Atap surya yang juga memanaskan

Lihatlah panel surya pada hari yang cerah dan sebagian besar energi jatuh ke dalamnya tidak melakukan apa-apa berguna. Sel-sel mengubah 15 hingga 20% cahaya menjadi listrik; 65 sampai 70% dari itu menjadi panas, yang memanaskan panel dan membuatnya kurang efisien (IEA SHC Task 60, 2020). Kolektor fotovoltaik-termal (PVT) menempatkan pengganti panas di belakang sel, membawa panas itu ke air atau udara, dan menggunakannya untuk air panas, pemanasan ruang atau pompa panas.

Ringkasan yang jujur: PVT bekerja, dijual sekarang dan dapat menghasilkan dua hingga tiga unit panas untuk setiap satuan listrik dari atap yang sama, namun hanya membayar di mana ada penggunaan yang stabil untuk panas suhu rendah, dan biayanya masih lebih tinggi daripada panel dan kolektor terpisah di kebanyakan tempat. Halaman ini menjelaskan mengapa, dengan angka-angka.

Apa itu

Sebuah kolektor PVT adalah panel surya dan kolektor termal matahari dalam satu bingkai. Ada tiga keluarga utama (IEA SHC Task 60, 2020):

• Kolektor air terbuka terlihat seperti panel biasa dengan pengganti panas datar yang terikat di belakang. Mereka berjalan dingin, yang cocok dengan sel-sel, dan kehilangan panas dengan mudah ke angin. Mereka adalah 61% dari kapasitas termal PVT yang terpasang di seluruh dunia dan paling sering digunakan sebagai sumber panas untuk pompa panas.
• Kolektor tertutup (kaca) menambahkan lembaran kaca kedua dan celah udara insulasi di depan sel. Mereka mencapai 50 hingga 60 ° C yang air panas rumah tangga membutuhkan, tetapi kaca tambahan mencerminkan beberapa cahaya dan sel berjalan lebih panas, sehingga mereka membuat kurang listrik.
• Kolektor udara meniup udara di belakang panel dan menggunakannya untuk memanaskan atau ventiliasi sebuah bangunan. Mereka adalah 33% dari kapasitas PVT yang terpasang.

Konsentrasi dan desain tabung dievakuasi ada tetapi memainkan peran kecil (IEA SHC, Solar Heat Worldwide 2025).

Bagaimana cara kerjanya

Anggaran cahaya. Pada hari yang cerah sekitar 1,000 W sinar matahari mencapai setiap meter persegi panel menghadap ke matahari; 800 W adalah jam terang yang lebih khas. Sel silikon mengubah bagian dari spektrum yang dapat digunakan menjadi listrik. Sisanya direfleksikan, melewati, atau menjadi panas di dalam sel.

Suhu membuat sel menjadi lebih buruk. Efisiensi listrik dari sel silikon kristalin menurun hampir secara linear dengan suhunya: η_el = η_ref × (1 − β × (T_cell − 25 °C)), di mana β adalah sekitar 0,4% per kelvin (rentang yang diukur adalah 0,2 hingga 0,5%). Dalam kata-kata sederhana: panel berlabel 20% efisien pada 25 ° C memberikan sekitar 18,4% ketika selnya duduk pada 45 ° C, yang normal pada hari cerah (Skoplaki dan Palyvos, 2009).

Mengumpulan panas. Panas yang dihasilkan oleh kolektor mengikuti persamaan dalam standar pengujian EN ISO 9806: η_th = η_0 − a_1 (T_m − T_a) / G − a_2 (T_m − T_a)² / G. Di sini η_0 adalah bagian cahaya matahari yang menjadi panas berguna ketika fluida berada pada suhu udara (sekitar 61% adalah tipikal untuk PVT), T_m adalah rata-rata temperatur fluida, T_a suhu udara, G sinar matahari dalam W per m², dan a_1, a_2 menggambarkan seberapa cepat panas mengalir. Dalam kata-kata sederhana: semakin panas Anda ingin air, semakin sedikit panas yang Anda kumpulkan, dan kolektor terbuka, tanpa tutup kaca untuk menahan angin, kehilangan panas jauh lebih cepat daripada yang tertutup.

Pertukaran. Air dingin membantu dua kali: sel berjalan lebih dingin dan membuat sedikit lebih banyak listrik, dan kolektor mengumpulkan lebih banyak panas. Air panas sakit dua kali. Inilah mengapa PVT dan pompa kalor adalah mitra alami: pompa kalor ingin sumber pada 5 hingga 20 ° C, tepat di mana kolektor PVT terbuka paling efisien. Ketika cairan lebih dingin daripada udara, kolektor terbuka bahkan menarik panas dari udara, siang dan malam, yang memungkinkannya menggantikan unit luar ruangan pompa kalor sumber udara atau mengisi ulang tanah di sekitar pompa kalor sumber bumi lubang bor. Penjelasan di atas membuat Anda mencoba ini.

Rasio. Karena lebih banyak cahaya menjadi panas daripada listrik, “dua atau lebih unit energi termal dihasilkan untuk setiap satuan energi listrik, tergantung pada efisiensi sel dan desain sistem” (IEA SHC Task 60, 2020).

Batas-batasnya

Secara teori. Cahaya matahari memberikan paling banyak sekitar 1 kW per meter persegi pada tengah hari dan, rata-rata selama satu tahun, 100 hingga 300 W per m² tergantung pada garis lintang dan cuaca. Tidak ada kolektor yang dapat mengirimkan lebih banyak energi daripada jatuh padanya (kecuali panas dari sumber udara yang ditarik oleh kolektor terbuka ketika berjalan lebih dingin daripada udara, yang merupakan fisika pompa kalor, bukan cahaya matahari tambahan). Listrik dicap oleh sel: sekitar seperlima dari cahaya untuk silikon komersial. Panas dibatasi oleh suhu yang Anda butuhkan: pada 60 ° C kolektor sudah kehilangan sebagian besar dari apa yang dikumpulkannya.

Praktis.

• Suhu harus memiliki penggunaan di dekatnya. Suhu rendah tidak dapat dijual ke jaringan seperti listrik. Pada sore yang cerah pada bulan Juli, sebuah rumah dengan tangki air panas penuh tidak memiliki tempat untuk menaruh lebih banyak panas, sehingga kolektor berhenti mengumpulkan (“stagnasi”) dan memanas seperti panel biasa. Mengukur sisi panas untuk permintaan nyata lebih penting daripada detail kolektor apapun.
• Temperature limits. Kebanyakan panel disertifikasi untuk suhu sel hingga sekitar 85 °C. Kolektor tertutup yang ditinggalkan stagnan di musim panas dapat mendekati itu, yang menua encapsulant dan sambungan tembaga.
• Dua pekerjaan di satu atap. PVT membutuhkan seorang ahli listrik dan seorang tukang pipa, dua set standar (IEC 61215 dan 61730 untuk sisi listrik, EN ISO 9806 untuk sisi termal) dan, sampai baru-baru ini, tidak ada satu standar pengujian sendiri. Para ahli IEA mencatat biaya, pengujian dan keterampilan instalasi, bukan fisika, sebagai hambatan (IEA SHC Task 60 position paper).
• Kompetisi dari panel murah. Panel biasa menjadi begitu murah sehingga atap sering dapat menampung panel PV terpisah dan kolektor termal surya kecil, atau panel PV plus pompa panas sumber udara, dengan biaya yang lebih rendah daripada sistem PVT.

Proyek nyata, diukur

Proyek	Apa itu	Apa yang diukur atau dilaporkan	Sumber
26 contoh sistem dalam IEA SHC Task 60 (Eropa dan di luar, 2020)	Air panas rumah tangga, pompa panas dan sistem industri, diawasi selama sekitar satu tahun	PVT tertutup untuk air panas: hingga sekitar 700 kWh panas per m² per tahun; terbuka: sekitar 400. Rasio kinerja listrik 0,66 untuk kolektor tertutup dan 0,75 untuk kolektor terbuka (PV biasa: 0,7 sampai 0,85). Sistem pompa kalor menggunakan PVT terbuka sebagai satu-satunya sumber mereka mencapai faktor kinerja musim sekitar 3 di Swiss	Schubert dan Zenhäusern, 2020
Kota Baru, Freiburg, Jerman (2017)	Kolektor PVT untuk air panas di gedung kantor net-plus-energi	Dirancang untuk memberikan 22 MWh panas per tahun melawan permintaan air panas 145 MWh. Permintaan yang diukur hanya 24 MWh per tahun, jadi lapangan kolektor terlalu besar, berjalan lebih panas dan memberikan kurang panas per m². Fraksi surya 29.6%; output listrik seperti yang diharapkan	IEA SHC Task 60, Existing PVT systems
Carrosserie Pfister, Herisau, Swiss	PVT ditemukan di sebuah bangunan industri	106 kWp listrik dan 324 kW kapasitas termal (nilai, tidak diukur keluaran)	IEA SHC, Panas Surya Sedunia 2025
Arena olahraga baru, Austria	1.130 m² PVT dengan 80 probe tanah dan pompa panas 540 kW	Dirancang untuk memenuhi permintaan panas 1,4 GWh per tahun tanpa bahan bakar fosil (gambar desain)	IEA SHC, Panas Surya Sedunia 2025
Pasar dunia, 2024	46 produsen melaporkan	37.5 MW termal dan 18.6 MW listrik dipasang pada tahun 2024; Prancis (629,136 m²), Jerman dan Belanda memimpin	IEA SHC, Panas Surya Sedunia 2025

Kasus Freiburg adalah pelajaran yang paling berguna di halaman ini: kolektor bekerja, prediksi berapa banyak air panas yang akan digunakan bangunan tidak. Data yang dipublikasikan, diukur secara independen untuk sistem PVT masih langka; sebagian besar angka berasal dari proyek-proyek pilot.

Berapa harganya

Opsi	Biaya per kWh	Tahun dan sumber
PVT, sistem berukuran baik dalam contoh Tugas 60	listrik sekitar €0.20; panas di bawah €0.10	2020, Schubert dan Zenhäusern
PVT, rata-rata sampel Tugas 60	listrik €0.10 hingga €0.15; pemanas €0.25 (tertutup) hingga €0.45 (tak tertutup)	2020, sumber yang sama (bergantung pada bagaimana biaya dibagi antara panas dan listrik)
PVT, dimodelkan	listrik €0.20; panas €0.22	Lämmle (2019), cited in the same report
Benchmark: panel surya di atap gedung yang sama	seputar $0.19 pusat	model Fan Wall kita
Solar rooftop komersial dan komunitas, Amerika Serikat	$0.09 to $0.20	Juni 2026, Lazard LCOE+ versi 19
Air panas termal surya, Eropa	€0.03 (selatan) hingga €0.19 (tengah dan utara) per kWh panas	2015, ESTIF, cited by Schubert and Zenhäusern
Panas dari boiler gas, rumah tangga UE	sekitar €0.14 per kWh panas (bahan bakar saja: gas pada €0.1228 per kWh, boiler 90% efisien)	paruh kedua tahun 2025, Eurostat

Apa yang dikatakan tabel: sistem PVT terbaik sudah menghasilkan panas dengan biaya bahan bakar yang lebih rendah dibandingkan boiler gas di Eropa dan listrik seharga panel atap, namun sistem pilot rata-rata tidak. Perbedaan ini sangat besar karena nilai dari panas itu tergantung sepenuhnya pada apakah digunakan atau tidak. Para ahli IEA telah menetapkan tujuan untuk memotong biaya kolektor PVT dengan faktor 1,5 hingga 2 melalui volume dan teknologi (Tugas 60 kertas posisi).

Di mana ia bisa menang, dan di mana ia tidak dapat

Ia bisa menang:

• Gedung dengan permintaan panas sepanjang tahun dan atap kecil: blok apartemen, hotel, rumah sakit, kolam renang, laundry, gedung olahraga. Setiap meter persegi melakukan dua pekerjaan.
• Sebagai sumber panas untuk pompa panas. PVT yang tidak tertutup dapat menggantikan unit luar ruangan yang bising atau mengisi ulang lapangan sumur sehingga tidak mendingin selama bertahun-tahun, yang merupakan tempat pertumbuhan terbaru telah datang dari.
• Tempat yang hangat dan bersinar matahari dengan permintaan air panas, di mana kolektor tertutup dapat memenuhi sebagian besarnya; sistem Task 60 mencapai 70% solar share.
• Suhu rendah panas industri (cuci, mengeringkan, pemanasan pra), di mana ada penggunaan setiap hari sepanjang tahun.

Ia tidak bisa menang:

• Di mana panas tidak memiliki pengguna. Sebuah rumah liburan, sebuah kantor dengan sedikit air panas, atau sebuah rumah yang sudah dipanaskan oleh pompa panas dengan unit luar ruangannya sendiri mungkin lebih baik dilayani oleh panel biasa.
• Pada suhu tinggi. Uap dan panas proses di atas sekitar 80 °C melebihi apa yang sel PV dapat toleransi; mengonsentrasikan termal surya atau penyimpanan termal lebih cocok.
• On harga sendiri melawan panel murah, sampai instalasi menjadi rutin seperti PV biasa.

Apa yang terbukti, masuk akal dan spekulatif

Dibuktikan: hukuman suhu sel silikon; fisika kolektor EN ISO 9806; bahwa kolektor PVT mengirimkan listrik dan panas di bangunan nyata, dengan hasil pengukuran sekitar 400 hingga 700 kWh panas per m² per tahun; bahwa PVT yang tidak tertutup dapat berfungsi sebagai satu-satunya sumber untuk pompa kalor dengan faktor kinerja musim dekat 3 di Swiss; bahwa oversizing sisi panas menurunkan hasil.

Plausible: bahwa produksi volume dan kit standar dapat menurunkan biaya sebesar 1,5 hingga 2 kali lipat; bahwa PVT plus pompa panas dapat mendekarbonisasi blok kota padat di mana tidak ada ruang untuk unit luar ruangan atau sumur bor; bahwa kontak termal yang lebih baik antara sel dan penyerap meningkatkan hasil keduanya.

Spekulasi: Pendinginan radiatif malam hari yang digerakkan PVT dalam skala berguna (didemonstrasikan dalam penelitian, jarang terjadi pada bangunan); ketahanan jangka panjang ikatan sel-ke-serap selama 25 tahun siklus termal; fasad PVT terintegrasi dengan harga yang kompetitif.

Pertanyaan penelitian terbuka

• Bagaimana ikatan sel-ke-serap dan enkapsulator tua di bawah siklus termal harian dan stagnasi musim panas? Data lapangan selama dua puluh lima tahun belum ada.
• Apa yang benar antara PVT, PV biasa dan panjang lubang bor dalam sistem pompa panas, dan berapa banyak regenerasi PVT benar-benar memperpanjang umur lubang bor?
• Dapatkah satu standar pengujian dan sertifikasi yang digabungkan mengurangi biaya dan waktu untuk membawa produk PVT ke pasar?
• Bagaimana cara para instalator mengukur sisi panas ketika permintaan air panas yang sebenarnya sangat tidak pasti, seperti yang ditunjukkan oleh Freiburg?
• Bisakah penukar panas polimer murah sepadan dengan logam untuk transfer panas dan umur?

Apa yang diperlukan untuk membuat prototipe

Bagi seorang penemu dengan desain PVT baru, bukti yang penting adalah kolektor yang diukur di bawah sinar matahari, dengan sensor yang telah dikalibrasi, selama cukup lama untuk melihat baik hari-hari baik maupun buruk.

Fase	Bekerja	Apa yang dibuktikan	Biaya kasar	Waktu
0. Meja belajar	Model transfer panas dari desain, perbandingan dengan data kolektor yang dipublikasikan, perkiraan biaya	Idenya lebih baik dari PVT yang ada di kertas	$5k to $15k	1 sampai 2 bulan
1. bench dan tes luar ruangan dari satu kolektor	Keluaran listrik diukur (kurva I-V) dan efisiensi termal pada beberapa suhu fluida, mengikuti metode EN ISO 9806 dan IEC 60891, dalam laboratorium yang diakreditasi atau setup universitas yang hati-hati	Real η_0, a_1, dan hukuman suhu listrik	$15k to $40k	3 sampai 4 bulan
2. Pilot sistem kecil	10 sampai 20 m² memasok tangki air panas atau pompa panas, dengan meteran panas, meteran listrik dan stasiun cuaca, satu tahun	Hasil panen musim, perilaku stagnasi, keandalan	$40k to $100k	12 bulan
3. Certification	IEC 61215 dan 61730 (keamanan listrik dan ketahanan), Solar Keymark (termal), persetujuan bangunan	Produk yang bisa dijual dan dijamin	$60k to $150k	9 sampai 12 bulan

Fase 0 hingga 2 membutuhkan biaya sekitar $60,000 to $155,000. Ini adalah perkiraan kami dari laboratorium biasa dan biaya pemantauan, bukan kutipan.

Siapa yang kita butuhkan

• Insinyur termal surya dengan pengalaman pengujian EN ISO 9806.
• Insinyur modul PV yang mengerti encapsulants, siklus termal dan IEC 61215.
• Insinyur layanan bangunan (HVAC) untuk mengukur sisi panas dan mengintegrasikan pompa panas dan penyimpanan.
• Monitor spesialis untuk merancang kalibrasi panas dan listrik penilaian.
• Manufacturing partner mampu melaminasi dan mengikat exchanger panas pada volume.
• Pemasangan dan plumber bersedia untuk mencoba instalasi gabungan dan melaporkan waktu kerja yang sebenarnya.

Kau punya ide yang lebih baik?

Mungkin kau punya penyerap yang lebih baik, cara yang lebih murah untuk mengikatnya, atau cara yang lebih pintar untuk menggunakan panas. Beberapa anggota dari Local Solar System Foundation mungkin memiliki kontak yang bisa mendengarkan ide energi yang kuat. Untuk disampaikan, sebuah ide memerlukan model yang bekerja dan nyata yang benar-benar menghasilkan tenaga dan panas, diukur dengan alat, bukan diklaim. Ide-ide kertas juga disambut: jika fisika dan angkanya kuat, kami bisa menerbitkannya di sini di situs web. Menarik modal tanpa model yang bekerja sangat sulit, dan kita tidak bisa menjanjikan pendanaan, keuntungan atau pengenalan.

Untuk PVT, pengukuran termurah yang dianggap sebagai model kerja adalah satu kolektor di luar ruangan di sebelah panel biasa yang identik, dengan suhu air masuk dan keluar, laju aliran dan output listrik kedua panel tercatat selama beberapa minggu bersinar. Yang menunjukkan panas yang didapat dan listrik yang didapat atau hilang. Kirimkan melalui formula kontribusi, dan lihat bagaimana PVT dibandingkan dengan ide-ide lain pada idea radar.

Sumber

1. (Inggris) ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w (2020). Konsep dasar teknologi kolektor PVT, bidang aplikasi dan pasar. IEA SHC Task 60, Report D5.
2. (Inggris) Skoplaki, E. and Palyvos, J.A. (2009). Pada ketergantungan suhu dari kinerja listrik modul fotovoltaik: sebuah tinjauan dari efisiensi / korelasi daya. Solar Energy 83(5), 614-624.
3. AEE INTEC dan IEA SHC (2025). Solar Heat Worldwide, edisi 2025, bab 5.4, Sistem fotovoltaik-termal.
4. IEA PVPS (2025). Gambaran Pasar PV Global Tahun 2025.
5. IEA SHC Task 60 (2020). Pernyataan posisi teknologi PVT.
6. (Inggris) Schubert, M. and Zenhäusern, D. (2020). Penilaian kinerja dari contoh sistem PVT. IEA SHC Task 60, Report D2.
7. IEA SHC Task 60 (2020). Systems and solutions PVT yang ada, termasuk New Town Hall Freiburg fact sheet (setelah Réhault et al., 2019).
8. (Inggris) 2017. ISO 9806:2017, Solar energy: solar thermal collectors, test methods.
9. Chow, T.T. (2010). A review on photovoltaic/thermal hybrid solar technology (dalam bahasa Inggris). Applied Energy 87(2), 365-379.
10. (Inggris) Herrando, M., Markides, C.N. and Hellgardt, K. (2014). A UK-based assessment of hybrid PV and solar-thermal systems for domestic heating and power: system performance (dalam bahasa Inggris). Applied Energy 122, 288-309.
11. Lazard (Juni 2026). Levelized Cost of Energy+, versi 19: komunitas dan C&I solar $88 to $197 per MWh.
12. Eurostat (2026). Statistik harga gas alam: Rata-rata rumah tangga UE € 0.1228 per kWh, paruh kedua tahun 2025.
13. Local Solar System Foundation (2026). The Fan Wall: open model, benchmark surya atap.