Ayrıca ısıtıcı olan güneş çatılar
Bir güneş paneli güneş ışığının beşte birini elektrik haline çevirir ve geri kalanının çoğunu da atık ısıya dönüştürür. bir fotovoltaik termal kollektör bu ısıyı tutar. fizik basit; bunu paraya çevirmek kolay değildir.
Andreas Siegemund (CC BY-SA 4.0)
Güneşli bir günde bir güneş paneline bakın ve ona düşen enerjinin çoğu yararlı hiçbir şey yapmaz. Hücreler ışığın %15 ila %20’sini elektrik haline çevirir; bunun %65 ila %70’i paneli ısıtan ve daha az verimli kılan ısıya dönüşür (IEA SHC Task 60, 2020). Fotovoltaik-termal (PVT) bir kolektor hücrelerin arkasına bir ısı değişimi yapar, bu ısıyı su veya havada taşır ve sıcak su, alan ısıtması veya bir ısı pompası için kullanır.
Dürüst bir özet: PVT çalışıyor, bugün satılıyor ve aynı çatıdan her elektrik birimi için iki ila üç ısı birimi sağlayabilir, ancak sadece düşük sıcaklıkta ısınma için sabit bir kullanım olduğunda parasını öder ve çoğu yerde ayrı paneller ve kolektorlardan daha yüksek ölçülen maliyetleri vardır. Bu sayfa nedenini rakamlar ile açıklıyor.
Nedir bu?
Bir PVT toplama bir güneş paneli ve bir güneş termal toplama tek bir çerçeve içindedir. Üç ana aile vardır (IEA SHC Task 60, 2020):
- Kapatılmamış su toptanları arkasına yapıştırılmış düz bir ısı değişimi ile sıradan panellere benziyor. Soğuk çalışırlar, bu da hücrelere uygundur ve rüzgara karşı ısıyı kolayca kaybederler. Dünya çapında kurulu PVT termal kapasitesinin %61’ini oluştururlar ve en sık bir ısı pompası için ısı kaynağı olarak kullanılırlar.
- Kaplanmış (camlı) toplama cihazları ikinci bir cam kağıdı ve hücrelerin önünde yalıtım hava boşluğu eklenir. Ev sıcak su ihtiyacı olan 50 ila 60 ° C’ye ulaşır, ancak ekstra cam bazı ışığı yansıtır ve hücreler daha sıcak çalışır, bu yüzden daha az elektrik üretirler.
- Hava toplama cihazları panellerin arkasından havayı üfler ve binayı ısıtmak veya havalandırmak için kullanırlar. Bu rakam, kurulu PVT kapasitesinin %33’ünü oluşturuyor.
Konsantrasyon ve boşaltılmış tüp tasarımları mevcuttur, ancak küçük bir rol oynarlar (IEA SHC, Solar Heat Worldwide 2025).
Nasıl çalışıyor?
Işık bütçesi. Güneşli bir günde güneşe bakan panelin her metre karesine yaklaşık 1,000 W güneş ışığı ulaşır; 800 W daha tipik bir parlak saattir. Bir silikon hücresi, kullanabileceği spektrumun bir kısmını elektrik enerjisine dönüştürür. Geri kalan kısmı hücrede yansıtılır, geçer veya ısı haline gelir.
Isı hücreleri daha kötü hale getirir. Bir kristal silisyum hücresinin elektriksel verimi sıcaklığı ile neredeyse doğrusal olarak düşer: η_el = η_ref × (1 − β × (T_cell − 25 °C)), burada β kelvin başına yaklaşık %0,4’tür (ölçülü aralık %0,2 ila 0,5). Basit sözlerle: 25 °C’de %20 verimli etiketli bir panel, hücreleri güneşli bir günde normal olan 45 °C’de oturduğunda yaklaşık %18.4’ü sağlar (Skoplaki ve Palyvos, 2009).
Isıyı toplamak. Bir kollektörün sağladığı ısı, test standartındaki denklemi izler EN ISO 9806: η_th = η_0 − a_1 (T_m − T_a) / G − a_2 (T_m − T_a)² / G. Burada η_0 sıvı hava sıcaklığında olduğunda yararlı ısıya dönüşen güneş ışığının oranı (PVT için yaklaşık %61 tipiktir), T_m ortalama sıvı sıcaklığı, T_a hava sıcaklığı, G m² başına W’de güneş ışığı ve a_1, a_2 ısının ne kadar hızlı süzüldüğünü belirtir. Basit sözlerle: suyu ne kadar sıcak isterseniz, o kadar az ısı toplarsınız ve rüzgarı uzak tutmak için cam bir kaplama olmayan kapalı bir kollektör, kapalı birinden çok daha hızlı ısı kaybeder.
Değiş tokuş. Soğuk su iki şekilde yardımcı olur: hücreler daha soğuk çalışır ve biraz daha fazla elektrik üretir, ve toplama cihazı daha fazla ısı toplar. Sıcak su iki kez acıtır. Bu yüzden PVT ve ısı pompaları doğal ortaklardır: bir ısı pompası, 5 ila 20 °C arasında bir kaynak istiyor, tam olarak kapalı olmayan PVT kollektörünün en verimli olduğu yerde. Sıvı havadan daha soğuk olduğunda, bir kapalı olmayan kollektör gündüz ve gece havadan ısı çeker, bu da hava kaynaklı bir sıcaklık pompasının dış ünitesini değiştirmesine veya yer kaynaklı sıcaklık pompası boru delikleri etrafındaki toprağı yeniden yüklemesine izin verir. Yukarıdaki açıklama bunu denemenizi sağlar.
Oran. Işıktan daha fazlası elektrikten ısıya dönüştüğü için, “hücre verimliliğine ve sistem tasarımına bağlı olarak her bir elektrik enerjisi birimi için iki veya daha fazla termal enerji birimi üretilir” (IEA SHC Task 60, 2020).
Sınırlar
Teoretik. Güneş ışığı öğleden sonra metrekare başına en fazla 1 kW ve bir yıl boyunca ortalama olarak, enlem ve hava koşullarına bağlı olarak m² başına 100 ila 300 W arasında enerji sağlar. Hiçbir kollektör üzerine düşenden daha fazla enerji sağlayamaz (hava kaynaklı ısı hariç, kapalı bir kolektörün havadan soğuk olduğunda çektiği ısı pompası fiziği, ek güneş ışığı değil). Elektrik hücre tarafından sınırlandırılır: ticari silikon için ışığın yaklaşık beşte biri. Isı ihtiyacınız olan sıcaklıkla sınırlandırılır: 60 ° C’de bir toplama cihazı, topladığı şeyin büyük bir kısmını kaybeder.
Pratik.
- Isınmanın yakında bir kullanımı olmalı. Düşük sıcaklıktaki ısı elektrik gibi bir şebekeye satılamaz. Temmuz ayında güneşli bir öğleden sonra, dolu bir sıcak su tankı olan bir evin daha fazla ısı koymak için hiçbir yeri yoktur, bu yüzden kollektör toplama (“durumsuzluk”) ve sıradan bir panel gibi ısıtılır. Isı tarafını gerçek talebe göre ölçmek, herhangi bir toplama detayından daha önemlidir.
- Sıcaklık sınırları. Çoğu panel yaklaşık 85 ° C’ye kadar hücre sıcaklıkları için sertifikalıdır. Yaz aylarında durgun bırakılan bir kollektör, kapsül ve yalıtkan birleşimleri yaşlandırarak buna yaklaşabilir.
- Tek çatıda iki iş. PVT’nin bir elektrikçi ve bir tesisatçıya, iki standart seti (elektrik tarafı için IEC 61215 ve 61730, termal taraf için EN ISO 9806) ve yakın tarihe kadar kendi tek test standardına ihtiyacı var. IEA’nın uzmanları, maliyet, test ve kurulum becerilerini, fizik değil, engeller olarak listelemektedir (IEA SHC Task 60 pozisyon belgesi).
- Ucuz panellerden rekabet. Sıradan paneller o kadar ucuza geldi ki bir çatıda sıklıkla ayrı PV panelleri ve küçük bir güneş termal kollektörü, veya PV panelleri ile hava kaynaklı bir ısı pompası, PVT sisteminden daha az paraya sahip olabilir.
Gerçek projeler, ölçülmüş
| Proje | Nedir bu? | Ne ölçüldü veya rapor edildi | Kaynak |
|---|---|---|---|
| IEA SHC Task 60’ta 26 örnek sistem (Avrupa ve ötesinde, 2020) | Yaklaşık bir yıldır izlenen ev sıcak suyu, ısı pompası ve sanayi sistemleri | Soğuk su için kaplı PVT: yılda m² başına yaklaşık 700 kWh ısıya kadar; kapalı: yaklaşık 400. Elektrik performans oranı kapalı ve açık kollektörler için 0,66 ve 0,75 (olağan PV: 0,7 ile 0,85). Tek kaynak olarak kapalı PVT kullanan sıcaklık pompası sistemleri İsviçre’de yaklaşık 3 mevsimsel performans faktörüne ulaştı | Schubert ve Zenhäusern, 2020 |
| Yeni Belediye Binası, Freiburg, Almanya (2017) | Net-plus enerjili bir ofis binasında sıcak su için PVT kolektorları | Yılda 22 MWh sıcak su ihtiyacı karşısında 145 MWh ısı sağlaması için tasarlandı. Ölçülen talep sadece yıllık 24 MWh idi, bu yüzden kollektör alanı çok büyüktü, daha sıcaktı ve m² başına daha az ısı sağladı. Güneş enerjisi oranı %29.6; elektrik üretimi beklendiği gibiydi. | IEA SHC Task 60, Existing PVT systems |
| Carrosserie Pfister, Herisau, İsviçre | Sanayi binasında PVT ortaya çıkarıldı | 106 kWp elektrik ve 324 kW termal kapasite (nominal, ölçülmüş değil) | IEA SHC, Dünya çapında güneş ısısı 2025 |
| Yeni spor arenası, Avusturya | 1.130 m² PVT, 80 yer sondası ve 540 kW’lık bir ısı pompası | Fosil yakıt kullanmadan yılda 1.4 GWh ısı talebini karşılamak için tasarlanmıştır (tasarım figürleri) | IEA SHC, Dünya çapında güneş ısısı 2025 |
| Dünya pazarı, 2024 | 46 üretici rapor verdi | 2024 yılında kurulacak 37,5 MW termal ve 18,6 MW elektrik; Fransa (629.136 m²), Almanya ve Hollanda önde | IEA SHC, Dünya çapında güneş ısısı 2025 |
Freiburg davası bu sayfadaki en yararlı derstir: toplama cihazları çalıştı, binanın ne kadar sıcak su kullanacağına dair tahminler işe yaramadı. PVT sistemleri için yayınlanan, bağımsız olarak ölçülen veriler hala azdır; çoğu rakam pilot projelerden gelmektedir.
Ne kadara mal oluyor?
| Seçenekler | Kilowatt saat başına maliyet | Yıl ve kaynak |
|---|---|---|
| PVT, Task 60 örneklerinde iyi ölçülü sistemler | elektrik yaklaşık 0,20 euro; ısıtma ise 0,10 euronun altında | 2020, Schubert ve Zenhäusern |
| PVT, Görev 60 örneklem ortalaması | elektrik 0,10 ile 0,15 euro arasında; ısıtma 0,25 (kaplı) ile 0,45 euro arasında (kapalı) | 2020, aynı kaynak (ısı ve güç arasındaki maliyetlerin nasıl bölündüğüne bağlıdır) |
| PVT, modellenmiş | Elektrik 0,20 euro; ısıtma 0,22 euro | Lämmle (2019), cited in the same report |
| Benchmark: aynı binada çatıda güneş panelleri | yaklaşık 0.19$ merkez | Fan Duvar modeli |
| Ticari ve topluluk çatısı güneş, ABD | $0.09 to $0.20 | Haziran 2026, Lazard LCOE+ sürüm 19 |
| Güneş enerjili sıcak su, Avrupa | Isı kWh’si başına 0,03 avro (güney) ile 0,19 avro (orta ve kuzey) arasında değişiyor. | 2015, ESTIF, Schubert ve Zenhäusern tarafından aktarılmıştır |
| AB’de bir gaz borusundaki ısı | yaklaşık 0,14 €/kWh ısı (yalnızca yakıt: kWh başına 0,1228 €‘luk gaz, %90 verimli boiler) | 2025’in ikinci yarısında, Eurostat |
Tabela ne diyor: en iyi PVT sistemleri Avrupa’da bir gaz borusu yakıt maliyetlerinden daha az ısı ve elektrik çatı panellerinin fiyatından daha ucuza üretir, ancak ortalama pilot sistemler bunu yapmaz. Bu fark büyüktür çünkü ısı değeri tamamen kullanılıp kullanılmadığına bağlıdır. IEA uzmanları, PVT toplama maliyetlerini hacmi ve teknoloji yoluyla 1.5 ila 2 katına kadar azaltma hedefi koymuşlardır (Task 60 position paper).
Kazanabileceği ve kazanamayacağının yeri.
Kazanabilir:
- Yılın her zamanında ısı ihtiyacı olan ve küçük bir çatısı olan binalar: apartman blokları, oteller, hastaneler, yüzme havuzları, çamaşırhane, spor salonları. Her metrekare iki iş yapar.
- Bir ısı pompası için bir ısı kaynağı olarak. Kapatılmamış PVT gürültülü bir dış üniteyi değiştirebilir veya bir sondaj sahasını yeniden yükleyebilir, böylece yıllar içinde soğumaz, ki bu en son büyümenin geldiği yerdir.
- Soğuk su talebi olan sıcak, güneşli yerler, kaplı toptanların çoğunu karşılayabileceği yer; bir Task 60 sistemi %70’lik bir güneş payına ulaştı.
- Düşük sıcaklıkta endüstriyel ısı (yıkama, kurutma, ön ısıtma), yıl boyunca her gün kullanılan bir ısı kaynağıdır.
Kazanamaz:
- Isınmanın hiçbir kullanıcısı olmadığı yerde. Bir tatil evi, az miktarda sıcak su bulunan bir ofis veya kendi dış ünitesine sahip bir ısı pompası ile zaten ısıtılmış olan bir ev sıradan paneller tarafından daha iyi hizmet verebilir.
- Yüksek sıcaklıklarda. Buhar ve işlem ısısı yaklaşık 80 °C üzerinde PV hücrelerinin tolere edebileceğinin ötesindedir; yoğunlaştırılmış güneş termal veya termal depolama Daha iyi oturur.
- Ucuz panellere karşı sadece fiyat, kurulum sıradan PV gibi rutin hale gelene kadar.
Kanıtlanmış, muhtemel ve spekülatif olan nedir?
Kabul edilmiş: silikon hücrelerinin sıcaklık cezası; EN ISO 9806’nın toplama fizikleri; PVT toplamalarının gerçek binalarda hem elektrik hem de ısı sağladığı, yılda m² başına yaklaşık 400 ila 700 kWh ısı üretimiyle ölçülmüştür; bu açık PVT İsviçre’de 3’e yakın bir mevsimsel performans faktörü olan bir ısı pompası için tek kaynak olarak hizmet edebilir; ısı tarafının büyüklüğünün azalması verimi düşürür.
Makul: büyük miktarda üretim ve standart kitler maliyeti 1,5 ila 2 katına kadar düşürebilir; PVT plus ısı pompaları dış üniteler veya sondaj delikleri için yer olmadığı yoğun şehir bloklarını karbondan arındırabilir; hücreler ve soğutucu arasındaki daha iyi termal temas her iki verimi de artırır.
Spekülatif: PVT-yönetilen gece ışınsal soğutma yararlı ölçekte (araştırmalarda gösterilmiştir, binalarda nadiren); hücre-absorber bağının uzun vadeli dayanıklılığı 25 yıllık termal döngü; rekabetçi bir fiyata bina entegre PVT cepheleri.
Açık araştırma soruları
- Hücre-soğuran bağları ve kapsüller günlük termal döngü ve yaz durgunluğu altında nasıl yaşlanır? Yirmi beş yıllık saha verileri henüz mevcut değildir.
- PVT, sıradan PV ve bir ısı pompası sisteminde delik uzunluğu arasındaki doğru bölünme nedir ve PVT yenilenmesi gerçekten delik ömrünü ne kadar uzatmaktadır?
- Birleştirilmiş bir test standartı ve sertifikasyonu, PVT ürününü pazara getirmenin maliyetini ve süresini azaltabilir mi?
- Freiburg’un gösterdiği gibi gerçek sıcak su talebi bu kadar belirsizken, kurulumcular ısıtma tarafını nasıl ölçmeli?
- Düşük maliyetli polimer ısı değişimcileri, ısı transferi ve ömrü açısından metallerle eşleşebilir mi?
Çalışan bir prototipin neye ihtiyacı olur?
Yeni bir PVT tasarımı olan bir mucit için, değerli kanıt güneşte ölçülen bir kollektördür. Kalibrlenen sensörlerle, hem iyi hem de kötü günleri görebilecek kadar uzun süredir.
| Faz | İş | Neyi kanıtlıyor? | Tahmini maliyet | Zaman |
|---|---|---|---|---|
| 0. Desk study | Tasarımın ısı transfer modeli, yayınlanan toplama verileriyle karşılaştırma, maliyet tahmini | Bu fikir kağıt üzerindeki mevcut PVT’yi geçer | $5k to $15k | 1-2 ay |
| 1. Bir toplama cihazının masa ve dış ortam testleri | Akredite bir laboratuvarda veya dikkatli bir üniversite kurulumunda, EN ISO 9806 ve IEC 60891 yöntemlerini izleyerek, çeşitli sıvı sıcaklıklarında elektriksel çıkış (I-V eğrileri) ve termal verimlilik ölçüldü | Gerçek η_0, a_1 ve elektrik sıcaklık cezası | $15k to $40k | 3-4 ay. |
| 2. Küçük sistem pilotu | 10 ila 20 m²’lik gerçek bir sıcak su tankı veya ısı pompası, ısıtma ölçümleri, elektrik ölçer ve hava istasyonu ile, bir yıl | Mevsimsel verimlilik, durgunluk davranışı, güvenilirlik | $40k to $100k | 12 ay. |
| 3. Certification | IEC 61215 ve 61730 (elektrik güvenliği ve dayanıklılık), Solar Keymark (termal), bina onayları | Satılabilir ve sigortalanabilir bir ürün. | $60k to $150k | 9 ila 12 ay |
0’dan 2’ye kadarki aşamalar yaklaşık olarak $60,000 to $155,000 maliyetlidir. Bunlar bizim tahminlerimiz, tipik laboratuvar ve izleme maliyetlerinden, tekliflerden değil.
Kime ihtiyacımız var?
- EN ISO 9806 test deneyimi ile Solar termal mühendis.
- PV modül mühendisliği Kapsülleri, termal döngüleri ve IEC 61215’i anlayan biri.
- Bina hizmetleri (HVAC) mühendisi ısı tarafını ölçmek ve ısı pompaları ve depolamayı entegre etmek için.
- Gözlem uzmanı kalibrasyonlu ısı ve elektrik ölçümleri tasarlamak için.
- Üretim ortağı Isı değişimcilerini laminat ve boyama kapasitesine sahiptir.
- Tesisatçılar ve tesisatçılar Bir kombine tesisat denemek ve gerçek iş süresini rapor etmek istekli.
Daha iyi bir fikrin var mı?
Belki daha iyi bir soğutma sistemine sahipsin, ya da daha ucuz bir bağlantı yolu var, ya da ısıyı kullanmanın daha akıllıca bir yolu. Local Solar System Vakfı’nın bazı üyeleri güçlü bir enerji fikri için bir adım duyabilecek kişilere sahip olabilir. Bir fikrin ortaya konması için, gerçek hayatta çalışan ve güç ve ısı üreten bir modele ihtiyacı vardır. Bu model bir alet üzerinde ölçülür, iddia edilmez. Kağıt üzerindeki fikirler de memnuniyetle karşılanıyor: fizik ve sayılar sağlam ise, onları burada web sitemizde yayınlayabiliriz. Çalışan bir model olmadan sermaye toplamak çok zor ve biz de finansman, kazanç veya tanıtım sözü veremeyiz.
PVT için, çalışma modeli olarak kabul edilen en ucuz ölçüm bir kolektor dışarıda aynı sıradan panelin yanında, giriş ve çıkış su sıcaklıkları, akış hızı ve her iki panelin elektriksel çıkışı birkaç güneşli hafta boyunca kaydedildi. Bu kazanılan ısıyı ve kazanılmış veya kaybedilmiş elektriği gösterir. - Gönderin. katkı formuVe PVT’nin diğer fikirlerle nasıl karşılaştırıldığını gör. fikir radarı.
Kaynaklar
- (İngilizce) ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v (2020). PVT kollektör teknolojilerinin temel kavramları, uygulama alanları ve pazar. IEA SHC Görev 60, Rapor D5.
- (İngilizce) ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z (2009). Fotovoltaik modül elektrik performansının sıcaklık bağımlılığı üzerine: verimlilik/güç korelasyonlarının bir gözden geçirmesi. Solar Energy 83(5), 614-624.
- AEE INTEC ve IEA SHC (2025). Solar Heat Worldwide, 2025 edition, chapter 5.4, Fotovoltaik-termal sistemler.
- NGC 2025 (İngilizce). 2025 Küresel PV Pazarları Kısaca.
- IEA SHC Task 60 (2020). PVT teknolojisi konu yazısı.
- Schubert, M. ve Zenhäusern, D. (2020). Performance assessment of example PVT systems (İngilizce). IEA SHC Görev 60, Rapor D2.
- IEA SHC Task 60 (2020). Mevcut PVT sistemleri ve çözümleri, Yeni Belediye Binası Freiburg bilgi sayfası da dahil (Réhault et al., 2019’dan sonra).
- (2017) (İngilizce). ISO 9806:2017, Solar energy: solar thermal collectors, test methods.
- Chow, T.T. (2010). Fotovoltaik/termal hibrit güneş teknolojisi hakkında bir inceleme. Applied Energy 87(2), 365-379.
- Herrando, M., Markides, C.N. ve Hellgardt, K. (2014). Birleşik Krallık merkezli ev ısıtma ve güç için hibrit PV ve güneş-termal sistemlerin değerlendirilmesi: sistem performansı. Applied Energy 122, 288-309.
- Lazard (Haziran 2026). Levelized Cost of Energy+, version 19: community and C&I solar $88 to $197 per MWh.
- NGC 2026 (İngilizce). Doğal gaz fiyat istatistikleri: AB ev ortalaması kWh başına € 0.1228, 2025’in ikinci yarısı.
- Local Solar System Foundation (2020, model güncellendi 2026). The Fan Wall: open model, çatıda güneş referansı.