لا تكتفِ بتركيب الألواح الكهروضوئية! فالألواح الكهروضوئية تُضاعف الطاقة والحرارة، مما يُضاعف كفاءة الطاقة لديك!

في ظل أهداف "الكربون المزدوج"، تتسارع وتيرة استبدال الطاقة النظيفة. ومع ذلك، تتضح بشكل متزايد محدودية استخدام الطاقة الشمسية التقليدية: فالألواح الكهروضوئية تُولّد الكهرباء فقط، بينما تُولّد سخانات المياه الشمسية الحرارة فقط، مما يُؤدي إلى هدر مضاعف للمساحة والطاقة. يُعالج ظهور منتجات الطاقة الشمسية الحرارية (PVT) هذه المشكلة بدقة: إذ يُمكن لوحدة واحدة توليد الكهرباء والحرارة معًا، مع استعادة الطاقة الحرارية الشمسية المُهدرة بالكامل، ومضاعفة معدل استخدامها الإجمالي. سنستكشف اليوم القيمة الفريدة للطاقة الشمسية الحرارية (PVT) من خلال تعريفها ومبادئها وتطبيقاتها!

ما هو PVT؟

PVT هو اختصار.

1.PV: الطاقة الشمسية الكهروضوئية، تشير إلى مكون توليد الطاقة الكهروضوئية.

2. T: حراري، يشير إلى مكون استخدام الطاقة الشمسية الحرارية.

3. الاسم الكامل: المجمع الحراري الشمسي الكهروضوئي

تشمل أسماء السوق الأخرى: وحدة الطاقة الحرارية الكهروضوئية PVT، والطاقة الحرارية الشمسية PVT (النظام المتكامل)، ومجمع PVT، ونظام الحرارة والطاقة المشترك، والنظام الحراري الكهربائي المزدوج.

تستخدم شركة PVT تقنية اقتران الطاقة الشمسية الحرارية لتحقيق توليد مشترك للحرارة والكهرباء ضمن وحدة واحدة. تجمع هذه التقنية الحرارة المتولدة أثناء عملية تحويل الطاقة الكهروضوئية في الألواح الشمسية، مع الحفاظ على درجة حرارة سطح اللوح ضمن نطاق الكفاءة الأمثل (25-45 درجة مئوية). هذا يُسهم في التقاط الحرارة بفعالية مع تحسين كفاءة توليد الطاقة.

أصل PVT

يبلغ معدل تحويل الطاقة لكل وحدة مساحة (كهرباء إلى حرارة) في الألواح الكهروضوئية حوالي 20%، بينما لا يتجاوز 70% في المجمعات الشمسية المسطحة. في الألواح الكهروضوئية، يُهدر ما يقرب من 80% من الطاقة لكل وحدة مساحة على شكل حرارة. لذلك، أصبح إيجاد طريقة لتحسين كفاءة وحدة توليد الطاقة الكهروضوئية بفعالية مع استخلاص الحرارة المتبقية للاستخدام المتكامل للطاقة الحرارية والكهربائية، اتجاهًا تطويريًا رئيسيًا. ومن هنا نشأت فكرة "المجمع الشمسي الكهروضوئي الحراري المتكامل" (PVT).

تحليل هيكلي PVT

تتمثل الميزة الأساسية لـ PVT في تصميمها التعاوني:

وحدة الخلايا الكهروضوئية: مسؤولة عن توليد الكهرباء، وتعمل بمثابة "محول كهرباء" للطاقة الشمسية.

يعمل هذا المكوّن بشكل مشابه للألواح الكهروضوئية الشائعة، حيث تُشكّل الخلية الكهروضوئية (مثل السيليكون أحادي البلورة، أو السيليكون متعدد البلورات، أو خلايا الأغشية الرقيقة) قلبها. عندما تسقط أشعة الشمس على الخلية، تُثير الفوتونات الإلكترونات في شبه الموصل، مولدةً تيارًا كهربائيًا، وبالتالي تُولّد الكهرباء. يمكن استخدام هذه الكهرباء مباشرةً في المنازل والأجهزة (مثل تشغيل الأجهزة المنزلية والإضاءة)، أو تخزينها في بطاريات، أو تغذيتها بالشبكة الكهربائية لتوفير الإيرادات.

وحدة T: مسؤولة عن توليد الحرارة، وتعمل كجهاز "استعادة الحرارة" للطاقة الشمسية.

هذا هو الفرق الرئيسي بين الألواح الكهروضوئية الشمسية (PVT) والألواح الكهروضوئية التقليدية. تحت الوحدة الكهروضوئية (الخلية الكهروضوئية)، توجد قناة تبادل حراري (عادةً ما تكون أنبوبًا معدنيًا، يمر عبره "وسط نقل الحرارة" كالماء أو الهواء أو الزيت الحراري). عند تشغيل الألواح الكهروضوئية التقليدية، لا يتحول 30% إلى 50% من الطاقة الشمسية التي تستقبلها إلى كهرباء، بل يتحول إلى حرارة، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة اللوح (كلما ارتفعت درجة الحرارة، انخفضت كفاءة الخلية الكهروضوئية). أما الوحدة الكهروضوئية الشمسية (T) فتعيد تدوير هذه الحرارة بفعالية: يتدفق وسط نقل الحرارة عبر القناة، مما يزيل الحرارة من اللوح الكهروضوئي. هذا لا يقلل درجة حرارة اللوح ويحافظ على كفاءة توليد الطاقة فحسب، بل يزيد أيضًا من درجة حرارة وسط نقل الحرارة، محولًا إياه إلى ماء ساخن أو هواء ساخن صالح للاستخدام المنزلي والصناعي.

كيف يعمل PVT

يتم تحويل جزء من الإشعاع الشمسي إلى كهرباء من خلال التأثير الكهروضوئي.

تولد الإلكترونات الحرارة أثناء هجرتها.

يتم نقل هذه الحرارة إلى الوسط داخل قناة المجمع ومن ثم نقلها إلى خزان تخزين الحرارة.

ويؤدي هذا إلى تحسين كفاءة توليد الطاقة مع التقاط الحرارة الزائدة في الوقت نفسه، مما يحقق توليدًا مشتركًا فعالًا.

الإحصائيات الرئيسية مثيرة للإعجاب:

يتم تحويل حوالي 20% من الطاقة الشمسية إلى كهرباء.

يتم تحويل حوالي 60% من الطاقة الشمسية إلى حرارة.

يصل معدل استخدام الطاقة الإجمالي إلى 80%، أي أكثر من أربعة أضعاف معدل استخدام الألواح الكهروضوئية التقليدية!

مزايا PVT

1. كفاءة مضاعفة: توفر وحدات الطاقة الشمسية والحرارية طاقة ثنائية الاتجاه

تعمل وظيفة استرداد الحرارة في وحدة T على تبريد اللوحة الكهروضوئية. عادةً، مع كل زيادة درجة حرارة اللوحة بمقدار درجة مئوية واحدة، تنخفض كفاءة توليد الطاقة بنسبة 0.4% إلى 0.5%. من خلال الإزالة المستمرة للحرارة، تحافظ تقنية PVT على درجة حرارة اللوحة أقل بمقدار 10-20 درجة مئوية من الألواح التقليدية، مما يزيد من كفاءة توليد الطاقة بنسبة 5% إلى 15%.

حتى لو لم يُحوَّل ضوء الشمس الذي تمتصه الألواح الكهروضوئية إلى كهرباء، يُمكن استعادته كحرارة - أي استخدام "كمية قليلة جدًا من ضوء الشمس" مرتين: الأولى لتوليد الكهرباء، والثانية لتوليد الحرارة. هذا يزيد من إجمالي معدل استخدام الطاقة الشمسية من 15% إلى 20% (لتوليد الطاقة فقط) للألواح الكهروضوئية التقليدية إلى 60% إلى 80% (كهرباء + حرارة).

2. توفير المساحة: يضاعف استخدام المساحة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تكون فيها الأرض ذات قيمة عالية.

سواءً على سطح منزل، أو مبنى صناعي أو تجاري، أو موقع مشروع خارجي، فإن المساحة محدودة. تتطلب الحلول التقليدية مساحات منفصلة لألواح الطاقة الشمسية وسخانات المياه الشمسية. أما أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية، فتدمج كليهما في وحدة واحدة، مما يتيح توليد الطاقة والحرارة في مساحة واحدة - أي "تحقيق فائدتين من سطح واحد".

3. فعّالة من حيث التكلفة: تكاليف تركيب وتشغيل منخفضة، وفوائد مضاعفة

تكلفة التركيب: تتطلب الحلول التقليدية فرق تركيب منفصلة للأنظمة الكهروضوئية وفرق تركيب سخانات المياه، مما يؤدي إلى تركيبين وشحنتين للمواد. أما نظام PVT فهو نظام متكامل يمكن تركيبه دفعة واحدة، مما يلغي تكاليف العمالة والمواد المكررة (مثل الأقواس والأنابيب). كما أن تكاليف التركيب أقل بنسبة 15% إلى 25% من التركيبات المنفصلة.

تكاليف التشغيل والصيانة: يستخدم PVT عددًا أقل من المكونات (وحدة واحدة تحل محل اثنتين)، مما يؤدي إلى تقليل أعمال التفتيش والصيانة.

فوائد مزدوجة: بالإضافة إلى توليد الكهرباء (توفيرها ببيعها أو استخدامها بنفسك)، يمكنك أيضًا توفير تكاليف شراء الماء الساخن (مثل فواتير الغاز والكهرباء). الفوائد الإجمالية على المدى الطويل أعلى بنسبة ٢٠٪ إلى ٣٠٪ من الحلول التقليدية.

عمر خلية الطاقة الشمسية الممتد: تتمتع الألواح الشمسية، بسبب درجة حرارتها المستقرة، بعمر أطول من الألواح الشمسية التقليدية (عادة ما يصل إلى 25-30 عامًا، وهو مماثل للألواح التقليدية، ولكن مع انخفاض مخاطر الفشل).

4. فائق الحرص على البيئة: انبعاثات كربونية صفرية، مما يساعد على تقليل ثاني أكسيد الكربون

لا ينبعث من تقنية PVT أي ثاني أكسيد الكربون أثناء التشغيل ويمكنها توفير الكهرباء المتجددة والحرارة للمباني والعمليات الصناعية، مما يلبي احتياجات التنمية منخفضة الكربون والصديقة للبيئة.

سيناريوهات تطبيق PVT

سيناريوهات تطبيق أوسع: يمكن استخدامها من المنزل إلى الصناعة

تتميز خصائص الإخراج المزدوجة "الكهرباء + الحرارة" من PVT بالقدرة على التكيف مع احتياجات السيناريوهات المختلفة، وخاصة السيناريوهات التي "تحتاج إلى كل من الكهرباء والحرارة":

(1) سيناريو المنزل: تلبية احتياجات الكهرباء اليومية (الإضاءة والأجهزة المنزلية) + الماء الساخن المنزلي (الاستحمام وغسل الخضروات وتدفئة حمام السباحة)، ويمكن حتى توصيله بأنظمة التدفئة الأرضية لتحقيق التدفئة الشتوية.

(2) السيناريو الصناعي والتجاري: تستخدم المصانع PVT لتوليد الكهرباء لمعدات الإنتاج، واستخدام طاقة الحرارة المولدة لتدفئة الورشة، والحرارة الصناعية (البسترة، والتنظيف)، وتجفيف المنتجات (مثل معالجة الأغذية، ومصانع النسيج)؛ تستخدم الفنادق والمستشفيات PVT لتوليد الكهرباء + الماء الساخن لتقليل تكاليف التشغيل.

(3) السيناريو الزراعي: تستخدم البيوت الزجاجية الطاقة الحرارية الذاتية لتوليد الكهرباء لمعدات التهوية والري، وتستخدم الطاقة الحرارية للحفاظ على درجة حرارة البيوت الزجاجية (العزل الشتوي) لزيادة غلة المحاصيل.

حالة تطبيق PVT الناجحة