Aurinkokatto, joka myös lämmittää

Katso aurinkopaneelia aurinkoisena päivänä ja suurin osa siihen putoavasta energiasta ei tee mitään hyödyllistä. Kennot muuttavat 15–20 % valosta sähköksi; 65–70 % siitä muuttuu lämmöksi, joka lämmittää paneelia ja tekee siitä vähemmän tehokkaan (IEA SHC Task 60, 2020). Aurinkosähkö-lämpökeräin (PVT) asettaa kennojen taakse lämmönvaihtimen, kuljettaa lämmön pois vedessä tai ilmassa ja käyttää sitä kuumaan käyttöveteen, tilan lämmitykseen tai lämpöpumppuun.

Rehellinen yhteenveto: PVT toimii, sitä myydään nykyään ja se voi tuottaa kaksi tai kolme lämpöyksikköä jokaista sähköyksikköä kohden samalta katolta, mutta se maksaa itsensä takaisin vain siellä, missä on tasainen matalan lämpötilan lämmön käyttö, ja sen mitatut kustannukset ovat edelleen useimmissa paikoissa korkeampia kuin erilliset paneelit ja keräimet. Tällä sivulla selitetään miksi, lukujen avulla.

Mitä se on

PVT-keräimessä on aurinkopaneeli ja aurinkolämmön kerääjä yhdessä kehyksessä. On olemassa kolme pääperhettä (IEA SHC Task 60, 2020):

• Katettu veden kerääjät näyttävät tavallisten paneelien kanssa, joissa on litteä lämmönvaihdin, joka on liimattu takaisin. Ne toimivat viileänä, mikä sopii soluihin, ja menettävät lämpöä helposti tuulelle. Ne muodostavat 61 % maailmanlaajuisesti asennetusta PVT-lämpökapasiteetista ja niitä käytetään useimmiten lämpöpumpun lämmönlähteenä.
• Katettu (lasitettu) keräimet lisäävät toisen lasin ja eristävän ilmavälin kennojen eteen. Ne saavuttavat 50–60 °C:n lämpötilan, jota kuumaa käyttövettä varten tarvitaan, mutta ylimääräinen lasi heijastaa hieman valoa ja kennot käyvät kuumemmin, joten ne tuottavat vähemmän sähköä.
• Ilmankeräimet Lämpöpumppu puhaltaa ilmaa paneelien taakse ja käyttää sitä rakennuksen lämmittämiseen tai tuulettamiseen. Ne ovat 33 % asennetusta PVT-kapasiteetista.

Keskittävät ja tyhjiöputki-mallit ovat olemassa, mutta niillä on vähäinen rooli (IEA SHC, Solar Heat Worldwide 2025).


Näin se toimii

Kevyt budjetti. Selkeänä päivänä auringonvaloa tulee noin 1000 W jokaista neliömetriä kohti aurinkoa olevaa paneelia kohden, kun taas tyypillinen valoisa tunti on 800 W. Piikenniitti muuntaa sen osan spektristä, jonka se voi käyttää sähköksi. Loppu heijastuu, kulkee läpi tai muuttuu lämmöksi solussa.

Lämpö tekee soluista huonompia. Kiteisen piikennin sähköinen hyötysuhde laskee lähes lineaarisesti sen lämpötilan kanssa: η_el = η_ref × (1 − β × (T_cell − 25 °C)), jossa β Värin tarkkuus on noin 0,4 % kelviniä kohti (mittausalue 0,2–0,5 %). Yksinkertaisesti sanottuna: paneeli, jonka tehokkuus on 20 % 25 °C:ssa, tuottaa noin 18,4 %, kun sen kennot ovat 45 °C:ssa, mikä on normaalia aurinkoisena päivänä (Skoplaki ja Palyvos, 2009).

Lämmön kerääminen. Keräimen tuottaman lämmön määrä on määritelty testausstandardissa EN ISO 9806 seuraavasti: η_th = η_0 − a_1 (T_m − T_a) / G − a_2 (T_m − T_a)² / G. Tässä η_0 on auringonvalon osuus, joka muuttuu hyödylliseksi lämmöksi, kun neste on ilman lämpötilassa (noin 61 % on tyypillinen PVT), T_m on nesteen keskilämpötila, T_a ilman lämpötila, G auringonvaloa watteina neliömetriä kohti ja a_1, a_2 kuvaavat kuinka nopeasti lämpö karkaa. Yksinkertaisesti sanottuna: mitä kuumempaa vettä haluat, sitä vähemmän lämpöä kerää ja peittämätön kerääjä, jossa ei ole lasipintaa pitämään tuulta pois, menettää lämpöä paljon nopeammin kuin katettu.


Vaihtoehto. Kylmä vesi auttaa kahdesti: solut toimivat viileämmin ja tuottavat hieman enemmän sähköä, ja kerääjä kerää enemmän lämpöä. Kuuma vesi sattuu kahdesti. Siksi PVT ja lämpöpumput ovat luonnollisia kumppaneita: lämpöpumppu haluaa lähteen 5-20 °C:n lämpötilassa, juuri siellä missä peittämätön PVT-keräimen on tehokkain. Kun väliaine on ilmaa kylmempi, peittämätön keräin ottaa lämpöä jopa ilmasta, päivällä ja yöllä, joten se voi korvata ilmalämpöpumpun ulkoyksikön tai ladata ympäröivää maata Maalämpöpumppu porausreiät. Yllä olevan selitteen avulla voit kokeilla tätä.

Suhteen. Koska enemmän valoa muuttuu lämmöksi kuin sähköksi, “kaksi tai useampi yksikköä lämpöenergiaa tuotetaan jokaista sähköenergian yksikköä kohti kennon tehokkuudesta ja järjestelmän suunnittelusta riippuen” (IEA SHC Task 60, 2020).

Rajat

Teoreettisesti. Auringonvalo tuottaa keskipäivällä korkeintaan noin 1 kW neliömetriä kohti ja vuoden aikana keskimäärin 100–300 W m²:tä kohti leveysasteesta ja säästä riippuen. Mikään keräin ei voi tuottaa enemmän energiaa kuin siihen osuu (paitsi ilmalähteen lämpö, jonka peittämätön keräin imee sisään, kun se toimii kylmempänä kuin ilma, mikä on lämpöpumpun fysiikkaa, ei ylimääräistä auringonvaloa). Sähköä on rajattu solun avulla: noin viidesosa kaupallisen piin valosta. Lämpöä ei voida kerätä yli tarvitsemasi lämpötilan: 60 °C:ssa kerääjä menettää jo suuren osan siitä, mitä se kerää.

Käytännöllistä.

• Lämpöä on käytettävä lähistöllä. Matalan lämpötilan lämpöä ei voi myydä verkkoon kuten sähköä. Heinäkuun aurinkoisella iltapäivällä talossa, jossa on täysi kuumavesisäiliö, ei ole paikkaa laittaa lisää lämpöä, joten kerääjä lakkaa keräämästä (“pysähtyminen”) ja lämpenee kuin tavallinen paneeli. Lämpöpuolen mitoitus todellisen kysynnän mukaan on tärkeämpää kuin mikään keräimen yksityiskohta.
• Lämpötilarajat. Useimmat paneelit on sertifioitu kennon lämpötiloille noin 85 °C asti. Kesällä seisovaksi jäänyt katettu kerääjä voi lähestyä sitä, mikä vanhentaa kapseloinnin ja juotosliitokset.
• Kaksi ammattia yhdellä katolla. PVT tarvitsee sähköasentajan ja putkimiehen, kaksi standardia (IEC 61215 ja 61730 sähköpuolella, EN ISO 9806 lämpöpuolella) ja vielä vähän aikaa sitten ei ollut yhtä omaa testistandardia. IEA:n asiantuntijat mainitsevat esteinä kustannukset, testauksen ja asentajan taidot, eivät fysiikkaa (IEA SHC Task 60 position paper).
• Kilpailu halpoista paneeleista. Tavalliset paneelit ovat tulleet niin halpoiksi, että katolle voidaan usein sijoittaa erilliset aurinkopaneelit ja pieni aurinkolämpökeräin tai aurinkopaneelit ja ilmalämpöpumppu vähemmällä rahalla kuin PVT-järjestelmä.


Todelliset projektit, mitattu

Hanke	Mitä se on	Mitä mitattiin tai raportoitiin	Lähde
26 esimerkkijärjestelmää IEA SHC Task 60:ssä (Eurooppa ja muualla, 2020)	Kuumaa käyttövettä, lämpöpumppua ja teollisuusjärjestelmiä valvotaan noin vuoden ajan	Katettu PVT kuuman käyttöveden tuottamiseen: jopa noin 700 kWh lämpöä m² vuodessa; avoin: noin 400. Sähköinen tehokkuussuhde 0,66 katetuille ja 0,75 avoimille keräimille (tavallinen aurinkosähkö: 0,7–0,85). Lämpöpumppujärjestelmät, joissa on avoin PVT ainoana lähteenä, saavuttivat Sveitsissä kausittaisen tehokkuuskertoimen noin 3	Schubert ja Zenhäusern, 2020
Uusi kaupungintalo, Freiburg, Saksa (2017)	PVT-keräimet kuumaa käyttövettä varten nettoplus-energialla toimivassa toimistorakennuksessa	Designed to deliver 22 MWh of heat a year against a hot water demand of 145 MWh. The measured demand was only 24 MWh a year, so the collector field was far too large, ran hotter and delivered less heat per m². Solar fraction 29.6%; electrical output as expected	IEA SHC Task 60, Olemassa olevat PVT-järjestelmät
Carrosserie Pfister, Herisau, Sveitsi	Paljastettu PVT teollisuusrakennuksessa	106 kWp sähköteho ja 324 kW lämpöteho (nimellinen, ei mitattu teho)	IEA SHC, Aurinkolämpö maailmanlaajuisesti 2025
Uusi urheiluareena, Itävalta	1,130 m² of PVT with 80 ground probes and a 540 kW heat pump	Suunniteltu vastaamaan 1,4 GWh:n vuotuiseen lämmöntarpeeseen ilman fossiilisia polttoaineita (suunnittelukuva)	IEA SHC, Aurinkolämpö maailmanlaajuisesti 2025
Maailmanmarkkinat, 2024	46 valmistajaa raportoi	37.5 MW thermal and 18.6 MW electrical installed in 2024; France (629,136 m²), Germany and the Netherlands lead	IEA SHC, Aurinkolämpö maailmanlaajuisesti 2025

Freiburgin tapaus on tällä sivulla hyödyllisin oppitunti: keräimet toimivat, mutta ennuste siitä, kuinka paljon kuumaa vettä rakennus kuluttaisi, ei. Julkaistua, riippumattomasti mitattua tietoa PVT-järjestelmistä on edelleen niukasti; suurin osa luvuista on peräisin pilottihankkeista.


Mitä se maksaa

Vaihtoehto	Kustannukset per kWh	Vuosi ja lähde
PVT, hyvin mitoitetut järjestelmät Task 60 -näytteessä	Sähkö noin 0,20 €; lämpö alle 0,10 €	2020, Schubert ja Zenhäusern
PVT, tehtävän 60 otoksen keskiarvo	Sähkö 0,10–0,15 €; lämpö 0,25 € (katettu)–0,45 € (ei katettu)	2020, sama lähde (riippuu siitä, miten kustannukset jaetaan lämmön ja sähkön välillä)
PVT, mallinnettu	Sähkö 0,20 €; lämpö 0,22 €	Lämmle (2019), viitattu samassa raportissa
Vertailuarvo: kattoaukollinen aurinkopaneeli samassa rakennuksessa	noin 0,19 dollaria keski	Tutustu Fan Wall -malliin
Kaupallinen ja yhteisöllinen kattoaurinkopaneeli, Yhdysvallat	$0.09 to $0.20	kesäkuuta 2026, Lazard LCOE+ versio 19
Aurinkolämpölämmitys, Eurooppa	0,03 € (etelässä) – 0,19 € (keskuksessa ja pohjoisessa)/kWh lämpöä	2015, ESTIF, Schubertin ja Zenhäusernin lainaama
Kaasukattilan lämpö, EU-kotitaloudet	noin 0,14 €/kWh lämpöä (pelkästään polttoaine: kaasu 0,1228 €/kWh, 90 % tehokas kattila)	Vuoden 2025 toinen puoli, Eurostat

Mitä taulukko kertoo: parhaat PVT-järjestelmät tuottavat jo lämpöä vähemmällä kuin kaasulämmitysjärjestelmän polttoainekustannukset Euroopassa ja sähköä suunnilleen kattopaneelien hintaan, mutta keskimääräinen pilottijärjestelmä ei. Ero on valtava, koska lämmön arvo riippuu täysin siitä, käytetäänkö sitä vai ei. IEA:n asiantuntijat ovat asettaneet tavoitteeksi vähentää PVT-keräimen kustannuksia 1,5–2 kertaa määrän ja teknologian avulla (Task 60 position paper).

Missä se voi voittaa ja missä ei

Se voi voittaa:

• Rakennukset, joissa lämmöntarve on ympärivuotinen ja katto on pieni: Käyttökohteita ovat kerrostalot, hotellit, sairaalat, uima-altaat, pesulat ja urheiluhallit. Jokainen neliömetri tekee kaksi työtä.
• Lämpöpumpun lämmönlähteenä. Avoin PVT voi korvata meluisan ulkoyksikön tai ladata kaivoksella olevan kentän, jotta se ei jäähdy vuosien mittaan, mistä suurin osa viimeaikaisesta kasvusta on peräisin.
• Lämpimät, aurinkoiset paikat, joissa on kuuman veden tarve, jossa katettuja keräimiä voi tavata suurimman osan siitä; Task 60 -järjestelmä saavutti 70% aurinkoenergian osuuden.
• Teollisuuslämpö matalan lämpötilan teolliseen käyttöön (pesu, kuivaus, esilämmitys), jossa sitä käytetään vuoden jokaisena päivänä.

Se ei voi voittaa:

• Jos lämmöllä ei ole käyttäjää. Loma-asunto, toimisto, jossa on vähän kuumaa vettä tai talo, jota jo lämmitetään lämpöpumpulla ja jossa on oma ulkoyksikkö, voidaan lämmittää paremmin tavallisilla paneeleilla.
• Korkeissa lämpötiloissa. Noin 80 °C:n lämpötilan ylittävät höyry- ja prosessilämpö ovat aurinkokennojen kestämättömiä; keskitetty aurinkoenergia tai Lämpövarastointi Se sopii paremmin.
• Yksin hinnan suhteen halpoja paneeleita vastaan, kunnes asennus tulee yhtä rutiiniksi kuin tavallinen PV.

Mikä on todistettu, uskottava ja spekulatiivinen

Proven: the temperature penalty of silicon cells; the collector physics of EN ISO 9806; that PVT collectors deliver both electricity and heat in real buildings, with measured yields of roughly 400 to 700 kWh of heat per m² a year; that uncovered PVT can serve as the sole source for a heat pump with a seasonal performance factor near 3 in Switzerland; that oversizing the heat side lowers the yield.

Uskomatonta: että massatuotanto ja vakiosarjat voisivat alentaa kustannuksia 1,5–2 kertaa; että PVT plus -lämpöpumput voivat vähentää hiilidioksidipäästöjä tiheissä kaupunkialueissa, joissa ei ole tilaa ulkoyksiköille tai porausrei’ille; että parempi lämpökosketus kennojen ja absorberin välillä nostaa molempien tuottoja.

Spekulatiivinen: PVT-pohjainen yöaikainen säteilyjäähdytys hyödyllisessä mittakaavassa (näytetty tutkimuksissa, harvoin rakennuksissa); kennon ja absorberin välisen sidoksen pitkäaikainen kestävyys yli 25 vuoden lämpösyklin aikana; rakennukseen integroidut PVT-julkisivut kilpailukykyiseen hintaan.

Avoimet tutkimuskysymykset

• Miten solu-absorboijasiteet ja kapseloijat vanhenevat päivittäisen lämpösyklin ja kesän pysähtymisen aikana? Twenty-five-year field data does not yet exist.
• Mikä on oikea suhde PVT:n, tavallisen PV:n ja kaiverrusreiän pituuden välillä lämpöpumppujärjestelmässä, ja kuinka paljon PVT-regenerointi todella pidentää kaiverrusreiän käyttöikää?
• Voiko yksi yhdistetty testausstandardi ja sertifiointi vähentää PVT-tuotteen markkinoille saattamiseen kuluvaa aikaa ja kustannuksia?
• Miten asentajien tulisi mitata lämpöpuolen, kun todellinen kuuman veden tarve on niin epävarma, kuten Freiburg osoitti?
• Voivatko edulliset polymeeriset lämmönvaihtimet vastata metallisia lämmönsiirron ja käyttöiän suhteen?

Mitä toimiva prototyyppi tarvitsee

Uuden PVT-suunnittelun keksijän kannalta todisteena on keräin, joka on mitattu auringossa kalibroiduilla antureilla riittävän kauan nähdäkseen sekä hyvät että huonot päivät.

Vaihe	Työ	Mitä se todistaa	Karkea kustannus	Aika
0. Työpöydän tutkimus	Suunnittelun lämmönsiirtomalli, vertailu julkaistuihin keräintietoihin, kustannusarvio	Idea päihittää olemassa olevat PVT paperilla	$5k to $15k	1-2 kuukautta
1. Yhden keräimen penkki- ja ulkotesti	Mitattu sähköteho (I-V-käyrät) ja lämpöhyötysuhde useissa eri nestelämpötiloissa EN ISO 9806:n ja IEC 60891:n menetelmien mukaisesti akkreditoidussa laboratoriossa tai huolellisesti valitulla yliopistolla	Todellinen η_0, a_1 ja sähköinen lämpötilarangaistus	$15k to $40k	3-4 kuukautta
2. Pieni järjestelmä pilotti	10-20 m² syöttö todelliseen lämminvesivaraajaan tai lämpöpumppuun, jossa on lämpömittarit, sähkömittarit ja sääasema, yksi vuosi	Kausiluonteiset tuotot, pysähtymiskäyttäytyminen, luotettavuus	$40k to $100k	12 kuukautta
3. Sertifiointi	IEC 61215 ja 61730 (sähköturvallisuus ja kestävyys), Solar Keymark (lämpö), rakennusten hyväksynnät	Tuote, joka voidaan myydä ja vakuuttaa	$60k to $150k	9–12 kuukautta


Vaiheet 0-2 maksavat noin $60,000 to $155,000. Nämä ovat arvioitamme tyypillisistä laboratorio- ja seurantakuluista, eivät tarjouksia.

Keitä tarvitsemme

• Aurinkolämpötekniikan insinööri, jolla on EN ISO 9806 -testauskokemusta.
• PV-moduulien suunnittelija, joka ymmärtää kapselointiaineita, lämpösykliä ja IEC 61215:tä.
• Rakennustekniikan (LVI) insinööri Lämpöpuolen mitoitus ja lämpöpumppujen ja varastoinnin integrointi.
• Monitorointiasiantuntija Suunnittele kalibroitu lämpö- ja sähkömittaus.
• Valmistuskumppani Lämmönvaihtimet voidaan laminoida ja liimata tilavuudeltaan.
• Asentajat ja putkimiehet Haluan kokeilla yhdistelmäasennusta ja raportoida todellisen työajan.

Onko sinulla parempi idea?

Ehkä sinulla on parempi absorberi, halvempi tapa liittää se tai fiksumpi tapa käyttää lämpöä. Joillakin Local Solar System-säätiön jäsenillä saattaa olla kontakteja, jotka voisivat kuulla voimakkaan energia-idean pitchin. Jotta idea voidaan esittää, sen on oltava toimiva, todellinen malli, joka todella tuottaa tehoa ja lämpöä. Tämä mitataan instrumentilla eikä sitä väitetä. Paperi-ideat ovat myös tervetulleita: jos fysiikka ja numerot ovat kiinteitä, voimme julkaista ne täällä verkkosivuilla. Pääoman hankkiminen ilman toimivaa mallia on hyvin vaikeaa, emmekä voi luvata rahoitusta, tuottoja tai esittelyjä.

PVT:lle halvin mittaus, joka lasketaan toimivaksi malliksi on yksi kerääjä ulkona samanlaisen tavallisen paneelin vieressä, jossa tulo- ja poistoveden lämpötilat, virtausnopeus ja molempien paneelien sähköntuotanto kirjataan muutaman aurinkoisen viikon ajaksi. Tämä näyttää saatu lämpö ja saatu tai menetetty sähkö. Lähetä se osallistumislomakkeen kautta ja katso miten PVT vertautuu muihin ideoihin ideatutkassa.

Lähteet

1. Lämmle, M. et al. (2020). PVT-keräimen tekniikoiden, sovellusalueiden ja markkinoiden peruskäsitteet. IEA SHC Task 60, Raportti D5.
2. Palyvos, J.A. ja Skoplaki, E. (2009). Aurinkosähkömoduulien sähköisen suorituskyvyn lämpötilariippuvuus: katsaus hyötysuhteen ja tehon korrelaatioihin. Solar Energy 83(5), 614-624.
3. AEE INTEC ja IEA SHC (2025). Solar Heat Worldwide, 2025 edition, luku 5.4, Aurinkosähkö-lämpöjärjestelmät.
4. IEA PVPS (2025). Snapshot maailmanlaajuisista aurinkosähkömarkkinoista 2025.
5. IEA SHC Task 60 (2020). PVT-teknologian kantaasiakirja.
6. Schubert, M. ja Zenhäusern, D. (2020). Esimerkki PVT-järjestelmien suorituskyvyn arviointi. IEA SHC Task 60, Raportti D2.
7. IEA SHC Task 60 (2020). Nykyiset PVT-järjestelmät ja -ratkaisut, mukaan lukien Freiburgin uuden kaupungintalon faktasivu (Réhault et al.: n jälkeen, 2019).
8. 2017. (englanniksi) ISO 9806:2017, Aurinkoenergia: aurinkolämpökeräimet, testimenetelmät.
9. Chow, T.T. (2010). Katsaus aurinkosähkö-/lämpöhybriditeknologiaan. Sovellettu energia 87(2), 365-379.
10. Herrando, M., Markides, C.N. ja Hellgardt, K. (2014). Yhdistyneessä kuningaskunnassa toteutettu hybridi-PV- ja aurinkolämpöjärjestelmien arviointi kotitalouksien lämmitykseen ja sähköntuotantoon: järjestelmän suorituskyky. Sovellettu energia 122, 288-309.
11. Lazard (kesäkuu 2026). Levelized Cost of Energy+, versio 19: yhteisö ja C&I aurinko $88 to $197. (englanniksi)
12. Eurostat (2026). Maakaasun hintatilastot: EU-maiden kotitalouksien keskihinta 0,1228 €/kWh, vuoden 2025 toinen puoli.
13. Local Solar System Foundation (2020, malli päivitetty 2026). The Fan Wall: avoin malli, kattoon asennettava aurinkosähköjärjestelmä.