Solar paa kwamba pia joto

Angalia paneli ya jua juu ya siku ya jua na wengi wa nishati kuanguka juu yake ni kufanya kitu cha manufaa. Seli hugeuza asilimia 15 hadi 20 ya nuru kuwa umeme; asilimia 65 hadi 70 ya joto, ambayo inawasha bodi na kuifanya iwe chini ya ufanisi (IEA SHC Task 60, 2020). Mkusanyaji wa photovoltaic-thermal (PVT) huweka mbadilishaji joto nyuma ya seli, huchukua joto hilo mbali katika maji au hewa, na kuitumia kwa maji moto, inapokanzwa nafasi au pampu ya joto.

muhtasari wa kweli: PVT kazi, ni kuuzwa leo na inaweza kutoa mbili hadi tatu vitengo vya joto kwa kila kitengo cha umeme kutoka paa moja, lakini inatoa tu ambapo kuna matumizi imara kwa ajili ya joto chini-joto, na gharama zake kupima bado ni juu kuliko bodi tofauti na wakusanyaji katika maeneo mengi. Ukurasa huu inaeleza kwa nini, na idadi.

Nini ni

Mkusanyaji PVT ni paneli ya jua na mkusanyaji wa joto la jua katika muundo mmoja. Kuna familia tatu kuu (IEA SHC Kazi 60, 2020):

• Uncovered maji wakusanyaji kuangalia kama bodi ya kawaida na flat exchanger joto bonded nyuma. Wanaendesha baridi, ambayo inafaa seli, na kupoteza joto kwa urahisi kwa upepo. Ni 61% ya uwezo wa PVT joto duniani kote na mara nyingi hutumika kama chanzo cha joto kwa pampu ya joto.
• Kufunikwa (glazed) wakusanyaji kuongeza karatasi ya pili ya kioo na hewa insulation pengo mbele ya seli. Wanafikia 50 hadi 60 °C ambayo maji ya moto ya nyumbani yanahitaji, lakini kioo cha ziada kinaonyesha mwanga kidogo na seli zinaendesha joto zaidi, hivyo hufanya umeme kidogo.
• Air wakusanyaji pumu hewa nyuma ya bodi na kutumia kwa joto au ventilate jengo. Ni asilimia 33 ya uwezo wa PVT uliowekwa.

Kukusanya na kuondoka-mabomba miundo zipo lakini kucheza jukumu ndogo (IEA SHC, joto jua duniani kote 2025).

Jinsi inavyofanya kazi

Bajeti mwanga. Katika siku wazi kuhusu 1,000 W ya mwanga wa jua inafikia kila mita za mraba ya bodi kukabiliana na jua; 800 W ni saa zaidi kawaida mwangaza. Seli ya silicon hubadilisha sehemu ya spektra ambayo inaweza kutumia kuwa umeme. Maji hutoka kwa njia ya mtiririko wa hewa au maji yanapoingia ndani ya seli.

Wara hufanya seli kuwa mbaya zaidi. Ubora wa umeme wa seli ya kristalini ya silicon unashuka karibu kwa usawa na joto lake: η_el = η_ref × (1 − β × (T_cell − 25 °C)), ambapo β ni takriban asilimia 0.4 kwa kila kelvin (maeneo yaliyopimwa ni asilimia 0.2 hadi 0.5). Kwa maneno rahisi: bodi labelled 20% ufanisi katika 25 ° C hutoa kuhusu 18.4% wakati seli zake kukaa katika 45 ° C, ambayo ni kawaida juu ya siku ya jua (Makala ya 2009 kuhusu Palyvos).

Kukusanya joto. Joto mkusanyaji hutoa inafuata equation katika viwango vya kupima EN ISO 9806: η_th = η_0 − a_1 (T_m − T_a) / G − a_2 (T_m − T_a)² / G. Hapa η_0 ni sehemu ya mwangaza wa jua ambayo inakuwa joto muhimu wakati majimaji ni katika joto la hewa (karibu 61% ni kawaida kwa PVT), T_m ni wastani wa joto la majimaji, T_a joto la hewa, G mwangaza wa jua katika W kwa m², na a_1, a_2 kuelezea jinsi haraka joto hutoka mbali. Kwa maneno rahisi: hotter unataka maji, joto chini ya kukusanya, na mkusanyaji wazi, bila kioo cover kuweka upepo mbali, hupoteza joto kwa haraka zaidi kuliko moja iliyofunikwa.

The biashara-off. Maji baridi husaidia mara mbili: seli kukimbia cooler na kufanya kidogo zaidi umeme, na mkusanyaji inakusanya joto zaidi. Maji ya moto inauma mara mbili. Hii ni kwa nini PVT na pampu joto ni washirika asili: pampu joto anataka chanzo katika 5-20 ° C, hasa ambapo uncovered PVT mkusanyaji ni ufanisi zaidi. Wakati majimaji ni baridi kuliko hewa, mkusanyaji wazi hata drawings joto kutoka hewani, siku na usiku, ambayo inaruhusu badala ya nje kitengo cha pampu hewa chanzo joto au kushusha ardhi karibu ardhi chanzo joto pampu visima. Mchambuzi hapo juu inakuwezesha kujaribu hili.

Kiwango. Kwa sababu zaidi ya mwanga inakuwa joto kuliko umeme, “vitengo viwili au zaidi vya nishati ya joto huzalishwa kwa kila kitengo cha nishati ya umeme, kutegemea ufanisi wa seli na muundo wa mfumo” (IEA SHC Kazi 60, 2020).

Mipaka

Nadharia. Sunlight hutoa zaidi ya 1 kW kwa mita ya mraba wakati wa jioni na, wastani wa mwaka, 100-300 W kwa m² kutegemeana na latitudo na hali ya hewa. Hakuna mkusanyaji anaweza kutoa nishati zaidi kuliko kuanguka juu yake (isipokuwa hewa-mwanzo joto mkusanyaji wazi inavuta katika wakati inatembea baridi kuliko hewa, ambayo ni pampu ya joto fizikia, si mwanga wa ziada jua). Umeme unazuiwa na seli: takriban asilimia tano ya mwanga kwa silikoni za kibiashara. Inayo joto ni capped na joto unahitaji: katika 60 ° C mkusanyaji tayari kupoteza sehemu kubwa ya nini inakusanya.

Maelezo ya jumla

• Inafa ya lazima kuwa na matumizi karibu. joto la chini-joto haiwezi kuuzwa katika gridi kama umeme. Katika majira ya joto, wakati wa msimu wa mvua, maji hutiririka kutoka kwenye visima vya maji baridi hadi katika visima vya maji moto (kwa kawaida maji ya moto) na kusababisha uharibifu mkubwa wa mazingira. Kupima upande joto kwa mahitaji halisi mambo zaidi kuliko kila mkusanyaji habari.
• Mahali pa joto mipaka. Wengi bodi ni vyeti kwa ajili ya joto seli hadi kuhusu 85 ° C. Mkusanyaji iliyofunikwa kushoto stagnating katika majira ya joto inaweza kuelekea kwamba, ambayo umri encapsulant na solder viungo.
• Masoko mawili juu ya paa moja. PVT inahitaji umeme na plumber, seti mbili za viwango (IEC 61215 na 61730 kwa upande wa umeme, EN ISO 9806 kwa upande joto) na, mpaka hivi karibuni, hakuna mtihani mmoja kiwango cha yake mwenyewe. Wataalamu wa IEA orodha ya gharama, kupima na ujuzi installer, si fizikia, kama vikwazo (IEA SHC Kazi 60 nafasi karatasi).
• Mashindani kutoka bodi ya bei nafuu. Bodi ya kawaida ikawa hivyo bei nafuu kwamba paa inaweza mara nyingi kuwa na bodi tofauti PV na ndogo jua joto mkusanyaji, au bodi PV pamoja na hewa chanzo pampu joto, kwa fedha kidogo kuliko mfumo PVT.

miradi halisi, kupima

Mradi	Nini ni	Nini ilikuwa kipimo au taarifa	chanzo
26 mifumo mfano katika IEA SHC Kazi 60 (Ulaya na zaidi, 2020)	Maji ya moto ya ndani, pampu joto na mifumo ya viwandani, kufuatiliwa kwa takriban mwaka	Inayofunikwa PVT kwa maji ya moto: hadi takriban 700 kWh ya joto kwa m² mwaka; wazi: kuhusu 400. Umeme utendaji uwiano 0.66 kwa kufungwa na 0.75 kwa wakusanyaji wazi (PV kawaida: 0.7-0.85). mifumo pampu joto kutumia wazi PVT kama chanzo chao tu alifikia sababu ya utendaji wa msimu wa karibu 3 katika Uswisi	Schubert na Zenhäusern, 2020
Mji mpya, Freiburg, Ujerumani (2017)	PVT wakusanyaji kwa ajili ya maji moto juu ya net-plus-enerji ofisi jengo	Inaundwa kutoa 22 MWh ya joto mwaka dhidi ya mahitaji ya maji moto ya 145 MWh. mahitaji kupima ilikuwa tu 24 MWh kwa mwaka, hivyo shamba mkusanyaji alikuwa mkubwa sana, mbio zaidi na alitoa joto chini kwa kila m². Solar sehemu 29.6%; umeme pato kama ilivyotarajiwa	IEA SHC Kazi 60, Mifumo ya PVT iliyopo
Carrosserie Pfister, Herisau, Uswisi	Kugunduliwa PVT juu ya jengo la viwanda	106 kWp umeme na uwezo wa joto 324 kW (kuhesabiwa, si kipimo cha pato)	IEA SHC, joto jua duniani kote 2025
Mpya michezo uwanja, Austria	1,130 m² ya PVT na probes ardhi 80 na pampu joto 540 kW	Inaundwa ili kukidhi mahitaji ya joto ya 1.4 GWh mwaka bila mafuta ya makaa (mchoro kubuni)	IEA SHC, joto jua duniani kote 2025
soko la dunia, 2024	46 wazalishaji kuripoti	37.5 MW joto na 18.6 MW umeme imewekwa mwaka 2024; Ufaransa (m² 629,136), Ujerumani na Uholanzi kuongoza	IEA SHC, joto jua duniani kote 2025

kesi Freiburg ni somo muhimu zaidi juu ya ukurasa huu: wakusanyaji kazi, utabiri wa kiasi gani maji moto jengo ingetumia hakufanya. Kuchapishwa, data ya kujitegemea kupima kwa mifumo PVT bado ni nadra; takwimu nyingi zinatoka katika miradi ya majaribio.

Ni nini gharama

Chaguo	Gharama kwa kWh	Mwaka na chanzo
PVT, mifumo vizuri-kikubwa katika kazi 60 sampuli	umeme kuhusu € 0.20; joto chini ya € 0.10	2020, Schubert na Zenhäusern
PVT, wastani wa kazi 60 sampuli	umeme € 0.10 kwa € 0.15; joto € 0.25 (kufunikwa) na € 0.45 (uncovered)	2020, chanzo sawa (inategemea jinsi gharama ni kugawanywa kati ya joto na nguvu)
PVT, modeled	umeme € 0.20; joto € 0.22	Lämmle (2019), alinukuliwa katika ripoti hiyo
Benchmark: paa jua paneli juu ya jengo hilo	katika $ 0.19 kati	yetu Fan Wall mfano
Biashara na jamii rooftop jua, Marekani	$0.09 to $0.20	June 2026, Lazard LCOE+ version 19
jua joto maji ya moto, Ulaya	€ 0.03 (kusini) kwa € 0.19 (katikati na kaskazini) kwa kWh ya joto	2015, ESTIF, alinukuliwa na Schubert na Zenhäusern
joto kutoka boiler gesi, EU kaya	kuhusu € 0.14 kwa kWh ya joto (ya mafuta tu: gesi katika € 0.1228 kwa kWh, 90% ufanisi boiler)	nusu ya pili ya 2025, Eurostat

Nini meza inasema: mifumo bora PVT tayari kufanya joto kwa gharama ya mafuta chini ya boiler ya gesi katika Ulaya na umeme katika kuhusu bei ya bodi paa, lakini mfumo wa wastani pilot haifanyi. kusambaa ni kubwa kwa sababu thamani ya joto inategemea kabisa juu ya kama ni kutumika. Wataalamu wa IEA wameweka lengo la kukata PVT gharama mkusanyaji kwa sababu ya 1.5 hadi 2 kupitia kiasi na teknolojia (Task 60 nafasi karatasi).

Ambapo inaweza kushinda, na ambapo haiwezi

Inaweza kushinda:

• Miundo na mahitaji ya joto mwaka mzima na paa ndogo: nyumba blocks, hoteli, hospitali, mabwawa ya kuogelea, laundries, vyumba vya michezo. Kila mita ya mraba hufanya kazi mbili.
• Kama chanzo joto kwa pampu ya joto. Uncovered PVT inaweza kuchukua nafasi ya kitengo nje noisy au kushusha uwanja visima hivyo si baridi chini katika miaka, ambayo ni ambapo ukuaji wa hivi karibuni imekuja kutoka.
• Warm, maeneo ya jua na mahitaji ya maji moto, ambapo wakusanyaji kuzunguka wanaweza kukidhi wengi wa hayo; Kazi 60 mfumo alifikia 70% ya hisa jua.
• Low-joto joto viwanda (kuoga, kukausha, preheating), ambapo kuna matumizi kila siku ya mwaka.

Inawezekana kushinda:

• Pamoja na joto haina mtumiaji. likizo nyumbani, ofisi na maji kidogo moto, au nyumba tayari inapokanzwa na pampu ya joto na kitengo chake mwenyewe nje inaweza kuwa bora kutumikia na bodi ya kawaida.
• Katika joto la juu. mvuke na mchakato joto juu ya kuhusu 80 ° C ni zaidi ya nini seli PV wanaweza kuvumilia; kukusanya jua joto au joto uhifadhi inafaa bora.
• On bei peke yake dhidi ya bodi ya bei nafuu, mpaka ufungaji inakuwa kama kawaida kama PV kawaida.

Nini ni kuthibitishwa, plausible na speculative

Proven: adhabu joto la seli silicon; mkusanyaji fizikia ya EN ISO 9806; kwamba wakusanyaji PVT kutoa wote umeme na joto katika majengo halisi, na mavuno kupima takriban 400-700 kWh ya joto kwa m² mwaka mmoja; kwamba uncovered PVT inaweza kutumika kama chanzo pekee kwa ajili ya pampu ya joto na sababu ya utendaji wa msimu karibu 3 katika Uswisi; kwamba oversizing upande joto hupunguza mazao.

Plausible: kwamba uzalishaji wa kiasi na kits kiwango inaweza kupunguza gharama kwa sababu ya 1.5 hadi 2; kwamba PVT plus pampu joto unaweza decarbonise vipande mji mnene ambapo hakuna nafasi kwa ajili ya vifaa nje au visima; kwamba bora kuwasiliana joto kati ya seli na absorber inatoa mazao yote mawili.

Speculative: PVT-kuendesha usiku wakati radiative baridi katika kiwango cha manufaa (inavyoonekana katika utafiti, mara chache katika majengo); muda mrefu kudumu ya seli-kwa-absorber bond zaidi ya miaka 25 ya joto cycling; jengo-jumuishi PVT facades kwa bei ya ushindani.

Kufungua maswali ya utafiti

• Jinsi gani seli-kwa-absorber bonds na encapsulants umri chini ya kila siku joto mzunguko na majira ya baridi stasis? Takwimu za miaka ishirini na mitano bado hazijapatikana.
• Ni nini haki kugawanywa kati ya PVT, kawaida PV na urefu visima katika mfumo wa pampu joto, na jinsi gani ni PVT ufufuaji kweli kupanua maisha visima?
• Je, moja pamoja mtihani kiwango na vyeti kukata gharama na muda wa kuleta bidhaa PVT sokoni?
• Jinsi gani installers ukubwa upande joto wakati halisi mahitaji ya maji moto ni hivyo usiofaa, kama Freiburg ilionyesha?
• Je, gharama nafuu polymer joto exchangers mechi ya wale chuma kwa ajili ya uhamisho wa joto na maisha?

Nini prototype kazi inahitaji

Kwa muumbaji na kubuni mpya PVT, ushahidi kwamba idadi ni mkusanyaji kupima katika jua, na sensorer calibrated, kwa muda mrefu wa kutosha kuona siku zote mbili nzuri na mbaya.

Awamu	Kazi	Nini inathibitisha	Gharama ya kawaida	Muda
0. utafiti dawati	Inapokanzwa-kuhamisha mfano wa kubuni, kulinganisha na data iliyochapishwa mkusanyaji, gharama makadirio	wazo beats PVT zilizopo juu ya karatasi	$5k to $15k	1 hadi miezi 2
1. Benchi na nje ya mtihani wa mkusanyaji mmoja	Kipimo cha pato la umeme (I-V curves) na ufanisi wa joto katika joto la majimaji kadhaa, kufuatia EN ISO 9806 na IEC 60891 mbinu, katika maabara inayotambuliwa au setup ya chuo kikuu makini	Halisi η_0, a_1, na adhabu joto umeme	$15k to $40k	3 hadi miezi 4
2. Mdogo mfumo wa majaribio	10 hadi 20 m² kulisha tank ya maji ya moto halisi au pampu joto, na mita joto, mita umeme na kituo cha hali ya hewa, mwaka mmoja	mavuno ya msimu, tabia stagnation, uaminifu	$40k to $100k	miezi 12
3. Uthibitisho	IEC 61215 na 61730 (umeme usalama na udumu), Solar Keymark (joto), kupitishwa kwa jengo	bidhaa ambayo inaweza kuuzwa na bima	$60k to $150k	9 hadi miezi 12

Awamu 0 hadi 2 gharama takriban $60,000 to $155,000. Hizi ni makadirio yetu kutoka kawaida maabara na gharama ya ufuatiliaji, si quotes.

Ambao tunahitaji

• Solar joto mhandisi na EN ISO 9806 mtihani uzoefu.
• PV moduli mhandisi ambaye anaelewa encapsulants, joto mzunguko na IEC 61215.
• Ujenzi wa huduma (HVAC) mhandisi kwa ukubwa upande joto na kuunganisha pampu joto na kuhifadhi.
• Ufuatiliaji mtaalamu kubuni joto calibrated na umeme kupima.
• Utengenezaji mwenzi uwezo wa laminate na bond exchangers joto katika kiasi.
• Installers na plumbers tayari kwa uchunguzi ufungaji pamoja na ripoti ya wakati wa kazi halisi.

Kuwa na wazo bora?

Labda una absorber bora, njia ya bei nafuu kwa bond hiyo, au njia smarter kutumia joto. Baadhi ya wanachama wa Local Solar System Foundation wanaweza kuwa na mawasiliano ambayo inaweza kusikia mstari kwa ajili ya wazo nguvu nishati. Ili kutolewa, wazo linahitaji kazi, mfano halisi wa maisha ambayo kweli huzalisha nguvu na joto, iliyopimwa kwenye chombo, siyo kudai. Mawazo ya karatasi ni kuwakaribisha pia: kama fizikia na idadi ni imara, tunaweza kuchapisha yao hapa kwenye tovuti. Kuongeza mtaji bila mfano wa kazi ni vigumu sana, na hatuwezi ahadi fedha, kurudi au maelezo.

Kwa PVT, kipimo cha bei nafuu ambacho kinahesabu kama mfano wa kazi ni mkusanyaji mmoja nje karibu na jopo sawa la kawaida, na joto la maji ya kuingia na kutoka, kiwango cha mtiririko na pato la umeme la pande zote mbili lililorekodiwa kwa wiki chache za jua. Hiyo inaonyesha joto lililopatikana na umeme uliofanywa au uliopotea. Kutuma kupitia changia fomu, na kuona jinsi PVT kulinganishwa na mawazo mengine juu ya mawazo radar.

Chanzo

1. Mfano ni mdomo wa M na A. (2020). Msingi dhana ya teknolojia PVT mkusanyaji, maeneo maombi na soko. IEA SHC Task 60, Report D5.
2. Mfano: .a, .b, .c, n.k. (2009). On joto utegemezi wa photovoltaic moduli ya umeme utendaji: tathmini ya ufanisi / nguvu correlations. Solar Energy 83(5), 614-624.
3. AEE INTEC and IEA SHC (2025). Solar joto Duniani, 2025 toleo, sura 5.4, Photovoltaic-thermal mifumo.
4. Wikimedia Commons ina media kuhusu: 2025 Snapshot ya Global PV masoko 2025.
5. IEA SHC Task 60 (2020). Pvt teknolojia nafasi ya karatasi.
6. Mfano: m, m, m, m. (2020). Tathmini ya utendaji wa mifumo mfano PVT. IEA SHC Task 60, Report D2.
7. IEA SHC Task 60 (2020). Mifumo ya PVT iliyopo na ufumbuzi, ikiwa ni pamoja na karatasi mpya ya ukweli wa Town Hall Freiburg (baada ya Réhault et al., 2019).
8. Mji mkuu ni (2017). ISO 9806:2017, Nishati ya jua: wakusanyaji jotoardhi jua, mbinu za mtihani.
9. Kwa mfano, T.T. (2010). Uchambuzi wa teknolojia ya photovoltaic / joto hybrid jua. Applied Energy 87(2), 365-379.
10. Mfano ni: m, n, k, nk. (2014). Uingereza-kutokana tathmini ya hybrid PV na jua-thermal mifumo ya inapokanzwa nyumbani na nguvu: utendaji wa mfumo. Applied Energy 122, 288-309.
11. Lazard (June 2026). Levelized Gharama ya Nishati+, toleo 19: jamii na C & I jua $88 to $197 kwa MWh.
12. Eurostat (2026). Tathmini ya bei ya gesi asilia: EU wastani wa kaya € 0.1228 kwa kWh, nusu ya pili ya mwaka 2025.
13. Local Solar System Foundation (2020, mfano wa kufanyiwa marekebisho 2026). The Fan Wall: wazi mfano, juu ya paa jua kipimo.