في هذا التكوين، يقوم الدائرة الحرارية من مجموعة PVT بتغذية مبخر المضخة الحرارية مباشرة. تعمل ألواح PVT كمصدر حرارة أكثر دفئًا من الهواء الخارجي في ظل ظروف مناسبة، مما يساعد مضخة الحرارة على العمل بدرجة حرارة مصدر أفضل. هذا عادةً ما يكون أبسط تكوين من نوع PVT + مضخة حرارية.

كيف يعمل

تقوم مجموعة PVT بجمع الحرارة ذات درجة الحرارة المنخفضة. يتم نقل هذه الحرارة عبر دائرة الجليكول أو المحلول الملحي إلى مبخر مضخة الحرارة. تعمل مضخة الحرارة على تحسين الحرارة إلى درجة حرارة قابلة للاستخدام لتسخين المياه المنزلية أو تدفئة الأماكن. في الوقت نفسه، يولد الجانب الكهروضوئي من اللوح الشمسي الكهروضوئي كهرباء تعوض جزءًا من طلب الطاقة لمضخة الحرارة أو مضخة الدوران.

مشاريع بيست-فيت

هذا التكوين هو الأنسب للمباني السكنية الجديدة، والمنازل ذات العائلة الواحدة، والفلل الصغيرة، وأنظمة التدفئة والمياه الساخنة ذات التعقيد المنخفض، والمشاريع التي يمكن فيها تحديد حجم نظام التدفئة والمضخة الحرارية معاً منذ البداية.

فحوصات التصميم الرئيسية

قبل اختيار الاتصال المباشر، يجب على مهندسي التصميم والتصنيع والتركيب (EPCs) التأكد من توافق مضخة الحرارة مع السوائل المصدرية مثل الجليكول أو المحلول الملحي، وتحديد الحد الأدنى والأقصى لدرجة حرارة مدخل المبخر، وحجم مصفوفة الألواح الشمسية الحرارية (PVT) المطلوبة، ومعدل التدفق عبر دائرة الألواح الشمسية الحرارية، ومتطلبات الحماية من التجمد، ومنطق التحكم بين حلقة الألواح الشمسية الحرارية وتشغيل مضخة الحرارة.

القيود الرئيسية

القيود الرئيسية تكمن في مرونة التكامل. يجب اختيار مضخة الحرارة ومجموعة الألواح الشمسية الحرارية كنظام واحد. إذا لم تكن مضخة الحرارة مناسبة لدائرة مصدر PVT، أو إذا كان المشروع يحتوي بالفعل على مضخة حرارة موجودة، فقد يكون استخدام خزان عازل أكثر أمانًا.

في هذا التكوين، يقوم مصفوفة PVT بتسخين خزان عازل منخفض الحرارة. تستخدم مضخة الحرارة بعد ذلك الخزان الاحتياطي كمصدر لها. يضيف هذا مكونًا إضافيًا، لكنه يمكن أن يجعل النظام أسهل في التحكم وأكثر ملاءمة للأحمال المتغيرة.

كيف يعمل

تقوم ألواح PVT بنقل الحرارة إلى خزان التخزين المؤقت. يخزن الخزان التخزيني الحرارة ذات درجة الحرارة المنخفضة ويعمل على تسوية الفرق بين توقيت تجميع الطاقة الشمسية وتوقيت الحاجة إلى مضخة الحرارة. عندما تعمل مضخة الحرارة، فإنها تسحب الحرارة من الخزان المؤقت بدلاً من سحبها مباشرة من مجموعة الألواح الشمسية الحرارية.

مشاريع بيست-فيت

هذا التكوين مناسب لمشاريع تجديد المباني السكنية، والمباني ذات متطلبات التدفئة المتغيرة، والمشاريع التي لا يتطابق فيها تشغيل مضخة الحرارة دائمًا مع تجميع الطاقة الشمسية، والمنازل الكبيرة أو المباني التجارية الصغيرة، والأنظمة التي تتطلب درجة حرارة مصدر أكثر استقرارًا.

لماذا يساعد المخزن المؤقت؟

يوفر الخزان العازل للطاقة حرارية. يقلل من التدوير القصير، ويساعد في التحكم في درجة حرارة المصدر، ويفصل دائرة تجميع PVT عن تشغيل مضخة الحرارة. بالنسبة لمشاريع التحديث، يمكن أن يجعل هذا الفصل عملية تكامل النظام أسهل لأن تصميم مضخة الحرارة أو النظام الهيدروليكي الحالي قد لا يكون مصممًا للاتصال المباشر مع نظام PVT.

القيود الرئيسية

يضيف الخزان التخزيني تكلفة، ومتطلبات مساحة، وفقدان للحرارة، وتعقيد في التحكم. إذا كان المشروع صغيرًا ويمكن توصيل مضخة الحرارة مباشرة بمصدر الطاقة الشمسية الحرارية، فقد يكون التكوين 1 أكثر بساطة.

في هذا التكوين، يساهم نظام PVT بشكل مباشر في تخزين المياه الساخنة المنزلية عندما تكون الظروف الشمسية مواتية. توفر المضخة الحرارية دعمًا إضافيًا أو رفعًا نهائيًا في درجة الحرارة عندما لا يكون إنتاج وحدة التوليد الكهروحرارية كافيًا. هذا الخيار مهم بشكل خاص للمباني التي تشهد طلبًا كبيرًا على المياه الساخنة على مدار العام.

كيف يعمل

دائرة التسخين الحراري PVT تنقل الحرارة إلى خزان تخزين المياه الساخنة. خلال فترات الشمسية العالية، خاصة في فصل الصيف، يمكن لنظام PVT تسخين المياه الساخنة المنزلية مسبقًا أو جزئيًا مباشرةً. عندما تكون مساهمة الطاقة الشمسية غير كافية، تقوم مضخة الحرارة برفع درجة حرارة الماء إلى المستوى المطلوب.

بالنسبة لتطبيقات المياه الساخنة المباشرة، فإن الوصول إلى درجة الحرارة المطلوبة أمر مهم. تُعتبر الألواح الشمسية الحرارية غير المطلية (PVT) بشكل عام أفضل كمصدر لمضخات الحرارة ذات درجات الحرارة المنخفضة، بينما قد تستفيد التكوينات التي تستهدف درجات حرارة شمسية حرارية مباشرة أعلى من مواصفات ألواح PVT مختلفة.

مشاريع بيست-فيت

هذا التكوين مناسب للفنادق والمستشفيات وسكن الطلاب والمباني السكنية والمباني التجارية التي لديها حاجة مستمرة للماء الساخن، والمشاريع التي تشهد عبئًا كبيرًا للماء الساخن في فصل الصيف.

فحوصات التصميم الرئيسية

يجب على مهندسي ومقاولي المشاريع (EPCs) تأكيد ملف استهلاك المياه الساخنة اليومي، وحجم تخزين المياه الساخنة، ودرجة حرارة التوصيل المطلوبة، ومتطلبات السيطرة على الليجيونيلا، وما إذا كان يُفضل استخدام التدفئة المباشرة (PVT) أو مضخة الحرارة لتعزيز التدفئة، ومنطق التحكم الموسمي بين التدفئة المباشرة ومضخة الحرارة.

القيود الرئيسية

يتطلب النظام منطق تحكم جيد. في فصل الصيف، قد يتم إعطاء الأولوية لاستخدام الطاقة الحرارية الشمسية المباشرة. في فصل الشتاء، قد تصبح مضخة الحرارة المصدر الرئيسي للحرارة، بينما تعمل تقنية PVT كمصدر دعم منخفض الحرارة. إذا لم تكن استراتيجية التحكم واضحة، فقد يصبح النظام معقدًا بشكل غير ضروري.

في هذا التكوين، يدعم نظام PVT مضخة الحرارة لتدفئة المساحات أو توفير المياه الساخنة للاستخدام المنزلي، بينما يمكن توجيه الطاقة الحرارية الزائدة لتسخين حمامات السباحة، خاصة في فصل الصيف. هذا مفيد لأن البرك يمكن أن تعمل كمصد حراري كبير يمتص الحرارة ذات درجة الحرارة المنخفضة على مدى فترات زمنية طويلة.

كيف يعمل

تقوم مجموعة PVT بجمع الحرارة وتزويدها لدائرة مصدر مضخة الحرارة أو مباشرة لدائرة تسخين المسبح حسب درجة حرارة النظام والطلب. عندما يكون الطلب على التدفئة أو المياه الساخنة للاستخدام المنزلي منخفضًا، يمتص المسبح الطاقة الحرارية الزائدة. هذا يساعد على تجنب إهدار الطاقة الحرارية خلال المواسم الدافئة.

مشاريع بيست-فيت

هذا التكوين مناسب للفنادق التي تحتوي على مسابح، والمنتجعات، والمرافق الرياضية، ومراكز العافية، والمدارس أو الكامبوسات التي تضم مرافق مائية، والمشاريع التجارية التي تشمل أحمال المياه الساخنة للاستخدام المنزلي والمسابح.

لماذا يحسن تدفئة حمامات السباحة من الاستخدام؟

تواجه العديد من أنظمة الطاقة الحرارية الشمسية عدم تزامن بين توفر الطاقة الشمسية والطلب على التدفئة. في فصل الصيف، يكون الطلب على التدفئة المنزليّة منخفضًا، لكن توفر الطاقة الشمسية يكون مرتفعًا. يمكن للمسبح أن يمتص الحرارة ذات درجات الحرارة المنخفضة بشكل مستمر، مما يجعله مكبًا حراريًا مفيدًا. يمكن أن يؤدي ذلك إلى تحسين الاستفادة الحرارية السنوية لأنظمة PVT وتقليل خطر الركود في التصاميم المناسبة.

القيود الرئيسية

يصبح النظام الهيدروليكي أكثر تعقيدًا. يجب على وحدة التحكم أن تقرر ما إذا كان ينبغي توجيه الطاقة الحرارية إلى مصدر مضخة الحرارة، أو خزان المياه الساخنة، أو دائرة المسبح، أو أي حمل ذي أولوية أخرى. عادةً لا تكون هذه التهيئة ضرورية للمباني السكنية البسيطة.

ليس من الضروري أن تُغطى جميع الأسطح بالكامل بألواح PVT. في العديد من المباني التجارية، يُعتبر التصميم الأمثل هو السقف المختلط: ألواح PVT حيث تكون الطاقة الحرارية مفيدة، وألواح PV القياسية حيث تكون مطلوبة فقط لتوليد الكهرباء.

كيف يعمل

جزء من السقف مخصص لألواح PVT المتصلة بمضخة الحرارة أو النظام الحراري. تم تغطية المساحة المتبقية من السقف بألواح الطاقة الشمسية القياسية لزيادة توليد الكهرباء إلى أقصى حد. يتم تحديد حجم منطقة PVT وفقًا للطلب الحراري واحتياجات مصدر المضخة الحرارية. يتم تحديد حجم منطقة الألواح الشمسية وفقًا للطلب الكهربائي، أو استراتيجية تصدير الطاقة إلى الشبكة، أو أهداف الاستهلاك الذاتي.

مشاريع بيست-فيت

هذا التكوين مناسب للأسطح التجارية الكبيرة، والفنادق، والمصانع، والمدارس، والمستشفيات، والمستودعات ذات الطلب على المياه الساخنة للاستخدام المنزلي أو التجاري، والمباني التي تتحمل أحمالاً حرارية وكهربائية.

منطق توزيع الأسطح

القيود الرئيسية

يحتاج المشروع إلى تنسيق بين نوعين من الألواح، وتصميمين للنظام، وأحيانًا فريقين للتركيب. يجب أخذ التخطيط، والتمديدات الكهربائية، ومسارات الأنابيب، ومسارات الصيانة، وتحميل الأسطح بعين الاعتبار في المراحل الأولى من عملية التصميم.

في هذا التكوين، تعمل الألواح الحرارية PVT كمصدر حرارة لمضخة حرارية تعمل بنظام التحويل من المحلول الملحي إلى الماء أو من السائل إلى الماء. في بعض المشاريع، يمكن لتقنية PVT أن تقلل الاعتماد على الحلقات الأرضية أو الآبار. هذا الخيار مثير للاهتمام بشكل خاص في المواقع الحضرية حيث يكون الحفر مكلفًا أو مقيدًا أو مستحيلًا.

كيف يعمل

تقوم الدائرة الحرارية PVT بتدوير المحلول الملحي أو الجليكول عبر الألواح. تتصل هذه الحلقة المصدرية بمضخة حرارية لتحويل الماء المالح إلى ماء عادي، على غرار الطريقة التي تتصل بها الحلقة الأرضية عادةً بجانب المبخر. تقوم مضخة الحرارة باستخراج الحرارة ذات درجة الحرارة المنخفضة من حلقة التحويل الحراري الكهروضوئي وتعمل على تحسينها لتسخين المساحات أو توفير المياه الساخنة للاستخدام المنزلي.

بحث نُشر فيمجلة PV وقد وثقت الدراسات الأكاديمية محاكاة الأداء الموسمي لألواح PVT في أنظمة مضخات الحرارة التي تعمل بالماء المالح لتدفئة المنازل ذات العائلات الواحدة، مما يوضح أن هذا المفهوم قابل للتطبيق تقنياً في ظل ظروف مناسبة.

مشاريع بيست-فيت

هذا التكوين مناسب للمباني الحضرية التي يُمنع فيها الحفر، ومشاريع التحديث ذات المساحة الأرضية المحدودة، والمواقع التي تكون فيها تكلفة الحفر مرتفعة للغاية، والمشاريع التي تستخدم مضخات حرارية لتحويل الماء المالج إلى ماء، والمباني التي تسعى للحصول على الكهرباء الشمسية ومصدر حرارة منخفض الحرارة.

فحوصات التصميم الرئيسية

يجب على فرق التصميم والبناء والتشغيل تأكيد الحد الأدنى لدرجة حرارة مصدر التدفئة في فصل الشتاء، وحجم مصفوفة الألواح الشمسية الحرارية مقارنة بالاحتياجات الحرارية للمبنى، ونطاق تشغيل مضخة الحرارة، وتركيز المحلول الملحي أو الجليكول، واستراتيجية الحماية من التجمد أو إزالة الجليد، وما إذا كانت الألواح الشمسية الحرارية هي المصدر الوحيد أو مصدر مكمل، وتوقعات الأداء الموسمي.

القيود الرئيسية

تختلف درجة حرارة مصدر PVT أكثر من درجة حرارة الأرض. تُعتبر الحلقات الأرضية عادةً أكثر استقرارًا، بينما يعتمد إنتاج الألواح الشمسية الكهروضوئية على الإشعاع الشمسي ودرجة حرارة البيئة والرياح والموسم. هذا يعني أن تحديد المقاسات بدقة أمر ضروري. بالنسبة لبعض المشاريع، قد يقلل نظام PVT من حجم الثقب بدلاً من استبدال الحلقة الأرضية بالكامل.