Гибридный фотоэлектрический тепловой модуль PVT-E

1. Обзор продукта

В настоящее время двумя основными технологиями, интегрирующими солнечную энергию в здания, являются солнечные тепловые коллекторы и фотоэлектрические (ФЭ) модули, которые способствуют глобальному переходу к углеродно-нейтральным зданиям. Однако каждая из этих технологий традиционно обеспечивает только один вид энергии: фотоэлектрические модули генерируют электроэнергию, а солнечные тепловые коллекторы — тепло. Ни одна из этих технологий сама по себе не способна одновременно удовлетворить комплексные потребности современного здания в электроэнергии, отоплении, охлаждении и горячем водоснабжении. Это структурное ограничение приводит как к неоптимальному использованию энергии, так и к неэффективному использованию доступных площадей здания.

Гибридная фотоэлектро-тепловая (PVT) технология представляет собой системное решение этой проблемы. Объединяя фотоэлектрические и солнечно-тепловые функции в одном интегрированном модуле, технология PVT позволяет одновременно производить электроэнергию и тепло из одной и той же солнечной апертуры. Таким образом, можно более эффективно использовать весь энергетический потенциал солнечного спектра, преобразуя падающее солнечное излучение как в электрическую, так и в тепловую энергию со значительно более высокой общей эффективностью системы.

Гибридный модуль PVT-E — это передовое устройство преобразования энергии, которое преобразует солнечное излучение в полезную электрическую и тепловую энергию в одном компоненте. Его ключевое новшество заключается в соединении подсистемы сбора тепловой энергии непосредственно с задней стороной фотоэлектрического модуля через интегрированную структуру отвода тепла. Такая конфигурация позволяет рекуперировать и повторно использовать тепло, выделяемое в процессе фотоэлектрического преобразования, вместо того, чтобы рассеивать его в окружающую среду.

Тепловая и электрическая подсистемы не просто механически объединены, а спроектированы совместно с учетом соответствующих диапазонов рабочих температур и характеристик преобразования энергии. Благодаря скоординированному проектированию теплоэлектрической системы модуль PVT-E обеспечивает стабильную и эффективную работу обеих функций в динамичных условиях окружающей среды. Такая скоординированная работа минимизирует внутренние потери энергии, стабилизирует рабочую температуру фотоэлектрической системы и значительно повышает общую эффективность использования солнечной радиации.

По сравнению с обычными автономными фотоэлектрическими модулями, модуль PVT-E увеличивает суммарную выработку электрической и тепловой энергии примерно в два-три раза на единицу площади. Это делает его пригодным для широкого спектра применений в зданиях и инфраструктуре, включая отопление помещений, горячее водоснабжение и низкотемпературное теплоснабжение промышленных предприятий. Заменяя традиционные источники энергии на основе ископаемого топлива, модуль PVT-E напрямую способствует сокращению выбросов парниковых газов и поддерживает долгосрочную декарбонизацию строительной отрасли.

2. Преимущества продукта

(1) Преимущество эффективности

Модуль PVT-E обеспечивает значительно более высокую общую энергоэффективность, чем фотоэлектрические модули или солнечные тепловые коллекторы, работающие независимо. За счет интеграции рекуперации тепла с выработкой электроэнергии система достигает комбинированной эффективности использования солнечной энергии до 80%.

Производительность фотоэлектрических элементов сильно зависит от рабочей температуры. Для солнечных элементов из кристаллического кремния каждое повышение температуры элемента на 1 °C обычно снижает эффективность преобразования электроэнергии примерно на 0,3–0,5%. Модуль PVT-E активно отводит тепло с обратной стороны фотоэлектрических элементов, поддерживая температуру элемента в оптимальном диапазоне и тем самым стабилизируя и повышая выходную электрическую мощность, одновременно производя полезную тепловую энергию.

Эта двойная выгода — улучшение электрических характеристик и восстановление тепловой мощности — создает синергетический эффект повышения эффективности, недостижимый при использовании отдельных фотоэлектрических и тепловых систем.

(2) Преимущество в использовании пространства

В условиях плотной городской застройки и современных архитектурных решений площадь крыш и фасадов часто ограничена. Модуль PVT-E производит как электроэнергию, так и тепло с одной и той же площади поверхности, фактически удваивая функциональную выработку энергии на квадратный метр.

По сравнению с традиционным подходом, предполагающим установку отдельных фотоэлектрических панелей и солнечных тепловых коллекторов, система PVT-E сокращает необходимую площадь установки примерно на 50%, что позволяет повысить плотность энергии на крышах и ограждающих конструкциях зданий без увеличения конструктивной площади.

(3) Экологическое преимущество

Система PVT-E работает без прямых выбросов углекислого газа. Она обеспечивает здания и промышленные процессы возобновляемой электроэнергией и возобновляемым теплом, напрямую заменяя источники энергии на основе ископаемого топлива, такие как уголь, нефть и природный газ.

Благодаря использованию одного возобновляемого источника энергии для обоих видов производства, модуль PVT-E способствует существенному сокращению выбросов углекислого газа в процессе эксплуатации и поддерживает долгосрочные цели по смягчению последствий изменения климата как в строительном, так и в промышленном секторах.

(4) Экономическое преимущество

Совместное производство электроэнергии и тепла создает два параллельных потока экономической выгоды из одной инвестиции. Пользователи одновременно получают выгоду от сокращения закупок электроэнергии и снижения потребления топлива для отопления.

Кроме того, поддерживая более низкие рабочие температуры фотоэлектрических элементов, система снижает тепловую нагрузку на материалы герметизации и электрические компоненты, продлевая срок службы модулей и снижая затраты на техническое обслуживание в течение всего жизненного цикла. Это приводит к улучшению долгосрочных финансовых показателей и более высокой окупаемости инвестиций по сравнению с традиционными солнечными решениями.

3. Основные технические показатели эффективности

(1) Теплоэлектрическая связь для оптимального использования энергии

Модуль PVT-E использует передовую технологию теплоэлектрического сопряжения для обеспечения интегрированного тепло- и электроснабжения от одного компонента. В процессе фотоэлектрического преобразования значительная часть поглощенного солнечного излучения преобразуется в тепло. Это тепло активно улавливается интегрированной тепловой подсистемой и отводится от фотоэлектрического слоя.

Контролируя температуру поверхности фотоэлектрических элементов в оптимальном диапазоне эффективности 25–45 °C, система поддерживает высокие электрические характеристики, одновременно рекуперируя тепловую энергию для нужд здания. В результате общая эффективность использования солнечной энергии превышает 80%.

(2) Контроль температуры для долговечности и надежности

Высокие рабочие температуры ускоряют старение материалов герметизации и электрической изоляции, а также увеличивают риск образования зон перегрева, которые могут повредить фотоэлектрические элементы. Активное управление тепловым режимом в системе PVT-E снижает тепловое напряжение, замедляет деградацию материалов и уменьшает риск образования зон перегрева.

В результате система не только продлевает срок службы модулей, но и увеличивает суммарную выработку электроэнергии за весь срок службы модуля более чем на 16% по сравнению с традиционными фотоэлектрическими системами, работающими при более высоких температурах.

(3) Передовая технология вакуумного ламинирования и термического отверждения

Модуль PVT-E преодолевает критические проблемы, связанные с вакуумным ламинированием и термоотверждением при производстве гибридных модулей. Благодаря оптимизированным процессам вакуумного ламинирования и термоотверждения, система обеспечивает бездефектную структурную интеграцию между фотоэлектрическими и тепловыми слоями.

Данный процесс устраняет микротрещины, пузырьки воздуха и дефекты расслоения, что обеспечивает стабильную работу в течение длительного времени, повышенную структурную надежность и устойчивую теплоэлектрическую эффективность на протяжении всего жизненного цикла изделия.

4. Технологические инновации и прорывы

(1) Высокоэффективное преобразование энергии и двойная оптимизация

Благодаря изучению механизмов фотоэлектрической и тепловой связи и созданию моделей переходных процессов, система обеспечивает точное управление параметрами рабочего тела с помощью ПИД-регулирования. Это позволяет поддерживать модуль в оптимальном температурном диапазоне, достигая электрической эффективности 22,4% и тепловой эффективности более 35%, что увеличивает общую эффективность использования солнечной энергии более чем в три раза по сравнению с традиционными системами.

(2) Интеграция спектрально-селективного покрытия

Система включает в себя многослойные спектрально-селективные покрытия, полученные с помощью комбинированных процессов PVD и CVD. Эти покрытия позволяют использовать широкий спектр солнечного излучения, оптимизируя эффективность поглощения и преобразования в широком диапазоне длин волн и максимизируя использование оптической энергии.

(3) Технология высокоэффективного теплообмена

Передовые процессы склеивания решают проблемы совместимости материалов, межслойной адгезии и контроля термических напряжений в вакуумных условиях. Оптимизированная схема отверждения с температурным градиентом и расположение теплораспределителей снижают межфазное термическое сопротивление и повышают как эффективность теплопередачи, так и долговременную стабильность.

(4) Конструкция с низкими тепловыми потерями

Благодаря многофизическому моделированию и анализу тепловых потерь, система объединяет композитную изоляцию из аэрогеля, расположенные в шахматном порядке изоляционные слои, селективные покрытия и вакуумную упаковку в комплексную архитектуру с низкими потерями. Это значительно снижает конвективные и радиационные тепловые потери, сохраняя качество тепловой энергии для практического применения.

5. Почему стоит выбрать солнечные батареи Soletks?

Компания Soletks Solar создала полную технологическую и производственную цепочку в области экологически чистой солнечной энергии. Компания владеет более чем 30 ключевыми патентами, охватывающими селективные абсорбирующие покрытия, теплоэлектрическую связь и интеграцию плоских тепловых систем, причем большинство технологий уже внедрены в промышленное производство.

Плоская платформа для испытаний на воздействие чистой энергии площадью 500 м², оснащенная спектральными анализаторами, системами измерения вольт-амперных характеристик и оборудованием для испытаний тепловых свойств, обеспечивает всестороннюю проверку продукции. Интеллектуальные производственные линии с уровнем автоматизации более 85% гарантируют стабильное качество, высокую эффективность производства и надежную доставку.

Благодаря глубокому техническому опыту, зрелости отрасли и строгому контролю качества, компания Soletks Solar предлагает клиентам, стремящимся к устойчивым энергетическим решениям, не только передовые продукты, но и долгосрочную техническую надежность.