Sondakke wat ook verhit
'n Sonpaneel verander een vyfde van die sonlig in elektrisiteit en die meeste van die res in afvalwarmte. 'n PV-thermiese versamelaar hou daardie hitte. Die fisika is eenvoudig; om dit te laat betaal, is nie.
Andreas Siegemund (CC BY-SA 4.0)
Kyk na ‘n sonpaneel op ‘n sonnige dag en die meeste van die energie wat daarop val doen niks nuttigs nie Die selle draai 15 tot 20% van die lig in elektrisiteit om; 65 tot 70% daarvan word hitte, wat die paneel verhit en dit minder doeltreffend maak (IEA SHC Task 60, 2020). ‘n Fotovoltaïese-termiese (PVT) versamelaar plaas ‘n hittewisselaar agter die selle, dra die hitte weg in water of lug en gebruik dit vir warm water, ruimteverhitting of ‘n hittepomp.
Die eerlike opsomming: PVT werk, word vandag verkoop en kan twee tot drie eenhede hitte lewer vir elke eenheid elektrisiteit van dieselfde dak af, maar dit betaal slegs waar daar ‘n gelykmatige gebruik is vir lae-temperatuur hitte, en sy gemete koste is nog steeds hoër as aparte paneele en kollektore in die meeste plekke. Hierdie bladsy verklaar waarom, met die getalle.
Wat dit is
‘n PVT-versamelaars is ‘n sonpaneel en ‘n sonthermiese versamelaars in een raam. Daar is drie hooffamilies (IEA SHC Task 60, 2020):
- Onbedekte waterversamelaars lyk soos gewone paneele met ‘n plat hittewisselaar wat aan die agterkant vasgemaak is. Hulle loop koel, wat die selle pas, en verloor hitte maklik aan wind. Dit is 61% van geïnstalleer PVT termiese kapasiteit wêreldwyd en word meestal gebruik as die hittebron vir ‘n hitte pomp.
- Bedekte (verglaasde) versamelstelsels voeg ‘n tweede laag glas en ‘n isolerende luggat voor die selle by. Hulle bereik die 50 tot 60 °C wat huishoudelike warm water benodig, maar die ekstra glas weerkaats ‘n bietjie lig en die selle loop warmer, dus maak hulle minder elektrisiteit.
- Lugversamelaars blaas lug agter die paneel en gebruik dit om ‘n gebou te verhit of te ventileer. Dit is 33% van die geïnstalleer PVT kapasiteit.
Konsentrerende en geëvacueerde-buisontwerpe bestaan maar speel ‘n mindere rol (IEA SHC, Solar Heat Worldwide 2025).
Hoe dit werk
Die ligbegroting. Op ‘n helder dag bereik ongeveer 1,000 W van sonlig elke vierkante meter van ‘n paneel wat na die son gerig is; 800 W is ‘n meer tipiese helder uur. ‘n Silisiumsel skakel die deel van die spektrum wat dit kan gebruik om in elektrisiteit. Die res word weerspieël, gaan deur of word hitte in die sel.
Hitte maak die selle erger Die elektriese doeltreffendheid van ‘n kristallyne silisium sel val byna lineair met sy temperatuur: η_el = η_ref × (1 − β × (T_cell − 25 °C)), waar β is ongeveer 0,4% per kelvin (die gemete omvang is 0,2 tot 0,5%). In eenvoudige woorde: ‘n paneel wat gemerk is as 20% doeltreffend by 25 °C lewer ongeveer 18,4% wanneer sy selle by 45 °C sit, wat normaal is op ‘n sonnige dag (Skoplaki en Palyvos, 2009).
Versameling van die hitte. Die hitte wat ‘n versamelaar lewer volg die vergelyking in die toetsstandaard EN ISO 9806: η_th = η_0 − a_1 (T_m − T_a) / G − a_2 (T_m − T_a)² / G. Hier η_0 is die aandeel van sonlig wat nuttige hitte word wanneer die vloeistof by lugtemperatuur is (ongeveer 61% is tipies vir PVT), T_m is die gemiddelde vloeistoftemperatuur, T_a die lugtemperatuur, G die sonlig in W per m², en a_1, a_2 beskryf hoe vinnig hitte weglek. In eenvoudige woorde: hoe warmer jy die water wil hê, hoe minder hitte versamel jy, en ‘n onbedekte versamelaar, sonder ‘n glasdeksel om die wind af te hou, verloor hitte baie vinniger as ‘n gedekte een.
Die ruil Koel water help twee keer: die selle loop koeler en maak ‘n bietjie meer elektrisiteit, en die versamelaar versamel meer hitte Warm water doen twee keer seer Dit is waarom PVT en hittepompe natuurlike vennote is: ‘n hittepomp wil ‘n bron by 5 tot 20 °C hê, presies waar ‘n onbedekte PVT-versamelaars die mees doeltreffend is. Wanneer die vloeistof kouer as die lug is, trek ‘n onbedekte kollektor selfs hitte uit die lug, dag en nag, wat dit toelaat om die buite-eenheid van ‘n lugbronwarmtepomp te vervang of die grond rondom grondbronwarmtepomp boorgate op te laai. Die verduideliker hierbo laat jou probeer dit.
Die verhouding. Omdat meer van die lig hitte word as elektrisiteit, “word twee of meer eenhede thermiese energie gegenereer vir elke eenheid elektriese energie, afhangende van sel-effektiwiteit en stelselontwerp” (IEA SHC Task 60, 2020).
Die grense
Theoreties. Sonlig lewer hoogstens ongeveer 1 kW per vierkante meter om middernag en, gemiddeld oor ‘n jaar, 100 tot 300 W per m² afhangende van breedtegraad en weer Geen kollektor kan meer energie lewer as wat daarop val nie (behalwe die lugbronhitte wat ‘n onbedekte kollektor intrek wanneer dit kouer is as die lug, wat hittepompfisika is, nie ekstra sonlig nie). Elektrisiteit word deur die sel gedek: ongeveer ‘n vyfde van die lig vir kommersiële silisium. Warmte word begrens deur die temperatuur wat jy nodig het: by 60 °C verloor ‘n versamelaar reeds ‘n groot deel van wat dit versamel.
Prakties.
- Die hitte moet ‘n gebruik in die nabyheid hê. Lae-temperatuur hitte kan nie soos elektrisiteit in ‘n rooster verkoop word nie. Op ‘n sonnige namiddag in Julie, het ‘n huis met ‘n volle warmwatertank nie meer hitte om te plaas nie, dus stop die kollektor met die versamel (“stagnasie”) en verhit soos ‘n gewone paneel. Die grootte van die hittekant na werklike vraag is belangriker as enige versamelaar detail.
- Temperatuurgrense. Meeste paneele is gesertifiseer vir seltemperature tot ongeveer 85 °C. ‘n Gedekte versamelaar wat in die somer stilstaan, kan dit benader, wat die inkapselings- en soldeerverbindings verouder
- Twee vakmanne op een dak. PVT benodig ‘n elektrisiën en ‘n loodgieter, twee stel standaarde (IEC 61215 en 61730 vir die elektriese kant, EN ISO 9806 vir die termiese kant) en, tot onlangs toe, geen enkele toetsstandaard van sy eie nie. Die IEA se deskundiges lys koste, toetsing en installeringsvaardighede, nie fisika nie, as die belemmerings (IEA SHC Task 60 position paper).
- Konkurrensie van goedkoop paneel. Gewone paneel is so goedkoop geword dat ‘n dak dikwels aparte PV-paneel en ‘n klein sonwarmte-versamelaars, of PV-paneel plus ‘n lugbron-warmtepomp kan hou, vir minder geld as ‘n PVT-stelsel.
Eise
| Projek | Wat dit is | Wat gemeet of gerapporteer is | Bron |
|---|---|---|---|
| 26 voorbeeldstelsels in IEA SHC Task 60 (Europa en verder, 2020) | Huishoudelike warm water, hittepomp en industriële stelsels, gemonitor vir ongeveer ‘n jaar | Bedek PVT vir warm water: tot ongeveer 700 kWh hitte per m² per jaar; onbedek: ongeveer 400. Elektriese prestasieverhouding 0,66 vir bedek en 0,75 vir onbedekte kollekteurs (gewone PV: 0,7 tot 0,85). Warmtepompstelsels wat onbedekte PVT as hul enigste bron gebruik, het in Switserland ‘n seisoenale prestasiefaktor van ongeveer 3 bereik | Schubert en Zenhäusern, 2020 |
| Nuwe Stadhuis, Freiburg, Duitsland (2017) | PVT-versamelaars vir warm water op ‘n netto plus-energie-kantoorgebou | Ontworpe om 22 MWh hitte per jaar te lewer teen ‘n warmwaterbehoefte van 145 MWh. Die gemete behoefte was slegs 24 MWh per jaar, dus die versamelaarveld was veel te groot, het warmer geloop en minder hitte per m² gelewer. Sonkragfraksie 29,6%; elektriese uitset soos verwag | IEA SHC Task 60, Existing PVT systems |
| Carrosserie Pfister, Herisau, Switserland | Ontdekte PVT op ‘n industriegebou | 106 kWp elektriese en 324 kW termiese kapasiteit (gegradeerde, nie gemete uitset) | IEA SHC, Solar Heat Worldwide 2025 |
| Nuwe sportarena, Oostenryk | 1,130 m² PVT met 80 grondsondes en ‘n 540 kW hittepomp | Ontworpe om te voldoen aan ‘n hittevraag van 1,4 GWh per jaar sonder fossielbrandstof (ontwerpfiguur) | IEA SHC, Solar Heat Worldwide 2025 |
| Wêreldmark, 2024 | 46 vervaardigers wat rapporteer | 37.5 MW thermal and 18.6 MW electrical installed in 2024; France (629,136 m²), Germany and the Netherlands lead | IEA SHC, Solar Heat Worldwide 2025 |
Die Freiburg geval is die mees nuttige les op hierdie bladsy: die versamelaars het gewerk, die voorspelling van hoeveel warm water die gebou sou gebruik nie. Gepubliseerde, onafhankelijk gemete data vir PVT-stelsels is nog steeds skraal; die meeste getalle kom van proefprojekte.
Wat dit kos
| Opsie | Koste per kWh | Jaar en bron |
|---|---|---|
| PVT, goed-gedimensioneerde stelsels in die Taak 60 voorbeeld | elektrisiteit ongeveer €0.20; hitte onder €0.10 | 2020, Schubert en Zenhäusern |
| PVT, gemiddelde van die Opdrag 60 steekproef | elektrisiteit €0.10 tot €0.15; hitte €0.25 (bedek) tot €0.45 (onbedek) | 2020, dieselfde bron (hang af van hoe koste tussen hitte en krag verdeel word) |
| PVT, gemodelleer | elektrisiteit €0.20; hitte €0.22 | Lämmle (2019), aangehaal in dieselfde verslag |
| Benchmark: rooftop solar panels on the same building | about $0.19 central | ons Venstermuurmodel |
| Kommersiële en gemeenskapsdak-sonkrag, Verenigde State | $0.09 to $0.20 | Junie 2026, Lazard LCOE+ weergawe 19 |
| Son-thermiese warm water, Europa | €0.03 (Suid) tot €0.19 (Midde- en Noord) per kWh hitte | 2015, ESTIF, aangehaal deur Schubert en Zenhäusern |
| Warmte van ‘n gasboiler, EU-huishoudings | ongeveer €0.14 per kWh hitte (brandstof alleen: gas teen €0.1228 per kWh, 90% doeltreffende ketel) | tweede helfte van 2025, Eurostat |
Wat die tabel sê: die beste PVT-stelsels maak reeds hitte vir minder as wat ‘n gasboiler se brandstofkoste in Europa en elektrisiteit teen ongeveer die prys van dakpaneeltjies kos, maar die gemiddelde proefstelsel doen dit nie. Die verspreiding is reusagtig omdat die waarde van die hitte heeltemal afhang van of dit gebruik word. Die IEA-deskundiges het die doel gestel om PVT-versamelaarskoste met ‘n faktor van 1,5 tot 2 te verminder deur volume en tegnologie (Taak 60 posisiepapier).
Waar dit kan wen, en waar dit nie kan nie
Dit kan wen:
- Geboue met ‘n jaar-rond warmtevraag en ‘n klein dak: appartementblokke, hotels, hospitaal, swembaddens, wasgoed, sporthalle. Elke vierkante meter doen twee werke.
- As die hittebron vir ‘n warmtepomp. Onbedekte PVT kan ‘n lawaaierige buite-eenheid vervang of ‘n boorgatveld herlaai sodat dit nie oor die jare afkoel nie, wat is waar die mees onlangse groei vandaan gekom het.
- Warm, sonnige plekke met warmwaterbehoefte, waar gedekte kollektore die meeste daarvan kan voldoen; ‘n Taak 60-stelsel het ‘n 70% sonkragaandeel bereik.
- Lae-temperatuur industriële hitte (was, droog, voorverhit), waar daar elke dag van die jaar gebruik is.
Dit kan nie wen nie:
- Waar die hitte geen gebruiker het nie. ‘n Vakansiehuis, ‘n kantoor met min warm water of ‘n huis wat reeds verhit word deur ‘n hittepomp met sy eie buite-eenheid kan beter bedien word deur gewone paneele.
- By hoë temperature. Stoom en proseshitte bo ongeveer 80 °C is buite wat PV-selle kan verdra; konsentrasie van sonthermie of termiese opberging pas beter.
- Op prys alleen teen goedkoop paneel, totdat installasie word so routine as gewone PV.
Wat bewys is, plausibel en spekulatief
Bewys: die temperatuurstraf van silisiumselle; die versamelaarfisika van EN ISO 9806; dat PVT-versamelaars beide elektrisiteit en hitte in werklike geboue lewer, met gemete opbrengste van ongeveer 400 tot 700 kWh hitte per m² per jaar; dat onbedekte PVT as die enigste bron vir ‘n hittepomp kan dien met ‘n seisoenale prestasiefaktor naby 3 in Switserland; dat oorgroeiing van die hittekant die opbrengs verlaag.
Plaaslike: dat volumeproduksie en standaardkits koste met ân faktor van 1,5 tot 2 kan verlaag; dat PVT plus hittepompe digte stadsblokke kan dekarboniseer waar daar geen ruimte is vir buite-eenhede of boorgate nie; dat beter termiese kontak tussen selle en absorbeerder beide opbrengste verhoog.
Spekulatief: PVT-gedrewe nagtelike stralingskoeling op nuttige skaal (getoon in navorsing, maar selde in geboue); langdurige duursaamheid van die sel-tot-absorbeerband oor 25 jaar se termiese fietsry; gebou-geïntegreerde PVT-voormure teen ‘n mededingende prys.
Open navorsing vrae
- Hoe verouder die sel-tot-absorbeerbande en inkapselaars onder daaglikse hitte-siklusse en somerstagnasie? Vijfentwintig-jaar veld data nog nie bestaan.
- Wat is die regte skeiding tussen PVT, gewone PV en boorgatlengte in ‘n hittepompstelsel, en hoeveel verleng PVT-hernuwing werklik die lewe van die boorgat?
- Kan een gekombineerde toetsstandaard en sertifisering die koste en tyd van die bring van ‘n PVT-produk na die mark verminder?
- Hoe moet installeerders die hittekant grootmaak as die werklike warmwaterbehoefte so onsekerheid is, soos Freiburg getoon het?
- Kan lae-koste polimeer hitte uitruilers met metaal eentjies vergelyk word vir hitte oordrag en lewensduur?
Wat ‘n werklike prototipe nodig sou hê
Vir ‘n uitvinder met ‘n nuwe PVT ontwerp, die bewys wat tel is ‘n versamelaar gemeet in die son, met gekalibreerde sensors, vir lank genoeg om beide goeie en slegte dae te sien
| Fase | Werk | Wat dit bewys | Grof koste | Tyd |
|---|---|---|---|---|
| 0. Kantoorstudie | Warmte-oordrag model van die ontwerp, vergelyking met gepubliseerde versamelaar data, kosteskatting | Die idee oortref bestaande PVT op papier | $5k to $15k | 1 tot 2 maande |
| 1. Bench en buite toets van een versamelaar | Gemete elektriese uitset (I-V krommes) en termiese doeltreffendheid by verskeie vloeistoftemperature, volgens EN ISO 9806 en IEC 60891 metodes, in ‘n geakkrediteerde laboratorium of ‘n sorgsame universiteit setup | Real η_0, a_1, en die elektriese temperatuur boete | $15k to $40k | 3 tot 4 maande |
| 2. Klein stelsel piloot | 10 tot 20 m² wat ‘n ware warmwatertank of hittepomp voed, met hittemeters, elektrisiteitmeters en weerstasie, een jaar | seisoenale opbrengste, stagnasie gedrag, betroubaarheid | $40k to $100k | 12 maande |
| 3. Certification | IEC 61215 en 61730 (elektriese veiligheid en duursaamheid), Solar Keymark (termiese), gebou goedkeurings | ‘n produk wat verkoop en verseker kan word | $60k to $150k | 9 tot 12 maande |
Fase 0 tot 2 kos ongeveer $60,000 to $155,000. Dit is ons skattings van tipiese laboratorium en moniteringskoste, nie kwotasies nie
Wie benodig ons?
- Solar thermal engineer met EN ISO 9806 toets ervaring.
- PV-module-ingenieur wat inkapselaars, termiese fietsry en IEC 61215 verstaan.
- Geboudienste (HVAC) ingenieur om die hittekant te grootmaak en hittepompe en opberging te integreer.
- Monitoring spesialis om gekalibreerde hitte en elektrisiteit meting te ontwerp.
- Vervaardigingsvennoot wat in staat is om warmtewisselaars by volume te lamineer en vas te bind.
- Installeerders en loodgieters wat bereid is om ‘n gekombineerde installasie te probeer en die werklike arbeidstyd te rapporteer.
Het jy ‘n beter idee?
Miskien het jy ‘n beter absorber, ‘n goedkoper manier om dit te bind, of ‘n slimmer manier om die hitte te gebruik Sommige lede van die Local Solar System-stigting mag kontak hê wat ‘n voorstel vir ‘n sterk energie-idee kan hoor. Om te kan aanbied, benodig ‘n idee ‘n werkbare, reële model wat werklik krag en hitte produseer, gemeet op ‘n instrument, nie beweer nie Papier idees is ook welkom: as die fisika en getalle solide is, kan ons dit hier op die webwerf publiseer. Kapitaal op te wek sonder ‘n werkmodel is baie moeilik, en ons kan nie fondse, terugkeer of bekendstellings beloof nie.
Vir PVT, die goedkoopste meting wat tel as ‘n werk model is een versamelaar buite naby ‘n identiese gewone paneel, met die inlaat en uitlaat water temperature, die stroomtempo en beide panele’ s elektriese output logged vir ‘n paar sonnige weke. Wat wys die hitte gekry en die elektrisiteit gekry of verloor. Stuur dit deur die bydraevorm, en sien hoe PVT vergelyk met ander idees op die ideeradar.
Bronne
- M. et al. (2020). Basisbegrippe van PVT-versamelaarstegnologieë, toepassingsgebiede en mark. IEA SHC Taak 60, Verslag D5.
- Skoplaki, E. en Palyvos, J.A. (2009). Die temperatuur-afhankelijkheid van fotovoltaïese module elektriese prestasie: ‘n hersiening van doeltreffendheid / krag correlasies. Solar Energy 83(5), 614-624.
- AEE INTEC en IEA SHC (2025). Solar Heat Worldwide, 2025 edition, hoofstuk 5.4, Fotovoltaïese-termiese stelsels
- IEA PVPS (2025). Kiekie van Globale PV-markte 2025.
- IEA SHC Task 60 (2020) PVT-tegnologieposisiepapier.
- Schubert, M. en Zenhäusern, D. (2020). Verrigtingsbeoordeling van voorbeeld-PVT-stelsels. IEA SHC Taak 60, Verslag D2.
- IEA SHC Task 60 (2020) Bestaande PVT-stelsels en -oplossings, insluitend die Nuwe Stadhuis Freiburg-feiteblad (na Réhault et al., 2019).
- (2017) uitgegee. ISO 9806:2017, Sonenergie: sonwarmte-versamelaars, toetsmetodes.
- Chow, T.T. (2010). ‘n Oorsig oor fotovoltaïese/termiese hybride sontegnologie. Applied Energy 87(2), 365-379.
- Herrando, M., Markides, C.N. en Hellgardt, K. (2014). ‘n VK-gebaseerde beoordeling van hybride PV en son-termiese stelsels vir huishoudelike verhitting en kragopwekking: stelselprestasie. Toepassingsenergie 122, 288-309.
- Lazard (Junie 2026). Geëvalueerde koste van energie+, weergawe 19: gemeenskap en C&I-sonkrag $88 to $197 per MWh.
- Eurostat (2026). Natuurlike gasprysstatistieke: EU-huishoudingsgemiddelde € 0,1228 per kWh, tweede helfte van 2025.
- Local Solar System Foundation (2020, model opgedateer 2026). Die Ventilatormuur: oop model, dak-sonkrag-benchmark.