Solarni krovovi koji također griju

Pogledajmo solarnu ploču na sunčan dan i većina energije koja pada na nju ne radi ništa korisno. Ćelije pretvaraju 15 do 20% svjetlosti u električnu energiju; 65 do 70% od toga postaje toplina, koja zagrijava ploču i čini je manje učinkovitom (IEA SHC Task 60, 2020). Fotonaponski toplinski (PVT) kolektor stavlja izmjenjivač topline iza ćelija, prenosi tu toplinu u vodu ili zrak i koristi je za toplu vodu, grijanje prostora ili toplinsku pumpu.

Iskreno sažeto: PVT funkcionira, danas se prodaje i može isporučiti dvije do tri jedinice topline za svaku jedinicu električne energije s istog krova, ali isplati se samo tamo gdje postoji stalna uporaba niskotemperaturne topline, a njegovi izmjereni troškovi još uvijek su veći od zasebnih ploča i kolektora na većini mjesta. Ova stranica objašnjava zašto, s brojevima.

Što je to?

PVT kolektor je solarni panel i solarni toplinski kolektor u jednom okviru. Postoje tri glavne obitelji (IEA SHC Task 60, 2020):

• Nepokriveni kolektori vode izgledaju kao obični paneli s ravnim izmjenjivačem topline vezanim za stražnju stranu. Oni rade hladno, što odgovara stanicama, i gube toplinu lako na vjetar. One čine 61% instaliranog PVT toplinskog kapaciteta u svijetu i najčešće se koriste kao izvor topline za toplinsku pumpu.
• Pokriveni (ostakljeni) kolektori dodaju drugi list stakla i izolacijski zračni razmak ispred ćelija. Oni dosežu 50 do 60 °C koje je potrebno za kućnu toplu vodu, ali dodatno staklo reflektira nešto svjetlosti i ćelije rade toplije, tako da proizvode manje struje.
• Zračni kolektori pušu zrak iza ploča i koriste ga za grijanje ili provjetravanje zgrade. To je 33% instaliranog PVT kapaciteta.

Koncentracijski i vakuumski dizajni cijevi postoje, ali igraju manju ulogu (IEA SHC, Solar Heat Worldwide 2025).


Kako to funkcionira

Proračun za svjetlo. Na vedar dan oko 1000 W sunčeve svjetlosti dopire do svakog četvornog metra ploče okrenute prema suncu; 800 W je tipičniji svijetli sat. Silicijska ćelija pretvara dio spektra koji može koristiti u električnu energiju. Ostatak se reflektira, prolazi kroz ili postaje toplina u ćeliji.

Toplina čini stanice gore. Električna učinkovitost kristalnog silicija pada gotovo linearno s njegovom temperaturom: η_el = η_ref × (1 − β × (T_cell − 25 °C)), gdje β Točnost mjerenja je oko 0,4% po kelvinu (izmjereni raspon je od 0,2 do 0,5%). Jednostavno rečeno: ploča označena 20% učinkovitom na 25 °C isporučuje oko 18,4% kada su njezine ćelije na 45 °C, što je normalno za sunčan dan (Skoplaki i Palyvos, 2009.).

Skupljanje topline. Toplina koju kolektor isporučuje slijedi jednadžbu u ispitnom standardu EN ISO 9806: η_th = η_0 − a_1 (T_m − T_a) / G − a_2 (T_m − T_a)² / G. Ovdje η_0 je udio sunčeve svjetlosti koji postaje korisna toplina kada je fluid na temperaturi zraka (oko 61% je tipično za PVT), T_m je srednja temperatura fluida, T_a temperatura zraka, G sunčeva svjetlost u W po m² i a_1, a_2 opisuju koliko brzo toplina odlazi. Jednostavno rečeno: što više želite vodu, manje topline skupljate, a nepokriveni kolektor, bez staklenog poklopca koji drži vjetar, gubi toplinu mnogo brže od pokrivenog.


Kompromis. Hladna voda pomaže dvaput: ćelije rade hladnije i čine malo više električne energije, a kolektor skuplja više topline. Vruća voda boli dvaput. Zato su PVT i toplinske pumpe prirodni partneri: toplinska pumpa želi izvor na 5 do 20 °C, točno tamo gdje je nepokriveni PVT kolektor najučinkovitiji. Kada je tekućina hladnija od zraka, nepokriveni kolektor čak i izvlači toplinu iz zraka, danju i noću, što mu omogućuje da zamijeni vanjsku jedinicu zračne toplinske pumpe ili napuni tlo oko njega Toplinska pumpa s izvorom topline u tlu Bušotine. Gornji objašnjenja omogućuju vam da pokušate to.

Odnos. Budući da više svjetlosti postaje toplina nego struja, “dvije ili više jedinica toplinske energije generira se za svaku jedinicu električne energije, ovisno o učinkovitosti ćelije i dizajnu sustava” (IEA SHC Task 60, 2020).

Granice

Teoretski. Sunčeva svjetlost u podne daje najviše oko 1 kW po četvornom metru, a prosječno tijekom godine 100 do 300 W po m², ovisno o zemljopisnoj širini i vremenu. Niti jedan kolektor ne može isporučiti više energije nego što pada na njega (osim topline iz zraka koju uvlači nepokriveni kolektor kada je hladniji od zraka, što je fizika toplinske pumpe, a ne dodatna sunčeva svjetlost). Električnost je ograničena na ćeliju: oko petine svjetlosti za komercijalni silicij. Toplina je ograničena na temperaturu koja vam je potrebna: pri 60 °C kolektor već gubi veliki dio onoga što skuplja.

Praktično.

• Toplina mora imati uporabu u blizini. Niskotemperaturna toplina ne može se prodati u mrežu kao što je električna energija. Na sunčano poslijepodne u srpnju, kuća s punim spremnikom tople vode nema gdje staviti više topline, pa kolektor prestaje skupljati (“stagnacija”) i zagrijava se poput obične ploče. Dimenzioniranje toplinske strane prema stvarnoj potražnji važnije je od bilo kojeg detalja kolektora.
• Granične temperature. Većina ploča certificirana je za temperature ćelija do oko 85 °C. Natkriveni kolektor koji stagnira ljeti može se približiti tome, što stari enkapsulacijski i lemni spojevi.
• Dvije djelatnosti na jednom krovu. PVT treba električara i vodoinstalatera, dva skupa normi (IEC 61215 i 61730 za električnu stranu, EN ISO 9806 za toplinsku stranu) i, do nedavno, nije bilo jedinstvenog vlastitog standarda za ispitivanje. Stručnjaci IEA-e navode troškove, testiranje i instalacijske vještine, a ne fiziku, kao prepreke (IEA SHC Task 60 position paper).
• Konkurencija od jeftinih ploča. Obično su paneli postali toliko jeftini da se na krovu često mogu smjestiti zasebni fotonaponski paneli i mali solarni toplinski kolektor, ili fotonaponski paneli plus zračna dizalica topline, za manje novca nego PVT sustav.


Stvarni projekti, izmjereni

Projekt	Što je to?	Što je izmjereno ili prijavljeno	Izvor
26 primjera sustava u IEA SHC Task 60 (Europa i šire, 2020.)	Topla voda za kućanstva, toplinska pumpa i industrijski sustavi, praćeni oko godinu dana	Pokriveni PVT za toplu vodu: do oko 700 kWh topline po m² godišnje; nepokriveni: oko 400. Električni omjer učinkovitosti 0,66 za pokrivene kolektore i 0,75 za nepokrivene (obični fotonaponski sustavi: 0,7 do 0,85). Sustavi dizalica topline koji koriste nepokrivenu PVT kao jedini izvor postigli su sezonski faktor učinkovitosti od oko 3 u Švicarskoj	Schubert i Zenhäusern, 2020
Nova gradska vijećnica, Freiburg, Njemačka (2017.)	PVT kolektori za toplu vodu na uredskoj zgradi s neto plus energijom	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 Zadatak 60, Postojeći sustavi PVT
Karoserijska tvornica Pfister, Herisau, Švicarska	Otkriveni PVT na industrijskoj zgradi	106 kWp električni i 324 kW toplinski kapacitet (nazivna, ne izmjerena snaga)	IEA SHC, Solarna toplina u svijetu 2025.
Nova sportska arena, Austrija	1.130 m² PVT-a s 80 zemaljskih sondi i toplinskom pumpom od 540 kW	Dizajniran za zadovoljavanje potrebe za toplinom od 1,4 GWh godišnje bez fosilnih goriva (dizajn slika)	IEA SHC, Solarna toplina u svijetu 2025.
Svjetsko tržište, 2024.	46 proizvođača izvješćuje	37,5 MW toplinske i 18,6 MW električne energije instalirane do 2024.; Francuska (629.136 m²), Njemačka i Nizozemska vode	IEA SHC, Solarna toplina u svijetu 2025.

Slučaj Freiburg je najkorisnija lekcija na ovoj stranici: kolektori su radili, a predviđanje koliko će zgrada koristiti tople vode nije. Objavljeni, nezavisno izmjereni podaci za PVT sustave još uvijek su oskudni; većina podataka dolazi iz pilot projekata.


Koliko košta

Opcija	Trošak po kWh	Godina i izvor
PVT, dobro dimenzionirani sustavi u uzorku zadatka 60	struja oko 0,20 €; grijanje ispod 0,10 €	2020, Schubert i Zenhäusern
PVT, prosjek uzorka zadatka 60	struja 0,10 do 0,15 eura; grijanje 0,25 eura (natkriveno) do 0,45 eura (nenatkriveno)	2020., isti izvor (ovisno o tome kako su troškovi podijeljeni između toplinske i električne energije)
PVT, modelirano	struja 0,20 €; grijanje 0,22 €	Lämmle (2019), citirano u istom izvješću
Referentna vrijednost: krovne solarne ploče na istoj zgradi	oko 0,19 dolara Središnja	Naš Fan Zid model
Komercijalne i komunalne solarne krovni sustavi, Sjedinjene Američke Države	$0.09 to $0.20	lipnja 2026. Lazard LCOE+ verzija 19
Solarna termalna topla voda, Europa	0,03 eura (jug) do 0,19 eura (središte i sjever) po kWh topline	2015., ESTIF, citirano od strane Schuberta i Zenhäuserna
Toplina iz plinskog kotla, kućanstva EU-a	oko 0,14 € po kWh topline (samo gorivo: plin po cijeni od 0,1228 € po kWh, 90% učinkovit kotlov)	Druga polovica 2025., Eurostat

Što tablica kaže: najbolji PVT sustavi već proizvode toplinu za manje od troškova goriva plinskog kotla u Europi i struje po cijeni oko krovnih panela, ali prosječni pilot sustav ne. Razlika je ogromna jer vrijednost topline u potpunosti ovisi o tome koristi li se. Stručnjaci IEA-e postavili su cilj smanjenja troškova PVT kolektora za faktor od 1,5 do 2 kroz volumen i tehnologiju (Zadatak 60 pozicijski papir).

Gdje može pobijediti, a gdje ne može

Može pobijediti:

• Zgrade s cjelogodišnjom potrebom za toplinskom energijom i malim krovom: stambena naselja, hoteli, bolnice, bazeni, praonice rublja, sportske dvorane. Svaki kvadratni metar radi dva posla.
• Kao izvor topline za toplinsku pumpu. Nepokriveni PVT može zamijeniti bučnu vanjsku jedinicu ili napuniti polje bušotine tako da se ne hladi tijekom godina, odakle je došao najnoviji rast.
• Topla, sunčana mjesta s potrebom za toplom vodom, gdje pokriveni kolektori mogu zadovoljiti većinu; sustav Task 60 postigao je 70% solarnog udjela.
• Niskotemperaturna industrijska toplina (pranje, sušenje, predgrijavanje), gdje postoji uporaba svaki dan u godini.

Ne može pobijediti:

• Gdje toplina nema korisnika. Kuća za odmor, ured s malo tople vode ili kuća koja se već grije toplinskom pumpom sa svojom vanjskom jedinicom može biti bolje opslužena običnim panelima.
• Na visokim temperaturama. Parna i procesna toplina iznad oko 80 °C su izvan onoga što fotonaponske ćelije mogu tolerirati; koncentriranje solarne topline ili toplinski spremnik bolje odgovaraju.
• Samo na cijeni u odnosu na jeftine panele, dok instalacija ne postane rutinska kao i obični fotonaponski sustav.

Što je dokazano, vjerodostojno i spekulativno

Dokazano: temperaturna kazna silicijskih ćelija; fizika kolektora EN ISO 9806; da PVT kolektori isporučuju i električnu energiju i toplinu u stvarnim zgradama, s izmjerenim prinosima od otprilike 400 do 700 kWh topline po m² godišnje; da nepokriveni PVT može poslužiti kao jedini izvor za toplinsku pumpu sa sezonskim faktorom učinkovitosti blizu 3 u Švicarskoj; da predizmjeravanje toplinske strane smanjuje prinos.

Plausibilno: da bi masovno proizvodnja i standardni kompleti mogli smanjiti troškove za faktor od 1,5 do 2; da PVT plus toplinske pumpe mogu dekarbonizirati gusto naseljene gradske četvrti gdje nema mjesta za vanjske jedinice ili bušotine; da bolji toplinski kontakt između ćelija i apsorbera povećava oba prinosa.

Spekulativno: Noćno zračenje hlađenja na PVT-u u korisnom opsegu (dokazano u istraživanjima, rijetko u zgradama); dugoročna trajnost veze između ćelije i apsorbera tijekom 25 godina toplinskog ciklusa; PVT fasade integrirane u zgradu po konkurentnoj cijeni.

Otvorena istraživačka pitanja

• Kako stagniraju veze između stanice i apsorbera i enkapsulacijskih sredstava pod svakodnevnim toplinskim ciklusom i ljetnom stagnacijom? Twenty-five-year field data does not yet exist.
• Koji je pravi omjer između PVT, obične PV i duljine bušotine u sustavu dizalice topline i koliko PVT regeneracija stvarno produljuje životni vijek bušotine?
• Može li jedan kombinirani testni standard i certifikacija smanjiti troškove i vrijeme stavljanja PVT proizvoda na tržište?
• Kako bi instalateri trebali dimenzionirati stranu grijanja kada je stvarna potreba za toplom vodom tako neizvjesna, kao što je pokazao Freiburg?
• Mogu li jeftini polimerni izmjenjivači topline odgovarati metalnim za prijenos topline i vijek trajanja?

Što bi radni prototip trebao

Za izumitelja s novim PVT dizajnom, dokaz koji se računa je kolektor izmjeren na suncu, s kalibriranim senzorima, dovoljno dugo da vidi i dobre i loše dane.

Faza	Rad	Što to dokazuje	Bruto trošak	Vrijeme
0. stolna studija	Model prijenosa topline projekta, usporedba s objavljenim podacima o kolektoru, procjena troškova	Ideja pobjeđuje postojeći PVT na papiru	$5k to $15k	1 do 2 mjeseca
1.Klupa i vanjski test jednog kolektora	Izmjerena električna snaga (I-V krivulje) i toplinska učinkovitost pri različitim temperaturama medija, prema metodama EN ISO 9806 i IEC 60891, u akreditiranom laboratoriju ili pažljivom sveučilišnom okruženju	Stvarni η_0, a_1 i kazna električne temperature	$15k to $40k	3 do 4 mjeseca
2. Mali sustav pilot	10 do 20 m² napajanje stvarnog spremnika tople vode ili toplinske pumpe, s brojilima za grijanje i hlađenje, električnom energijom i meteorološkom postajom, jedna godina	Sezonski prinosi, stagnacijsko ponašanje, pouzdanost	$40k to $100k	12 mjeseci
3. Ovjeravanje	IEC 61215 i 61730 (električna sigurnost i trajnost), Solar Keymark (toplinska zaštita), odobrenja za gradnju	Proizvod koji se može prodati i osigurati	$60k to $150k	9 do 12 mjeseci


Faze 0 do 2 koštale su otprilike $60,000 to $155,000. To su naše procjene iz tipičnih laboratorijskih i nadzornih troškova, a ne ponude.

Koga trebamo

• Solarni toplinski inženjer S iskustvom ispitivanja EN ISO 9806.
• Inženjer fotonaponskih modula Tko razumije enkapsulacije, toplinski ciklus i IEC 61215.
• Inženjer za građevinske usluge (HVAC) Dimenzioniranje toplinske strane i integracija dizalica topline i spremnika.
• Specijalist za praćenje za projektiranje kalibriranog mjerenja toplinske i električne energije.
• Proizvodni partner sposoban za laminiranje i lijepljenje izmjenjivača topline u volumenu.
• Instalateri i vodoinstalateri spremni su isprobati kombiniranu instalaciju i prijaviti stvarno radno vrijeme.

Imaš bolju ideju?

Možda imate bolji apsorber, jeftiniji način da ga spojite ili pametniji način korištenja topline. Neki članovi Zaklade Local Solar System mogu imati kontakte koji bi mogli čuti za snažnu energetsku ideju. Da bi se ideja mogla predstaviti, potreban je funkcionalan, stvarni model koji zapravo proizvodi energiju i toplinu, izmjeren na instrumentu, a ne tvrdi. Dobrodošle su i ideje na papiru: ako je fizika i brojevi čvrsti, možemo ih objaviti ovdje na web stranici. Prikupljanje kapitala bez radnog modela vrlo je teško, a ne možemo obećati financiranje, povrate ili uvođenje.

Za PVT, najjeftinije mjerenje koje se računa kao radni model je jedan kolektor na otvorenom pored identične obične ploče, s temperaturama ulazne i izlazne vode, brzinom protoka i električnim izlazom obje ploče zabilježenim tijekom nekoliko sunčanih tjedana. To pokazuje dobivenu toplinu i dobivenu ili izgubljenu struju. Pošaljite ga putem obrazca za doprinos i pogledajte kako se PVT uspoređuje s drugim idejama na radaru ideja.

Izvori

1. Ćosić, M. et al. (2020). Osnovni pojmovi PVT kolektora, područja primjene i tržište. IEA SHC Task 60, Report D5.
2. Skoplaki, E. i Palyvos, J.A. (2009). O temperaturnoj ovisnosti električnih svojstava fotonaponskih modula: pregled korelacija učinkovitosti/snaga. Solar Energy 83(5), 614-624.
3. AEE INTEC i IEA SHC (2025.) Solarna toplina u svijetu, izdanje 2025., poglavlje 5.4, Fotonaponski-toplinski sustavi.
4. IEA PVPS (2025). Snimak globalnih fotonaponskih tržišta 2025.
5. IEA SHC Task 60 (2020.) Pozicijski dokument o PVT tehnologiji.
6. Schubert, M. i Zenhäusern, D. (2020). Procjena učinkovitosti primjera PVT sustava. IEA SHC Task 60, Report D2.
7. IEA SHC Task 60 (2020.) Postojeći PVT sustavi i rješenja, uključujući informativni list Nove gradske vijećnice Freiburg (prema Réhault et al., 2019).
8. ISO (2017.). ISO 9806:2017, Solarna energija: solarni toplinski kolektori, metode ispitivanja.
9. Chow, T.T. (2010). Pregled fotonaponske/termalne hibridne solarne tehnologije. Primijenjena energija 87(2), 365-379.
10. Herrando, M., Markides, C.N. i Hellgardt, K. (2014). Procjena hibridnih fotonaponskih i solarno-termičkih sustava za grijanje i napajanje kućanstava: učinkovitost sustava. Primijenjena energija 122, 288-309.
11. Lazard (June 2026). Nivelirani trošak energije+, verzija 19: zajednica i C&I solarna energija $88 to $197 po MWh.
12. Eurostat (2026). Statistika cijena prirodnog plina: prosjek EU-a za kućanstva 0,1228 eura po kWh, druga polovica 2025.
13. Local Solar System Foundation (2020., model ažuriran 2026.). The Fan Wall: otvoreni model, krovna solarna referentna vrijednost.