كيف تُحسّن أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية الهجينة كلاً من الإنتاجية الكهربائية والحرارية في المباني الحديثة

مقدمة: لماذا لم تعد أنظمة الطاقة الشمسية أحادية الوظيفة مناسبة للمباني الحديثة؟

لسنوات طويلة، كان استخدام الطاقة الشمسية في المباني يعني عادةً الاختيار بين حلين متوازيين: الألواح الكهروضوئية لتوليد الكهرباء، ومجمعات الطاقة الشمسية الحرارية لتوليد الحرارة. لا تُغطي أيٌّ من هاتين التقنيتين سوى جزء من احتياجات الطاقة في المبنى. ولا تزال معظم المشاريع بحاجة إلى الكهرباء.والماء الساخن، ويتطلب الكثير منها أيضًا تدفئة المساحات أو حرارة منخفضة. عندما تُعامل الكهرباء والحرارة كوحدات منفصلة، ​​غالبًا ما ينتهي الأمر بالمشاريع ببنية تحتية مكررة، وتعقيد أكبر، ومساحة سطح غير مستغلة.

1. فهم فقد الطاقة في أنظمة الخلايا الكهروضوئية التقليدية

لا تحوّل الخلايا الكهروضوئية سوى جزء من الإشعاع الشمسي الساقط إلى كهرباء. أما الطاقة المتبقية الممتصة فتتحول إلى حرارة داخل الوحدة. ومع ارتفاع درجة حرارة الوحدة، تنخفض الكفاءة الكهربائية، ويتسارع تدهور المواد على المدى الطويل. ومن منظور كفاءة الطاقة في المباني، يُؤدي هذا إلى خسارة مزدوجة: انخفاض الأداء الكهربائي، وعدم استعادة الطاقة الحرارية.

2. مفهوم PVT: تحويل "الحرارة المهدرة" إلى مورد

تدمج أنظمة PVT الهجينة طبقة تجميع حراري في الجزء الخلفي من وحدة الخلايا الكهروضوئية. يقوم سائل نقل الحرارة المتداول بامتصاص الحرارة باستمرار، ونقلها إلى وحدة تخزين حرارية أو إلى حلقة توزيع. وهذا يحول الحرارة المتولدة حتمًا من الخلايا الكهروضوئية إلى منتج طاقة قابل للتحكم والاستخدام.

3. كيف تُحسّن تقنية الخلايا الكهروضوئية الحرارية إنتاجية الكهرباء

يتأثر المردود الكهربائي بالإشعاع، والاتجاه، والتظليل، ودرجة الحرارة. غالبًا ما يتم التقليل من شأن تأثيرات درجة الحرارة خلال المراحل الأولى من التصميم. في العديد من المناخات، قد ترتفع درجة حرارة الوحدات الشمسية إلى مستويات تتجاوز بكثير المستوى المفترض في ظروف الاختبار القياسية، مما يؤدي إلى انحراف ملحوظ في الأداء أثناء التشغيل الفعلي.

من خلال إزالة الحرارة بفعالية من الوحدة، يُمكن لتقنية PVT الحفاظ على خلايا الطاقة الشمسية ضمن نطاق تشغيل مثالي. على مدار دورة حياة المشروع، يُترجم هذا إلى إنتاجية أعلى وأداء أكثر قابلية للتنبؤ، خاصةً خلال فترات الإشعاع الشمسي العالي عندما يكون تراكم الحرارة في ذروته.

4. كيف تُنتج أنظمة الخلايا الكهروضوئية الحرارية (PVT) طاقة حرارية قيّمة؟

تتميز الطاقة الحرارية المستعادة من وحدة الخلايا الكهروضوئية الحرارية بدرجة حرارة منخفضة إلى متوسطة، وهي مفيدة بشكل مباشر لتلبية بدلاً من إنتاج الحرارة من شبكة الكهرباء أو الوقود الأحفوري، يمكن للمشروع تلبية جزء من هذا الطلب من الطاقة الشمسية، مما يحسن اقتصاديات الطاقة بشكل عام ويقلل الانبعاثات التشغيلية.

5. لماذا يُعدّ الناتج الإجمالي أهم من ذروة الكفاءة

تركز العديد من المقارنات الشمسية على ذروة الكفاءة الكهربائية الكهروضوئية. في المباني الحقيقية، السؤال الأكثر أهمية هو:        كم ثمنصالحة للاستعمالهل يمكن توفير الطاقة - الكهرباء والحرارة - لتلبية أنماط الطلب بأقل قدر من التعقيد وبأقل مساحة ممكنة على السطح؟ هل يمكن توفير الطاقة - الكهرباء والحرارة - لتلبية أنماط الطلب بأقل قدر من التعقيد وبأقل مساحة ممكنة على السطح؟

تُحوّل الأنظمة الهجينة التقييم من الأداء الأحادي إلى إنتاجية الطاقة الإجمالية. عندما يتم تقييم التدفق الحراري بشكل مناسب، تصبح فائدة النظام على مستوى النظام أكثر وضوحًا، لا سيما في المشاريع ذات الأحمال الثابتة من الماء الساخن أو التدفئة.

6. الآثار المعمارية والحضرية

في المشاريع الحضرية المكتظة، تُعدّ أسطح المباني وواجهاتها موارد محدودة. وتُقلّل المعدات الميكانيكية، وقيود التظليل، و ...

7. من المكون إلى النظام: أهمية التكامل

تصبح الوحدة الهجينة أكثر فعالية عند التعامل معها كجزء من بنية طاقة متكاملة للمبنى. وهذا يشمل التخزين والتوزيع والتحكم، بالإضافة إلى الربط مع المعدات مثل المضخات الحرارية وخزانات التخزين المؤقت، و أنظمة إدارة المباني. لا يقتصر الهدف على مجرد توليد الطاقة، بل توجيهها بذكاء إلى الأحمال التي تحقق أعلى قيمة اقتصادية وتشغيلية.

إذا رغبتم، يمكننا تحويل هذا القسم إلى صيغة "قائمة مراجعة التصميم" (مناسبة للمالكين وشهادات أداء الطاقة) مع الحفاظ على الدقة الفنية.