ألواح PV-T الهجينة: كهرباء وحرارة من مساحة سطح واحدة

ما هو لوح PV-T الهجين

لوح PV-T (الكهروضوئي-الحراري) الهجين وحدة شمسية تولّد الكهرباء بالخلايا الكهروضوئية وتلتقط في الوقت نفسه الحرارة التي كانت تلك الخلايا ستهدرها، باستخدام ماصّ مبرَّد بالمائع ملتحم بظهر الوحدة. ومن مساحة سطح واحدة يوفر بالتالي شكلين من الطاقة: الكهرباء للمبنى أو الشبكة، والحرارة منخفضة الدرجة للماء الساخن أو تسخين أحواض السباحة أو لمضخة حرارية.

لماذا يفيد تبريد الخلايا

تحوّل الوحدات الكهروضوئية القياسية نحو 20–22 % من ضوء الشمس إلى كهرباء؛ ويتحول الباقي إلى حرارة، ويمكن أن تتجاوز درجة حرارة الخلايا 60–70 °C في الصيف. ويفقد السيليكون البلوري نحو 0.3–0.4 % من الإنتاج لكل كلفن فوق 25 °C. ويحافظ إزالة الحرارة بالمائع على برودة الخلايا، ما يستعيد بضع نسب مئوية من الإنتاج الكهربائي، ويحوّل الطاقة المتبقية إلى إنتاج حراري مفيد بدلاً من تسخين السطح.

التصاميم غير المزجّجة والمزجّجة

تبدو ألواح PV-T غير المزجّجة (وتسمى أيضاً WISC — المجمّعات الحساسة للرياح والأشعة تحت الحمراء) كوحدة عادية مع ماصّ، واختيارياً، عزل في الخلف. تعمل على النحو الأمثل عند درجات حرارة مائع قريبة من المحيط، ولها إنتاج حراري مرتفع عندما يكون المائع بارداً، ويمكنها حتى استخلاص الحرارة من الهواء ليلاً. أما ألواح PV-T المزجّجة فتضيف زجاج غطاء وفجوة هوائية فوق الخلايا، ما يرفع الكفاءة الحرارية عند درجات الحرارة الأعلى على حساب جزء من الإنتاج الكهربائي ودرجات حرارة خلايا أعلى — وهو حل متخصص حيث يجب أن يأتي الماء عند 50 °C أو أكثر مباشرة من اللوح.

أين تكون ألواح PV-T منطقية

• مساحة السطح المحدودة: عندما لا يتسع سطح منزل أو فندق للألواح الكهروضوئية والشمسية الحرارية معاً، تستخدم ألواح PV-T الأمتار المربعة نفسها مرتين.
• مصدر للمضخة الحرارية: تغذي حقول PV-T غير المزجّجة مضخة حرارية محلول ملحي-ماء أو تجدد الآبار الجوفية، مكوّنة مضخة حرارية مدعومة بالطاقة الشمسية بكفاءة موسمية أعلى من وحدة المصدر الهوائي وحدها.
• التسخين المسبق للماء الساخن المنزلي: ترفع ألواح PV-T الماء البارد إلى 30–45 °C وتكمل المضخة الحرارية أو السخان المهمة.
• أحواض السباحة: ماء الحوض عند 26–30 °C حمل مثالي لألواح PV-T غير المزجّجة.
• المباني التجارية ذات الطلب على الحرارة منخفضة الدرجة على مدار السنة مثل الفنادق والمراكز الرياضية والمغاسل.

ما الإنتاج المتوقع

تحمل وحدة PV-T غير مزجّجة نموذجية بمساحة نحو 2 m² قدرة كهروضوئية من 400–450 Wp وتنتج إلى جانبها عدة مئات من الواط من القدرة الحرارية عندما يكون المائع قريباً من درجة حرارة المحيط؛ وغالباً ما تكون ذروة القدرة الحرارية لكل وحدة ضعفي إلى ثلاثة أضعاف الذروة الكهربائية. يعتمد الإنتاج الحراري السنوي بشدة على درجة حرارة الحمل — فكلما كان المائع أبرد، حُصدت حرارة أكثر — لذا في تطبيقات التسخين المسبق ومصدر المضخة الحرارية يكون الإنتاج الحراري عادةً ضعفي إلى ثلاثة أضعاف الإنتاج الكهربائي.

وفقاً لتقرير Solar Heat Worldwide الصادر عن برنامج التدفئة والتبريد الشمسي التابع للوكالة الدولية للطاقة، كانت ألمانيا أكبر سوق لمجمّعات PV-T المركّبة حديثاً عام 2024، معظمها بالاقتران مع المضخات الحرارية — وهو مؤشر على المجال الذي تجد فيه التقنية موقعها.

المعايير والاعتماد

يُختبر الجانب الكهروضوئي وفق IEC 61215 وIEC 61730 كأي وحدة أخرى؛ ويُختبر الجانب الحراري وفق ISO 9806 الذي يغطي مجمّعات PV-T صراحةً. ويتاح اعتماد Solar Keymark لألواح PV-T عبر ملحق مخصص في قواعد المخطط، وقد وثّق برنامج IEA SHC Task 60 بيانات الأداء ومفاهيم الأنظمة. وينبغي للمشترين طلب الشهادتين معاً وطلب المعاملات الحرارية المقيسة أثناء عمل الجانب الكهروضوئي عند نقطة القدرة القصوى (MPP)، وهي الحالة الواقعية.

اعتبارات التصميم

استخدم الغليكول أو التصريف الراجع للحماية من الصقيع كما في أي حلقة شمسية؛ وأبقِ درجات حرارة التدفق منخفضة لتعظيم المكاسب الكهربائية والحرارية معاً؛ واختر الوحدات المعزولة من الخلف عندما يكون الهدف الماء الساخن، وغير المعزولة عندما تعمل الألواح مصدراً لمضخة حرارية؛ وركّب الصفوف بما يتيح وصلاً هيدروليكياً بسيطاً؛ وحجّم التخزين أو مبخّر المضخة الحرارية لمستويات درجات الحرارة المنخفضة المعنية. وبالاقتران مع خزان عازل أو صحي ومضخة حرارية بغاز R290، يمكن لألواح PV-T رفع الكسر الشمسي للمبنى إلى ما يفوق بكثير ما يمكن لأي من التقنيتين وحدها تحقيقه على السطح نفسه.

الأسئلة الشائعة

جميع المقالات