ما يفعله نظام المضخة الحرارية PVT

يستخدم نظام المضخة الحرارية PVT نفس مساحة الألواح الشمسية لإنتاج الكهرباء وجمع الحرارة منخفضة الحرارة للمضخة الحرارية أو دائرة الماء الساخن.يحول لوح PV التقليدي جزءًا من ضوء الشمس إلى كهرباء ويطلق الباقي كحرارة. يضيف لوح PVT مبادل حراري أو قناة هواء خلف طبقة PV بحيث يصبح جزء من هذه الحرارة طاقة مفيدة.

منطق التشغيل بسيط:

ضوء الشمس -> كهرباء PV + حرارة منخفضة
حرارة منخفضة -> مصدر المضخة الحرارية أو تسخين مسبق للماء الساخن المنزلي
مضخة حرارية -> ماء بدرجة حرارة أعلى للتدفئة المكانية أو الماء الساخن

هذا مهم لأن المضخة الحرارية لا تولد الحرارة بنفس طريقة السخان الكهربائي المقاوم. فهي تنقل الحرارة من مصدر إلى مصرف، وتُقاس كفاءتها بمعامل الأداء (COP)، وهو النسبة بين ناتج الحرارة المفيد والمدخل الكهربائي.¹درجة حرارة المصدر الأعلى عادةً ما تقلل من رفع درجة الحرارة وتساعد المضخة الحرارية على العمل بكفاءة أكبر.

لذا، فإن ألواح PVT ليست مجرد "ألواح شمسية بأنابيب." بل هي وسيلة لربطالكهرباء الشمسية، والحرارة الشمسية المستعادة، وتشغيل المضخة الحراريةفي نظام طاقة واحد للمبنى.

عندما تحسن PVT أداء المضخة الحرارية

تحسن PVT أداء المضخة الحرارية عندما توفر الدائرة الحرارية للمضخة مصدرًا أكثر دفئًا أو استقرارًا من الهواء المحيط وحده.هذا هو الأكثر قيمة في الصباح البارد، وفصول الكتف، وأيام الشتاء المشمسة عندما تعمل المضخة الحرارية بجد ولكن سطح PVT لا يزال قادرًا على جمع الإشعاع.

العلاقة الرئيسية للمضخة الحرارية هي:

في التصميم العملي، تكون حرارة PVT أكثر فائدة عند10–45 درجة مئوية. هذا النطاق ليس ساخنًا بما يكفي لاستبدال كل تطبيق غلاية، لكنه مفيد جدًا لـ:

• دعم مصدر المضخة الحرارية؛

• تسخين مسبق للمياه المنزلية الساخنة قبل السخان النهائي؛

• تدفئة الفضاء بدرجة حرارة منخفضة؛

• تدفئة حمام السباحة؛

• تسخين مسبق للتهوية أو الهواء النقي باستخدام الخلايا الكهروضوئية الحرارية الهوائية؛

• تسخين مسبق للعمليات حيث يُقبل الماء الدافئ أو الهواء الدافئ.

تلاحظ وزارة الطاقة الأمريكية أنه يمكن استخدام تسخين المياه بالطاقة الشمسية في أي مناخ عند اختيار نوع النظام بشكل صحيح، وتنقل مضخات الحرارة للمياه الحرارة بدلاً من توليدها مباشرة.²يجمع تصميم الخلايا الكهروضوئية الحرارية + مضخة الحرارة بين هاتين الفكرتين: يتم التقاط الحرارة الشمسية عند درجة حرارة منخفضة مفيدة، ثم تقوم مضخة الحرارة برفعها عند الحاجة إلى درجة حرارة مياه أعلى.

أنواع الأنظمة

تعتمد أفضل بنية لمضخة الحرارة الكهروضوئية الحرارية على ما إذا كان المشروع يستخدم الماء/الجليكول، أو الهواء، أو التسخين المسبق المباشر، أو حلقة جانب المصدر.لا تختار اللوحة أولاً. اختر مسار استخدام الحرارة أولاً.

لدى Soletks عائلات منتجات كهروضوئية حرارية وهجينة حالية لمقارنة المشاريع، بما في ذلك حلول الألواح الشمسية الكهروضوئية الحراريةتم ترجمة النص إلى اللغة العربية كالتالي: "تم ترجمة النص إلى اللغة العربية كالتالي:أنظمة شمسية هجينة من نوع PVT-Tوالـ...وحدة PVT هوائية من طراز APVT-590. بالنسبة لمشاريع المضخات الحرارية، يجب اختيار المنتج بعد تأكيد ناقل الحرارة، درجة الحرارة المستهدفة، معدل التدفق، ومساحة السطح المتاحة.

PVT مقابل PV + مضخة حرارة مقابل الطاقة الشمسية الحرارية + مضخة حرارة

PVT ليس دائمًا أفضل من PV، وليس دائمًا أفضل من الطاقة الشمسية الحرارية.يفوز عندما تكون إنتاجية السقف مهمة وعندما يكون لكل من الكهرباء والحرارة المنخفضة الحرارة قيمة.

الخطأ الشائع هو مقارنة PVT مع PV على أساس تكلفة الكهرباء فقط. وهذا يجعل PVT تبدو باهظة الثمن لأنه يتجاهل المخرجات الحرارية. الخطأ الثاني هو مقارنة PVT مع الطاقة الشمسية الحرارية على أساس المخرجات الحرارية فقط. وهذا يتجاهل المخرجات الكهربائية. بالنسبة للمشاريع المحدودة السقف مع طلب حراري مؤكد، المقارنة العادلة هيالطاقة السنوية المفيدة لكل متر مربع من السقفوكمية تلك الطاقة التي يمكن للمبنى استخدامها فعليًا.

المعايير والوثائق المطلوبة

يجب أن يفصل اقتراح مضخة حرارة PVT بين الامتثال الكهروضوئي، واختبار المجمع الحراري، واختبار مضخة الحرارة، وسلامة التركيب.اسأل المورد أو مصمم النظام عن المستندات التي تنطبق على المنتج والسوق المحددين.

هذه المعايير لا تثبت أن مشروعًا معينًا سيوفر الطاقة. بل تجعل ادعاءات الأداء قابلة للتدقيق، حتى يتمكن المشتري من مقارنة العروض على نفس الأساس

منطق التحجيم

يبدأ حساب حجم مضخة الحرارة الكهروضوئية الحرارية من الطلب على الحرارة، وليس من عدد الألواح.يتطلب الحساب الأولي الجيد خمس خطوات:

1. تقدير الطلب اليومي على الحرارة.

2. تحديد نسبة الطاقة الشمسية أو هدف دعم المضخة الحرارية.

3. تحديد نطاق درجة حرارة النظام الكهروضوئي الحراري القابل للاستخدام: استخدم 10–45 درجة مئوية للفحص الأولي للمصدر/التسخين المسبق وأضف دعمًا احتياطيًا لدرجة حرارة 55–60 درجة مئوية للمياه الساخنة المنزلية.

4. مطابقة مساحة النظام الكهروضوئي الحراري مع الناتج الحراري المفيد ومساحة السطح.

5. تحديد حجم التخزين، ومعدل التدفق، وانخفاض الضغط، واستراتيجية التحكم قبل عرض السعر النهائي.

الصيغ الأساسية

استخدم هذه الصيغ الأولية قبل المحاكاة:

طاقة تسخين المياه اليومية (كيلوواط ساعة/يوم)
= حجم المياه (لتر/يوم) × ارتفاع درجة الحرارة (درجة مئوية) × 0.001163

الحرارة الشمسية/الكهروضوئية الحرارية المفيدة المطلوبة (كيلوواط ساعة/يوم)
= الطلب اليومي على الحرارة × نسبة المساهمة الشمسية المستهدفة

المساحة الحرارية التقريبية للنظام الكهروضوئي الحراري (م²)
= الحرارة الكهروضوئية الحرارية المفيدة المطلوبة / العائد الحراري اليومي المفيد لكل م²

مدخلات الكهرباء للمضخة الحرارية (كيلوواط ساعة)
= الحرارة المقدمة (كيلوواط ساعة) / معامل الأداء

للتخطيط المبكر، استخدم قيم العائد الحراري المفيد المتحفظة:

ملاحظة مصدر لقيم الفحص:استخدم هذه النطاقات فقط لفرز طلبات العروض، ثم استبدلها ببيانات الإشعاع المحلية، وبيانات اختبار المجمعات وفقًا لمعيار ISO 9806 أو ما يعادله، ومنحنيات أداء المضخة الحرارية المقاسة، وفقدان التخزين، وجدول التشغيل قبل الشراء.

مثال عملي

مبنى سكني مكون من 40 شقة مع طلب ماء ساخن 3000 لتر/يوم يمكنه استخدام PVT كطبقة تسخين مسبق ودعم للمضخة الحرارية، لكنه لا يزال بحاجة إلى تخزين واحتياطي.

الافتراضات:

حساب:

المعادلة:
الطلب اليومي للحرارة = حجم الماء × ارتفاع درجة الحرارة × 0.001163

التعويض:
3,000 لتر/يوم × 40 درجة مئوية × 0.001163 = 139.6 كيلوواط ساعة/يوم

المساهمة المستهدفة المفيدة من PVT:
139.6 كيلوواط ساعة/يوم × 35% = 48.9 كيلوواط ساعة/يوم

المساحة التقريبية لـ PVT:
48.9 كيلوواط ساعة/يوم ÷ 2.2 كيلوواط ساعة/م²/يوم = 22.2 م²

التوصية:
ابدأ المفهوم بحوالي 22-25 م² من المساحة الحرارية لـ PVT، ثم تحقق
من بيانات المناخ، وحجم التخزين، ومنحنيات المضخة الحرارية، وتخطيط السقف.

الكهرباء عند COP 3.2 = 139.6 / 3.2 = 43.6 كيلوواط ساعة/يوم
الكهرباء عند COP 3.8 = 139.6 / 3.8 = 36.7 كيلوواط ساعة/يوم
توفير الفحص = 6.9 كيلوواط ساعة/يوم أثناء التشغيل المدعوم

يوضح هذا المثال التوقع الصحيح للمشتري: لا يجعل نظام PVT المضخة الحرارية غير ضرورية. بل يقلل من عبء العمل، ويوفر طاقة التسخين المسبق، وينتج الكهرباء من نفس المساحة، ويحسن التوازن الموسمي للطاقة في النظام عندما يكون مصرف الحرارة متاحًا أثناء أو بعد إنتاج الطاقة الشمسية.

في مناقشات التصميم الأولي لشركة Soletks، فإن سيناريو الشقة الذي يستهلك 3000 لتر/يوم هو نوع الحالات التي يتحقق فيها فريق الهندسة أولاً من مساحة السطح وحجم التخزين قبل التوصية بمصفوفة PVT. إن مدخلات مُقاسة مثل3000 لتر/يومالطلب على الماء الساخن أكثر فائدة من طلب عام لـ "نظام مضخة حرارية شمسية" لأنه يسمح بتحقيق توازن طاقة حقيقي.

استراتيجية التحكم

يقرر نظام التحكم ما إذا كانت حرارة PVT تصبح طاقة مفيدة أم حرارة مهدرة.يحتاج نظام المضخة الحرارية الكهروضوئية الحرارية (PVT) إلى قاعدة واضحة لتحديد وقت تدوير السائل أو الهواء، ووقت شحن التخزين، ووقت تجاوز المضخة الحرارية.

منطق التحكم الموصى به:

يجب أن يتبع الجانب الكهروضوئي (PV) الممارسات القياسية لسلاسل الألواح الكهروضوئية والعاكس وحماية التيار المستمر والتأريض والمراقبة. يجب معالجة الجانب الحراري كنظام هيدرونيكي أو هوائي حقيقي، مع موازنة التدفق والعزل والتحكم في التكثيف وصمامات الخدمة وأجهزة الاستشعار والحماية من التجمد حيث تتطلب درجة الحرارة المحيطة التصميمية ذلك.

قائمة التحقق من التصميم

يجب أن يجتاز مشروع المضخة الحرارية الكهروضوئية الحرارية هذه الفحوصات قبل تقديم عرض السعر.

أنماط الفشل الشائعة

معظم مشاكل مضخات الحرارة الكهروضوئية الحرارية تنشأ من عدم تطابق الطلب، أو سوء التصميم الحراري، أو توقعات درجات حرارة غير واقعية.

1. لا يوجد مصرف حراري مفيد.إذا كان المبنى لا يستطيع استخدام الحرارة المنخفضة، يصبح الجانب الحراري عبئًا تكلفة.

2. مصفوفة كبيرة جدًا مع تخزين صغير جدًا.يسخن النظام في الصيف ويساهم قليلاً في الشتاء.

3. لم يتم الموافقة على توصيل المضخة الحرارية.بعض المضخات الحرارية غير مصممة لحلقة مصدر PVT مخصصة.

4. توقع مياه ساخنة منزلية بدرجة حرارة عالية.نظام PVT قوي للتسخين المسبق ودعم المصدر، وليس لتوفير إمداد مستقل بدرجة 65 درجة مئوية في كل مناخ.

5. تم تجاهل تدفق الهواء أو معدل التدفق.التدفق المنخفض يزيد درجة الحرارة لكنه قد يقلل من نقل الحرارة المفيد؛ التدفق المفرط يزيد من طاقة المضخة أو المروحة.

6. لا توجد خطة للتجمد أو الركود.حلقات الطاقة الشمسية الخارجية تحتاج إلى حماية من الظروف القاسية في الشتاء والصيف.

مدخلات المشتريات وطلب العروض.

يجب أن يوفر طلب العروض الجاد للبائع بيانات كافية لتقييم ما إذا كان نظام PVT مناسبًا.أرسل هذه المدخلات إلى Soletks قبل طلب السعر النهائي:

• موقع المشروع وأقرب مدينة؛

• نوع المبنى وجدول التشغيل؛

• مساحة السطح المتاحة، الميل، الاتجاه، التظليل، ومادة السقف؛

• العلامة التجارية للمضخة الحرارية، الطراز، السعة، نوع المبرد، ونطاق درجة حرارة المصدر المسموح به؛

• حجم الماء الساخن اليومي باللتر؛

• درجة حرارة مدخل الماء البارد ودرجة حرارة الماء الساخن المستهدفة؛

• نوع التدفئة الفضائية: تدفئة أرضية، ملف مروحة، مشعاع، مسبح، أو حرارة عملية؛

• حجم خزان التخزين الحالي أو المخطط؛

• نوع PVT المفضل: قائم على الماء/جليكول أو الهواء؛

• متطلبات التوصيل الكهربائي، خطة العاكس، ومتطلبات المراقبة؛

• متطلبات الحماية من التجمد وأدنى درجة حرارة محيطة تصميمية؛

• الوثائق المستهدفة: ورقة بيانات، رسم، مخطط توصيلات، مخطط هيدروليكي، قائمة تعبئة، ضمان، ومراجع اختبار.

يمكن لـ Soletks مراجعة ما إذا كانتلوحة شمسية PV-Tحل،نظام شمسي هجين PVT-Tتم ترجمة النص إلى اللغة العربية كالتالي: "تم ترجمة النص إلى اللغة العربية كالتالي:وحدة PVT هوائية من طراز APVT-590، أو المجمع الشمسي الحراري التقليدي هو الأنسب. إذا كان المشروع لا يزال في مرحلة التصور، أرسل الحمل الحراري ومساحة السطح أولاً؛ يمكن أن يتبع اختيار المنتج لاحقًا.

لدعم الهندسة، أرسل مدخلات مشروعك عبر صفحة الاتصال بـ Soletksواطلب مراجعة جدوى المضخة الحرارية الكهروضوئية الحرارية. تتضمن الرسالة الأولى المفيدة الموقع، مساحة السطح، نموذج المضخة الحرارية، حجم الماء الساخن اليومي، ودرجة حرارة الإمداد المستهدفة.

مصفوفة قرار المشتري

اختر النظام الكهروضوئي الحراري مع المضخة الحرارية فقط عندما تكون قيمة الإخراج المزدوج واضحة.

التعليمات

المصادر