม้แต่ทั้งหมดได้ และเมื่อใช้เป็นแหล่งพลังงานหลักสำหรับระบบพลังงานแสงอาทิตย์ ก็สามารถจ่ายไฟฟ้าให้กับเครื่องใช้ในครัวเรือนจำนวนมากบนพื้นที่ขนาดดังกล่าวได้ ช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีการแนะนำปั๊มความร้อนจากแหล่งความร้อนใต้ดินที่ใช้เทคโนโลยี PVT ช่วย (PVT-GHPs) ซึ่งพิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพเอกเซอร์จีรวมของ PVT สูงขึ้นถึง 20 เปอร์เซ็นต์ และอุณหภูมิสูงสุดของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ลดลง 25.6 เปอร์เซ็นต์

การประหยัดต้นทุนไม่ได้จำกัดอยู่เพียงแค่การใช้พลังงานเท่านั้น ในแอปพลิเคชันเชิงพาณิชย์หนึ่งกรณี ระบบนี้ช่วยลดความผันแปรของอุณหภูมิในการเก็บความร้อนในดินต่อปีลงเหลือเพียง 0.4°C และมีระยะเวลาคืนทุนภายใน 3.8 ปี เมื่อเพิ่มระยะห่างระหว่างหลุมเจาะ ระยะเวลาคืนทุนลดลง 18.8% การติดตั้งระบบ PVT ร่วมกับปั๊มความร้อนสามารถลดการใช้ไฟฟ้าจากโครงข่ายได้สูงสุดถึง 70% จึงส่งผลให้ลดการปล่อยก๊าซ CO₂ และลดต้นทุนตลอดอายุการใช้งานด้วย

ผลกระทบในอนาคต

การเปลี่ยนผ่านพลังงานกำลังอยู่ที่จุดเริ่มต้น ข้อบังคับด้านประสิทธิภาพการใช้พลังงานจะถูกบังคับใช้อย่างเข้มงวดยิ่งกว่าที่เคยเป็นมา และระบบไฮบริดแบบ PVT-ปั๊มความร้อนจะมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่ง เทคโนโลยีนี้ยังแสดงให้เห็นว่า ระบบพลังงานหมุนเวียนสามารถออกแบบได้ในลักษณะที่เมื่อนำมาใช้งานร่วมกันในระบบที่รวมหลายส่วนเข้าด้วยกัน จะทำให้ประสิทธิภาพโดยรวมสูงกว่าประสิทธิภาพของแต่ละส่วนที่ทำงานแยกกันอย่างมาก ดังนั้น ระบบไฮบริดแบบ PVT-ปั๊มความร้อนจึงเป็นทางเลือกที่ได้รับการยอมรับแล้ว มีต้นทุนคุ้มค่า และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมสำหรับผู้ที่กำลังพิจารณาลงทุนเพื่อสร้างความยั่งยืนด้านพลังงานในสถานที่ของตน

ก่อตั้งขึ้นในปี ค.ศ. 2009 บริษัท Jiangsu DHC Environmental Si-Tech Co., Ltd. ดำเนินธุรกิจเกี่ยวกับผลิตภัณฑ์พลังงานสีเขียว โดยอาศัยคุณภาพและบริการที่เชื่อถือได้ บริษัทจัดจำหน่ายโมดูลพลังงานแสงอาทิตย์แบบ PVT ปั๊มความร้อน กังหันลม และแบตเตอรี่ LiFePO₄ ทั้งหมดสำหรับใช้ในระบบไฮบริด ติดต่อเราได้ทันทีเพื่อเรียนรู้ว่าโซลูชันของเราจะช่วยลดต้นทุนการดำเนินงานของท่าน และมอบอิสระด้านพลังงานให้แก่ท่านได้อย่างไร