هل يمكن لألواح PVT توليد الحرارة والكهرباء في نفس الوقت؟

نعم. يجمع المجمع الكهروضوئي-الحراري بين توليد الكهرباء وممتص حراري ينقل الحرارة إلى دائرة سائل أو هواء. يتطلب الناتجان قياسًا وتقييمًا منفصلين.

قد يستخدم المبنى الكهرباء مباشرة أو يصدرها. قد تقوم الحرارة بتسخين المياه المنزلية مسبقًا، أو دعم حوض سباحة، أو توفير حمل تدفئة مناسب، أو العمل كمصدر لمضخة حرارية. تتطلب هذه الاستخدامات درجات حرارة تشغيل مختلفة وتكوينات نظام مختلفة.

توفر مهمة IEA SHC 60 أساسًا تقنيًا مفيدًا، بما في ذلك العمل على مؤشرات أداء الأنظمة الكهروضوئية-الحرارية وأنظمة نموذجية. تميز منشوراتها بين أداء المجمع وسلوك النظام الكامل، وهو تمييز أساسي عند مقارنة العروض التجارية.

ابدأ بالدور الحراري

اطلب من المصمم أن يوضح ما يفترض أن تقوم به الدائرة الحرارية الكهروضوئية-الحرارية قبل مناقشة الكفاءة المجمعة.

تختلف تصاميم PVT. لا يمكن افتراض أن المجمع غير المغطى المخصص لدعم المضخة الحرارية يؤدي مثل المجمع المزجج الذي يوفر ماءً أكثر دفئًا مباشرة. قارن النموذج الفعلي في درجات الحرارة والرياح وظروف الإشعاع ذات الصلة.

تعتبر درجة حرارة التسليم المطلوبة للمبنى مهمة أيضًا. لا يثبت مساهمة التسخين المسبق أن النظام يمكنه تلبية متطلبات الماء الساخن النهائية بشكل مستقل. يظل التسخين الاحتياطي واستراتيجية النظافة المطبقة جزءًا من التصميم الكامل.

احسب الحرارة حيث تصبح مفيدة

قد يبلغ الاقتراح عن إنتاج المجمع، أو الحرارة الداخلة إلى التخزين، أو الحرارة الخارجة من التخزين، أو الحرارة الموردة للحمل. كل منها كمية صالحة، لكنها غير قابلة للتبادل.

للتقييم الاقتصادي، احسب الحرارة التي تقلل فعليًا من الطاقة المشتراة للنظام البديل. ضع في الاعتبار خسائر النقل، وخسائر التخزين، وفترات عدم الطلب، والحرارة المرفوضة.

الضرب السنوي البسيط للقدرة الحرارية المقدرة في ساعات سطوع الشمس غير كافٍ. القدرة المقدرة تصف حالة اختبار؛ ولا تصف تغيّرات درجات حرارة السائل، أو أنظمة التحكم، أو الطقس، أو طلب المبنى.

على سبيل المثال، صفحة منتج SOLETKS PVT-Eتذكر قدرة كهربائية قصوى تبلغ 580 واط عند شروط الاختبار القياسية وقدرة حرارية قصوى تبلغ 1,180 واط. هذه تقديرات للقدرة، وليست توقعات سنوية بالكيلوواط/ساعة. لا تثبت الصفحة أن الذروتين تحدثان في الوقت نفسه تحت نفس ظروف التشغيل. اطلب شروط الاختبار الحراري وبيانات الأداء الخاصة بالطراز قبل تقدير الناتج السنوي.

بالنسبة لنظام الاستخدام المباشر، جدول المقارنة المفيد هو:

الناتج الحراري للمجمع
- الفاقد قبل حدود التسليم المتفق عليها
- الحرارة غير المتاحة للحمل بسبب التوقيت أو درجة الحرارة
- الحرارة المرفوضة أو غير المستخدمة بأي شكل آخر
= الحرارة المفيدة التي تحل محل مصدر الحرارة البديل

تجنب خصم الخسائر مرتين إذا كان المحاكاة تبلغ بالفعل عن حرارة مفيدة على جانب الحمل. حدد حدود الإخراج بجانب كل رقم طاقة مذكور.

الكهرباء والحرارة لهما قيم مالية مختلفة

الكهرباء المستخدمة في الموقع تتجنب عمومًا رسوم الاستيراد المطبقة. الكهرباء المصدرة تحصل على دفعة التصدير الفعلية. لا ينبغي تلقائيًا تعيين نفس القيمة للطاقة الحرارية.

لحساب كهربائي بسيط:

قيمة الكهرباء = كيلوواط ساعة مستهلك ذاتيًا × سعر الاستيراد المُتجنب
                  + كيلوواط ساعة مُصدر × سعر التصدير

افترض، لأغراض التوضيح فقط، توليدًا سنويًا قدره 20,000 كيلوواط ساعي، واستهلاكًا ذاتيًا بنسبة 70%، وسعر استيراد مُتجنب قدره 0.20 دولار أمريكي/كيلوواط ساعي، ودفعة تصدير قدرها 0.05 دولار أمريكي/كيلوواط ساعي:

الكهرباء المستهلكة ذاتيًا = 14,000 كيلوواط ساعي
الكهرباء المُصدَّرة = 6,000 كيلوواط ساعي
القيمة السنوية للكهرباء = 14,000 × 0.20 + 6,000 × 0.05
                         = 3,100 دولار أمريكي

هذا الحساب يستثني رسوم الطلب، والأسعار المتغيرة بمرور الوقت، وتأثيرات الفوترة الأخرى. يجب أن يستخدم نموذج المشروع التعرفة الفعلية وتداخل التوليد مع الحمل.

بالنسبة للحرارة ذات الاستخدام المباشر التي تحل محل الغلاية، قدّر الوقود المُتجنب باستخدام الكفاءة ذات الصلة وسعر الوقود. وبالنسبة للحرارة التي تحل محل مخرجات المضخة الحرارية، استخدم الكهرباء التي كانت ستكون مطلوبة عند ظروف التشغيل تلك. لا ينبغي أن تحصل كيلوواط ساعي واحد من الحرارة تلقائيًا على قيمة كيلوواط ساعي واحد من الكهرباء.

قارن التكلفة الإضافية بالفائدة الإضافية

قد تكون قيمة الطاقة الإجمالية الإيجابية لاقتراح النظام الكهروضوئي الحراري (PVT) إيجابية بينما لا تزال تقدم عائدًا ضعيفًا مقارنة بالنظام الكهروضوئي التقليدي. تكشف المقارنة المتزايدة عن الفرق.

افترض ميزانيتين لمشروعين مبتكرين لنفس الموقع:

من المفترض عمدًا أن يكون الإنتاج الكهربائي متساويًا لعزل قيمة الدائرة الحرارية. يمكن أن تؤدي التصميمات الفعلية للأسطح، وتقييمات الوحدات، ودرجات حرارة التشغيل إلى إنتاج كهربائي مختلف؛ ويجب تضمين هذه الاختلافات في مقارنة حقيقية.

العلاوة هنا لنظام PVT تبلغ USD 20,000. افترض أن كل كيلوواط ساعي حراري مفيد يعوّض USD 0.08 من تكلفة التدفئة عند نفس حدود التسليم. هذه تكلفة مفترضة لكل كيلوواط ساعي من الحرارة المفيدة، وليست تعريفة وقود مدخل.

الأنظمة في هذه السيناريوهات ليست تصاميم محددة الأبعاد. يوضح الجدول ما يجب اختباره: ما إذا كان حقل المجمعات والمبنى المقترحان يمكنهما فعلاً تحقيق الحرارة المفيدة المفترضة.

نتيجة الخمسين عامًا ليست توقعًا لعمر الخدمة. إنها تشير إلى أن هذا الاستثمار التوضيحي من غير المرجح أن يكون مبررًا بالوفورات السنوية المذكورة خلال فترة دراسة عملية. كما أن الاسترداد البسيط يتجاهل التمويل والاستبدالات والتدهور والخصم؛ استخدم مقارنة دورة الحياة للقرار النهائي.

قيّم تكامل المضخة الحرارية مع الأنظمة الكهروضوئية الحرارية عند حدود النظام

عندما يزود نظام PVT مبخر المضخة الحرارية، تكون حرارة المصدر مدخلاً للمضخة الحرارية. يجب ألا تُحتسب مرة واحدة كحرارة مفيدة مُسلمة ومرة أخرى داخل المخرجات النهائية للمضخة الحرارية.

قارن الكهرباء اللازمة لتوفير نفس الحرارة المُسلمة في النظام المرجعي والنظام المُعزز بـ PVT، بما في ذلك حدود الطاقة المساعدة المُختارة.

على سبيل المثال افتراضي، لتكن الحرارة السنوية المُسلمة 50,000 كيلوواط ساعي. افترض عامل أداء موسمي مرجعي قدره 3.0 وعامل مقترح قدره 4.0، وكلاهما مُقاس على نفس الحدود:

الكهرباء المرجعية = 50,000 / 3.0 = 16,667 كيلوواط ساعي/السنة
الكهرباء المقترحة = 50,000 / 4.0 = 12,500 كيلوواط ساعي/السنة
خفض الكهرباء = حوالي 4,167 كيلوواط ساعي/السنة
القيمة بسعر 0.20 دولار أمريكي/كيلوواط ساعي = حوالي 833 دولارًا أمريكيًا/السنة

الزيادة من 3.0 إلى 4.0 هي افتراض، وليست فائدة مُثبتة من PVT. يجب دعمها بنموذج مناسب أو أدلة مراقبة. أضف أي استهلاك مساعد مستبعد من تلك العوامل وقارن التكاليف الإضافية للتركيب والصيانة.

إذا كانت الكهرباء من PV تعمل على تشغيل المضخة الحرارية، فقم بموازنة الاستهلاك الذاتي والمشتريات من الشبكة في ميزان طاقة واحد. لا يمكن لنفس الكيلوواط/ساعة المولّد أن يُحتسب في الوقت نفسه كتصدير وككهرباء مضخة حرارية متجنبة.

متى يستحق النظام الكهروضوئي الحراري دراسة جدوى تفصيلية؟

يستحق PVT تحليلًا أدق عندما تكون مساحة السقف محدودة، ويكون للموقع طلب حراري متكرر، ويمكن للمجمع المقترح توفير درجة حرارة مفيدة أو حالة مصدر للمضخة الحرارية. قد يوفر مبنى لديه طلب كهرباء نهارًا وحمل مياه ساخنة أو حمام سباحة ثابت نقطة بداية مفيدة.

اطلب تقييمًا أكثر حذرًا عندما يكون الحمل الحراري موسميًا في الغالب، أو كانت غرفة المعدات بعيدة، أو كان التخزين صعب الاستيعاب، أو كان نظام التدفئة المرجعي يزود بالفعل حرارة منخفضة التكلفة بكفاءة. هذه الظروف لا تستبعد تلقائيًا تقنية PVT، لكنها قد تقلل من قيمة الدائرة الحرارية المضافة.

الدليل الحاسم هو مقارنة باستخدام نفس الظروف الجوية، أو مساحة الأرضية، أو قيد السقف، وافتراضات خدمة الحرارة والتعرفة. قم بتضمين الخلايا الكهروضوئية التقليدية مع مضخة حرارية، والخلايا الكهروضوئية المنفصلة مع الطاقة الشمسية الحرارية حيثما تكون هذه البدائل ممكنة.

أدرج متطلبات الخدمة في المقارنة

تضيف تقنية PVT مكونات هيدروليكية إلى المعدات الكهربائية. اطلب نطاق صيانة واضح للسوائل والمضخات وأجهزة الاستشعار والوصلات والمبادلات الحرارية وأجهزة التحكم، حسبما ينطبق على التصميم المختار. تحقق من الوصول إلى توصيلات السقف وما إذا كانت صيانة جزء تتطلب إزعاج جزء آخر.

قارن تغطية الضمان للأجزاء الكهربائية والحرارية بشكل منفصل. اسأل عن درجات حرارة التشغيل والسوائل وسجلات الصيانة التي تتطلبها الضمانات. لا يثبت ضمان الوحدة الطويل أن كل مكون من مكونات النظام مغطى لنفس الفترة.

بالنسبة لنطاق الصيانة الحرارية، استخدم دليل صيانة الطاقة الشمسية الحرارية SOLETKS مع وثائق المعدات الدقيقة.

ما الذي يجب طلبه قبل الموافقة على مقترح نظام كهروضوئي حراري؟

اطلب من المورد حزمة مقارنة موجزة:

1. طراز الوحدة الدقيق، الدور الحراري، ومخطط النظام المقترح.

2. بيانات الاختبار الكهربائية والحرارية مع تحديد ظروف التشغيل.

3. أرقام الكهرباء السنوية والحرارة المفيدة والطاقة المشتراة على حدود صريحة.

4. نتائج شهرية أو ساعية تظهر مطابقة الطلب ومعالجة الحرارة الزائدة.

5. النطاق المركب وتكاليف التشغيل وافتراضات الاستبدال.

6. مقارنة نظام بديل بنفس متطلبات الخدمة.

7. مواقع القياس وطريقة متفق عليها للتحقق من الأداء بعد التشغيل.

احتفظ بالدراسات التاريخية في سياقها. تقرير حكومة المملكة المتحدةتقرير جمع الأدلة حول تقنية PVTنُشر في عام 2016؛ وهو بحث خلفي، وليس دليلاً على أسعار المنتجات الحالية، أو الحوافز الحالية، أو أداء نموذج محدد من SOLETKS.

الأسئلة المتداولة