Solárne strechy, ktoré tiež vykurujú

Pozrite sa na solárny panel v slnečný deň a väčšina energie, ktorá naň padá, nerobí nič užitočné. Články premieňajú 15 až 20% svetla na elektrickú energiu; 65 až 70% sa mení na teplo, ktoré ohrieva panel a robí ho menej účinným (IEA SHC Task 60, 2020). Fotovoltaický kolektor umiestňuje výmenník tepla za články, odvádza teplo vo vode alebo vzduchu a využíva ho na prípravu teplej pitnej vody, vykurovanie priestoru alebo tepelné čerpadlo.

Úprimné zhrnutie: PVT funguje, predáva sa dnes a môže dodať dve až tri jednotky tepla na každú jednotku elektriny z tej istej strechy, ale vypláca sa len tam, kde je stabilné využitie nízkoteplotného tepla, a jeho namerané náklady sú stále vyššie ako samostatné panely a kolektory vo väčšine miest. Táto stránka vysvetľuje prečo, s číslami.

Čo to je

PVT kolektor je solárny panel a solárny tepelný kolektor v jednom ráme. Existujú tri hlavné skupiny (IEA SHC Task 60, 2020):

• Odkryté zberače vody vyzerajú ako obyčajné panely s plochým výmenníkom tepla lepeným na zadnej strane. Bežia v chlade, čo vyhovuje bunkám a ľahko strácajú teplo na vietor. Predstavujú 61% inštalovaného tepelného výkonu PVT na celom svete a najčastejšie sa používajú ako zdroj tepla pre tepelné čerpadlá.
• Zakryté (zasklené) kolektory pridávajú druhú sklenenú dosku a izolačnú vzduchovú medzeru pred bunkami. Dosiahnu teplotu 50 až 60 °C, ktorú potrebuje teplá voda v domácnosti, ale dodatočné sklo odráža určité množstvo svetla a články sa zahrievajú, takže produkujú menej elektriny.
• Vzduchovody fúkajú vzduch za panely a využívajú ho na vykurovanie alebo vetranie budovy. Predstavujú 33 % inštalovanej kapacity PVT.

Koncentrované a evakuované rúrkové konštrukcie existujú, ale hrajú menšiu úlohu (IEA SHC, Solar Heat Worldwide 2025).


Ako to funguje

Ľahký rozpočet. Za jasného dňa dosiahne každý meter štvorcový panelu obrátený k slnku približne 1000 W slnečného svetla; 800 W je typickejšia hodina svetla. Kremíkový článok premieňa časť spektra, ktoré môže použiť na elektrickú energiu. Zvyšok sa odráža, prechádza alebo sa stáva teplom v bunke.

Teplo robí bunky horšie. Elektrická účinnosť kryštalického kremíka klesá takmer lineárne s jeho teplotou: η_el = η_ref × (1 − β × (T_cell − 25 °C)), kde β Je to asi 0,4% na kelvin (meraný rozsah je 0,2 až 0,5%). Jednoducho povedané: panel označený ako 20% účinný pri teplote 25 °C poskytuje približne 18,4%, keď sú jeho články umiestnené pri teplote 45 °C, čo je normálne za slnečného dňa (Skoplaki and Palyvos, 2009).

Zber tepla. Teplo, ktoré kolektor dodáva, sa riadi rovnicou v testovacej norme EN ISO 9806: η_th = η_0 − a_1 (T_m − T_a) / G − a_2 (T_m − T_a)² / G. Tu η_0 je podiel slnečného žiarenia, ktoré sa stáva užitočným teplom, keď je tekutina na teplote vzduchu (asi 61% je typické pre PVT), T_m je priemerná teplota kvapaliny, T_a teplota vzduchu, G slnečné svetlo vo W na m² a a_1, a_2 opisujú ako rýchlo uniká teplo. Jednoducho povedané: čím teplejšiu vodu chcete, tým menej tepla zhromažďujete a odkrytý kolektor bez skleneného krytu, ktorý by udržal vietor mimo, stráca teplo oveľa rýchlejšie ako zakrytý.


Kompromis. Studená voda pomáha dvakrát: bunky bežia chladnejšie a robia trochu viac elektriny a kolektor zhromažďuje viac tepla. Horúca voda bolí dvakrát. Preto sú PVT a tepelné čerpadlá prirodzenými partnermi: Tepelné čerpadlo potrebuje zdroj pri teplote 5 až 20 °C, presne tam, kde je nekrytý kolektor PVT najúčinnejší. Keď je tekutina chladnejšia ako vzduch, odkrytý kolektor dokonca čerpá teplo zo vzduchu vo dne aj v noci, čo mu umožňuje nahradiť vonkajšiu jednotku vzduchového tepelného čerpadla alebo dobíjať zem okolo vrtov zemného tepelného čerpadla. Vysvetlenie vyššie vám umožní to vyskúšať.

Pomer. Pretože viac svetla sa stáva teplom ako elektrickou energiou, “na každú jednotku elektrickej energie sa generujú dve alebo viac jednotiek tepelnej energie v závislosti od účinnosti článku a dizajnu systému” (IEA SHC Task 60, 2020).

Limity

Teoreticky. Slnečné svetlo poskytuje maximálne okolo 1 kW na meter štvorcový v poludnie a v priemere za rok, 100 až 300 W na m² v závislosti od zemepisnej šírky a počasia. Žiadny kolektor nemôže dodať viac energie, ako naň dopadne (okrem tepla zo vzduchu, ktoré nezakrytý kolektor nasáva, keď je chladnejší ako vzduch, čo je fyzika tepelného čerpadla, nie extra slnečné svetlo). Elektrina je obmedzená bunkou: asi pätina svetla pre komerčný kremík. Teplo je obmedzené na teplotu, ktorú potrebujete: pri 60 °C kolektor už stráca veľkú časť toho, čo zhromažďuje.

Praktické.

• Teplo musí mať využitie v blízkosti. Nízkoteplotné teplo sa nedá predávať do siete ako elektrina. Na slnečné popoludnie v júli, dom s plnou nádržou na teplú vodu nemá kam dať viac tepla, takže kolektor prestane zbierať (“stagnácia”) a zahrieva sa ako obyčajný panel. Dimenzovanie tepelnej strany na reálny dopyt je dôležitejšie ako akýkoľvek detail kolektora.
• Teplotné limity. Väčšina panelov je certifikovaná pre teplotu článku do približne 85 °C. Zakrytý kolektor ponechaný v lete stagnovať sa môže priblížiť k tomu, čo starne zapuzdrením a spájkovaním.
• Dve remeslá pod jednou strechou. PVT potrebuje elektrikára a inštalatéra, dva súbory noriem (IEC 61215 a 61730 pre elektrickú stránku, EN ISO 9806 pre tepelnú stránku) a až donedávna žiadnu vlastnú skúšobnú normu. Experti IEA uvádzajú ako prekážky náklady, testovanie a zručnosti inštalatérov, nie fyziku (IEA SHC Task 60 position paper).
• Konkurencia lacných panelov. Bežné panely sa stali tak lacnými, že na strechu možno často umiestniť samostatné fotovoltaické panely a malý solárny kolektor alebo fotovoltaické panely plus vzduchové tepelné čerpadlo za menej peňazí ako systém PVT.


Reálne projekty, namerané

Projekt	Čo to je	Čo bolo merané alebo hlásené	Zdroj
26 príkladných systémov v rámci úlohy IEA SHC Task 60 (Európa a ďalšie krajiny, 2020)	Teplá voda, tepelné čerpadlo a priemyselné systémy, monitorované približne jeden rok	Krytý PVT pre teplú vodu: až do cca 700 kWh tepla na m² ročne; odkrytý: cca 400. elektrický výkonový koeficient 0,66 pre kryté a 0,75 pre odkryté kolektory (bežný fotovoltický kolektor: 0,7 až 0,85). systémy tepelných čerpadiel s odkrytým PVT ako ich jediným zdrojom dosiahli vo Švajčiarsku sezónny účinkový faktor približne 3	Schubert a Zenhäusern, 2020
Nová radnica, Freiburg, Nemecko (2017)	PVT kolektory na prípravu teplej pitnej vody v kancelárskej budove s čistou plusovou energiou	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	Úloha 60 IEA SHC, Existujúce systémy PVT
Carrosserie Pfister, Herisau, Švajčiarsko	Odkrytý PVT na priemyselnej budove	106 kWp elektrický a 324 kW tepelný výkon (menovitý, nie meraný)	IEA SHC, Solárne teplo na celom svete 2025
Nová športová aréna, Rakúsko	1,130 m² of PVT with 80 ground probes and a 540 kW heat pump	Navrhnuté na pokrytie ročnej spotreby tepla 1,4 GWh bez fosílneho paliva (návrhový obrázok)	IEA SHC, Solárne teplo na celom svete 2025
Svetový trh, 2024	46 výrobcov podáva správy	37.5 MW thermal and 18.6 MW electrical installed in 2024; France (629,136 m²), Germany and the Netherlands lead	IEA SHC, Solárne teplo na celom svete 2025

Prípad Freiburg je najužitočnejšou lekciou na tejto stránke: kolektory fungovali, predpoveď toho, koľko teplej vody bude budova spotrebovať, nefungovala. Publikované, nezávisle namerané údaje pre systémy PVT sú stále vzácne; väčšina údajov pochádza z pilotných projektov.


Koľko to stojí

Možnosť	Náklady na kWh	Rok a zdroj
PVT, dobre dimenzované systémy v úlohe 60	Elektrina okolo 0,20 €; teplo pod 0,10 €	2020, Schubert a Zenhäusern
PVT, priemer vzorky úlohy 60	elektrina 0,10 až 0,15 EUR; teplo 0,25 EUR (kryté) až 0,45 EUR (nekryté)	2020, rovnaký zdroj (závisí od rozdelenia nákladov na teplo a elektrinu)
PVT, modeled	Elektrina 0,20 €; teplo 0,22 €	Lämmle (2019), citovaný v tej istej správe
Benchmark: strešné solárne panely na tej istej budove	asi 0,19 USD centrálne	Naše Fan Wall model
Komerčné a komunitné strešné solárne systémy, Spojené štáty	$0.09 to $0.20	Jún 2026, Lazard LCOE+ verzia 19
Solárne teplovodné ohrievače vody, Európa	0,03 EUR (juh) až 0,19 EUR (stred a sever) za kWh tepla	2015, ESTIF, citované Schubertom a Zenhäusernom
Teplo z plynového kotla, domácnosti EÚ	cca 0,14 € za kWh tepla (len palivo: plyn 0,1228 € za kWh, kotol s účinnosťou 90%)	druhá polovica roku 2025, Eurostat

Čo hovorí tabuľka: najlepšie PVT systémy už vyrábajú teplo za menej ako náklady na palivo plynového kotla v Európe a elektrinu za cenu strešných panelov, ale priemerný pilotný systém nie. Rozdiel je obrovský, pretože hodnota tepla závisí výlučne od toho, či sa používa. Odborníci IEA si stanovili cieľ znížiť náklady na kolektor PVT o faktor 1,5 až 2 prostredníctvom objemu a technológie (Úloha 60 pozície).

Kde môže vyhrať a kde nemôže

Môže vyhrať:

• Budovy s celoročnou potrebou tepla a malou strechou: bytové domy, hotely, nemocnice, bazény, práčovne, športové haly. Každý meter štvorcový vykonáva dve úlohy.
• Ako zdroj tepla pre tepelné čerpadlo. Nekrytý PVT môže nahradiť hlučnú vonkajšiu jednotku alebo nabiť vrtné pole, aby sa v priebehu rokov neochladzovalo, odkiaľ pochádza najnovší rast.
• Teplé, slnečné miesta s dopytom po teplej vode, kde kryté kolektory môžu splniť väčšinu z nich; systém Task 60 dosiahol 70% podiel slnečnej energie.
• Nízkoteplotné priemyselné teplo (pranie, sušenie, predhrievanie), kde je využitie každý deň v roku.

Nemôže vyhrať:

• Tam, kde teplo nemá používateľa. Do rekreačného domu, kancelárie s malým množstvom teplej vody alebo do domu, ktorý už je vykurovaný tepelným čerpadlom s vlastnou vonkajšou jednotkou, môžu lepšie poslúžiť bežné panely.
• Pri vysokých teplotách. Pary a procesné teplo nad cca 80 °C sú mimo to, čo fotovoltaické články dokážu znášať; koncentrácia solárneho tepla alebo Tepelné úložisko To sadne lepšie.
• Samotne na cene proti lacným panelom, kým sa inštalácia nestane rutinnou ako obyčajná FV.

Čo je dokázané, vierohodné a špekulatívne

Dokázané: teplotný trest kremíkových článkov; fyzika kolektorov podľa EN ISO 9806; že PVT kolektory dodávajú elektrinu aj teplo v reálnych budovách, s nameranými výnosmi približne 400 až 700 kWh tepla na m² ročne; že odkryté PVT môže slúžiť ako jediný zdroj pre tepelné čerpadlo so sezónnym výkonnostným faktorom blízkym 3 vo Švajčiarsku; že predĺženie tepelnej strany znižuje výnos.

Plausibilné: že sériová výroba a štandardné súpravy by mohli znížiť náklady o faktor 1,5 až 2; že tepelné čerpadlá PVT plus môžu dekarbonizovať husté mestské bloky, kde nie je priestor pre vonkajšie jednotky alebo vrty; že lepší tepelný kontakt medzi článkami a absorbérom zvyšuje oba výnosy.

Špekulatívne: Nočné sálavé chladenie na báze PVT v užitočnom rozsahu (preukázané vo výskume, zriedkavo v budovách); dlhodobá životnosť väzby medzi článkom a absorbérom počas 25 rokov tepelného cyklu; fasády z PVT integrované do budovy za konkurenčnú cenu.

Otvorené výskumné otázky

• Ako starnú väzby medzi bunkami a absorbérom a zapuzdrovacie látky pri každodennom tepelnom cyklovaní a letnej stagnácii? Twenty-five-year field data does not yet exist.
• Aký je správny pomer medzi PVT, bežnou PV a dĺžkou vrtu v systéme tepelného čerpadla a o koľko regenerácia PVT skutočne predlžuje životnosť vrtu?
• Môže jeden kombinovaný testovací štandard a certifikácia znížiť náklady a čas potrebný na uvedenie produktu PVT na trh?
• Ako by mali inštalatéri dimenzovať vykurovaciu stranu, keď je skutočná spotreba teplej vody taká neistá, ako ukázal Freiburg?
• Môžu sa nízkonákladové polymérne výmenníky tepla zhodovať s kovovými výmenníkmi tepla z hľadiska prenosu tepla a životnosti?

Čo by potreboval pracovný prototyp

Pre vynálezcu s novým PVT dizajnom, dôkaz, ktorý sa počíta je kolektor meraný na slnku, s kalibrovanými senzormi, dostatočne dlho, aby videl dobré aj zlé dni.

Fáza	Práca	Čo to dokazuje	Približné náklady	Čas
0. pracovná štúdia	Model prenosu tepla konštrukcie, porovnanie s publikovanými údajmi o kolektore, odhad nákladov	Myšlienka porazí existujúce PVT na papieri	$5k to $15k	1 až 2 mesiace
1. Skúška na lavičke a vonkajšia skúška jedného kolektora	Nameraný elektrický výkon (krivky I-V) a tepelná účinnosť pri rôznych teplotách médií podľa metód EN ISO 9806 a IEC 60891 v akreditovanom laboratóriu alebo starostlivo nastavenom univerzitnom prostredí	Skutočné η_0, a_1 a elektrický teplotný trest	$15k to $40k	3 až 4 mesiace
2. Malý systém pilot	10 až 20 m² napájanie skutočného zásobníka teplej pitnej vody alebo tepelného čerpadla, s meračmi tepla, elektriny a meteorologickou stanicou, jeden rok	Sezónne výnosy, stagnácia správania, spoľahlivosť	$40k to $100k	12 mesiacov
3. Certifikácia	IEC 61215 a 61730 (elektrická bezpečnosť a životnosť), Solar Keymark (tepelná ochrana), schválenia budov	Produkt, ktorý sa dá predať a poistiť	$60k to $150k	9 až 12 mesiacov


Fázy 0 až 2 stáli približne $60,000 to $155,000. Toto sú naše odhady z typických nákladov na laboratórium a monitorovanie, nie cenové ponuky.

Koho potrebujeme

• Solárny tepelný inžinier so skúsenosťami s testovaním podľa EN ISO 9806.
• Inžinier PV modulov Kto rozumie encapsulants, tepelné cyklovanie a IEC 61215.
• Inžinier pre technické vybavenie budov (HVAC) Na dimenzovanie tepelnej strany a integráciu tepelných čerpadiel a akumulátorov.
• Monitorovací špecialista na návrh kalibrovaných meračov tepla a elektriny.
• Výrobný partner schopný laminovať a lepiť výmenníky tepla v objeme.
• Inštalatéri a inštalatérky ochotní vyskúšať kombinovanú inštaláciu a nahlásiť skutočný pracovný čas.

Máte lepší nápad?

Možno máte lepší absorbér, lacnejší spôsob ako ho spojiť alebo inteligentnejší spôsob ako využiť teplo. Niektorí členovia nadácie Local Solar System môžu mať kontakty, ktoré by mohli počuť nápad na silnú energetickú myšlienku. Aby sa myšlienka mohla prezentovať, potrebuje pracovný model zo skutočného života, ktorý skutočne produkuje energiu a teplo, merané na prístroji, nie vyhlasované. Vítame aj nápady na papieri: ak sú fyzika a čísla pevné, môžeme ich zverejniť tu na webovej stránke. Získať kapitál bez fungujúceho modelu je veľmi ťažké a nemôžeme sľúbiť financovanie, návratnosť alebo uvedenie.

Pre PVT, najlacnejšie meranie, ktoré sa považuje za pracovný model je jeden kolektor vonku vedľa identického bežného panelu, s teplotou vstupnej a výstupnej vody, prietokom a elektrickým výkonom oboch panelov zaznamenaným počas niekoľkých slnečných týždňov. To ukazuje získané teplo a získanú alebo stratenú elektrickú energiu. Pošlite ho cez formulár na prispievanie a pozrite sa, ako sa PVT porovná s inými nápadmi na radare nápadov.

Zdroje

1. Ďurkovský, M. et al. (2020). Základné pojmy technológií PVT kolektorov, oblasti použitia a trh. IEA SHC Task 60, Report D5.
2. Skoplaki, E. a Palyvos, J.A. (2009). O teplotnej závislosti elektrického výkonu fotovoltických modulov: prehľad korelácií účinnosti/výkonu. Solar Energy 83(5), 614-624.
3. AEE INTEC a IEA SHC (2025). Solárne teplo na celom svete, vydanie 2025, kapitola 5.4, Fotovoltaické-tepelné systémy.
4. IEA PVPS (2025). Snímka globálnych fotovoltických trhov 2025.
5. Úloha IEA SHC 60 (2020). Pozičný dokument k technológii PVT.
6. Schubert, M. a Zenhäusern, D. (2020). Posúdenie výkonnosti príkladných PVT systémov. IEA SHC Task 60, Report D2.
7. Úloha IEA SHC 60 (2020). Existujúce systémy a riešenia PVT, vrátane informačného listu o novej radnici vo Freiburgu (podľa Réhault et al., 2019).
8. 2017 (po anglicky). ISO 9806:2017, Solárna energia: solárne tepelné kolektory, skúšobné metódy.
9. Chow, T.T. (2010). Prehľad o fotovoltaicko-termálnej hybridnej solárnej technológii. Applied Energy 87(2), 365-379.
10. Herrando, M., Markides, C.N. a Hellgardt, K. (2014). Posúdenie hybridných fotovoltických a solárnych tepelných systémov pre vykurovanie a elektrickú energiu v domácnostiach: výkonnosť systému. Aplikovaná energia 122, 288-309.
11. Lazard (jún 2026). Levelized Cost of Energy+, verzia 19: komunitné a C&I solárne $88 to $197 za MWh.
12. Eurostat (2026). Štatistika cien zemného plynu: Priemerná cena za kWh v domácnostiach EÚ 0,1228 EUR, druhá polovica roku 2025.
13. Local Solar System Foundation (2020, model aktualizovaný 2026). The Fan Wall: otvorený model, strešný solárny benchmark.