Вопросы и ответы о гибридных панелях PVT

Да. Гибридная панель PVT (фотоэлектрическая-тепловая) соединяет солнечный тепловой абсорбер с обратной стороной обычного PV-ламината, так что одна панель отдает электроэнергию инвертору, а тепло — баку или тепловому насосу. Это устоявшийся сертифицированный класс продукции, а не прототип: тепловая часть испытывается по EN ISO 9806, электрическая — по IEC 61215 и IEC 61730. Solimpeks разрабатывает и производит собственные гибридные панели PV-T с 2008 года.

Солнечный свет попадает на PV-элементы, примерно пятая часть превращается в электроэнергию, а большая часть остального — в тепло. Жидкостный контур — вода с гликолем в медных или алюминиевых каналах, закрепленных на тыльной стороне ламината, — отводит это тепло в накопитель или тепловой насос, и в результате элементы работают при более низкой температуре. Поскольку кристаллический кремний теряет мощность при нагреве, панель немного выигрывает в обоих отношениях. Механизм описан в материале [гибридный коллектор PVT](knowledge/glossary/pvt-hybrid-collector).

С квадратного метра кровли — однозначно да; в расчете на евро, потраченный только на электроэнергию, — нет. Панель PVT вырабатывает электроэнергию в том же диапазоне, что и эквивалентный PV-модуль, и дополнительно дает полезное тепло, но стоит дороже, требует гидравлического контура и окупается только при реальной потребности в тепле, способной принять эту выработку. PVT выигрывает там, где площадь кровли — дефицитный ресурс, а тепло нужно круглый год.

В условиях Центральной Европы панель PVT, как правило, добавляет 200–350 кВт·ч полезного тепла на м² в год к 160–220 кВт·ч электроэнергии на м², которые произвел бы PV-модуль той же площади, — то есть примерно вдвое-втрое больше общей полезной энергии с той же кровли. К громким заявлениям о выигрыше в пять-шесть раз относитесь осторожно: в них низкотемпературное тепло сравнивают с электроэнергией киловатт-час к киловатт-часу, а это неравное сравнение.

Как мгновенный суммарный показатель — да: при холодном контуре неостекленная панель PVT может преобразовать 70–80% падающего на нее излучения в электроэнергию и низкопотенциальное тепло в данный момент. Сравнивать это с КПД PV-модуля около 20% нельзя, потому что большая часть этих 80% — это тепло при 20–40 °C, а не электроэнергия. Годовая выработка системы всегда значительно ниже пикового мгновенного значения.

На практике подтверждаются три преимущества: больше общей энергии с квадратного метра кровли; более холодные элементы и, следовательно, умеренный прирост электрической выработки; и — при использовании в качестве источника для теплового насоса — теплоснабжение без скважины, без наружного блока с вентилятором и без отдельного поля коллекторов. Одна система крепления и один набор проходок через кровлю обслуживают оба вида выработки, что упрощает монтаж.

Три момента, которые нужно учитывать: более высокая цена за панель по сравнению с PV, компенсируемая получением тепла и электроэнергии с одной и той же площади кровли; гидравлический контур с обслуживанием, которого требует любой солнечный контур, — проверка гликоля, расширительный бак, насос, контроллер; и необходимость реальной потребности в тепле, поскольку неиспользованное тепло не собирается, — поэтому PVT выбирают для зданий с круглогодичной потребностью в горячей воде или в качестве источника для теплового насоса. Если требовать от панели высокотемпературной горячей воды, элементы нагреваются сильнее, поэтому системы PVT проектируют с расчетом на низкие температуры контура.

Да, там, где места на кровле мало, а потребность в тепле сохраняется круглый год, — особенно когда тепловой насос использует панели как источник, заменяя наружный блок с вентилятором или скважину. На большой кровле при умеренной потребности в горячей воде отдельные PV-модули и солнечные коллекторы могут давать ту же энергию дешевле, поэтому решают площадь кровли и нагрузка. Этот компромисс разобран в материале [PVT или отдельные PV и солнечные коллекторы](knowledge/questions/pvt-vs-separate-pv-and-solar-thermal).

Она зависит от типа панели, а не только от солнца. Неостекленная панель (WISC) — низкотемпературное устройство, которое лучше всего работает, когда поступающий в нее теплоноситель имеет температуру, равную или ниже температуры окружающей среды, и на практике дает полезное тепло примерно в диапазоне 0–40 °C — именно то, что нужно испарителю теплового насоса, бассейну или баку предварительного подогрева. Остекленная панель PVT ведет себя как плоский коллектор и может поднять температуру накопителя до 60 °C и выше — ценой более горячих элементов и меньшей электрической выработки.

Гораздо ниже, чем у обычного коллектора, если панель неостекленная: без остекления и без передней изоляции ее максимальная температура без протока остается ниже примерно 100 °C, поэтому в таких панелях допустимы алюминиевые и полимерные компоненты. Остекленная панель PVT — другой случай: передняя и задняя изоляция могут поднять температуру выше 150 °C, поэтому материалы, теплоноситель и [расширительный бак](knowledge/glossary/expansion-vessel) должны быть рассчитаны на это. Сравните с 170–200 °C, которых достигает остекленный плоский коллектор при [стагнации](knowledge/glossary/stagnation-temperature).

Ее определяет антифриз, а не панель. Неостекленные панели PVT, используемые как источник для теплового насоса, по замыслу регулярно работают ниже 0 °C, а смесь пропиленгликоля с концентрацией около 40% по объему защищает примерно до −20 °C. Проверьте заявленную производителем минимальную рабочую температуру и подберите концентрацию [пропиленгликоля](knowledge/glossary/propylene-glycol) по самой холодной расчетной ночи в месте установки.

PV-часть работает при любом дневном свете, а тепловая часть продолжает работать так, как обычный коллектор не может. Поскольку неостекленная панель PVT обменивается теплом с окружающим воздухом, а не только с солнцем, она может поднимать температуру источникового контура теплового насоса даже в пасмурный зимний день и после захода солнца, когда воздух теплее контура. Прямая выработка горячей воды зимой действительно резко падает, поэтому системы PVT для холодного климата проектируют вокруг теплового насоса, а не вокруг прямого нагрева воды.

Да — неостекленное поле PVT может заменить скважину геотермальной системы или наружный блок с вентилятором воздушной, питая тепловой насос «рассол-вода». Тогда поле нужно подбирать по потребности испарителя теплового насоса, а не по потребности в горячей воде, и в большинстве проектов добавляют объем на стороне источника, чтобы контур без проблем проходил облачные периоды. Архитектура описана в материале [как панель PVT питает тепловой насос](knowledge/questions/how-does-a-pvt-panel-feed-a-heat-pump).

В качестве ориентира для планирования — примерно 2–3 м² неостекленных панелей PVT на 1 кВт теплопроизводительности теплового насоса, после чего подтвердите это моделированием системы. Реальное значение зависит от местного климата, сертифицированных коэффициентов эффективности панели и от того, должно ли поле покрывать всю нагрузку испарителя или работает вместе со вторым источником. Солнечный источник для теплового насоса нельзя подбирать только по эмпирическому правилу.

Да, и это нормально. Когда контур работает ниже точки росы, на панели собирается конденсат, а ниже 0 °C он превращается в иней, который в процессе образования добавляет скрытое тепло в источниковый контур. Обычно он сходит сам при солнце или повышении температуры воздуха, а некоторые контроллеры запускают короткую активную [оттайку](knowledge/glossary/defrost-cycle) теплым теплоносителем из накопителя; в отличие от воздушного агрегата, здесь нет ни вентилятора, ни шума.

Подбирайте панель по температуре, при которой будет работать ее контур. Нетеплоизолированная или оребренная неостекленная панель свободно обменивается теплом с воздухом, и это именно то, что нужно для источникового контура теплового насоса, работающего около температуры окружающей среды или ниже, потому что тогда она может собирать тепло окружающего воздуха при слабом солнце. Теплоизолированная или остекленная панель удерживает тепло и является правильным выбором, только если контур должен работать значительно выше температуры окружающей среды, например при прямом нагреве воды для ГВС.

Лицевое стекло, герметизирующая пленка и кристаллические элементы, как в любом PV-модуле; за ними — теплообменник из медных или алюминиевых каналов, часто цельный лист по технологии roll-bond на всю поверхность, закрепленный на ламинате; тыльная изоляция в остекленных типах; рама; и гидравлические присоединения на каждом конце. Электрическая часть заканчивается соединительной коробкой со стандартными PV-разъемами, поэтому панель подключается в обычную цепочку, как любой модуль.

Им нужен антифриз — как правило, смесь воды и пропиленгликоля 33–45% по объему, — потому что кровельный контур, оставленный с обычной водой, замерзнет и разорвет абсорбер. Панели, используемые как источник для теплового насоса, намеренно эксплуатируются ниже 0 °C, поэтому гликоль — это проектное требование, а не зимняя страховка. Проверяйте концентрацию и pH теплоносителя каждые 2–3 года.

Риск низкий, и это испытываемое свойство, а не вопрос мнений. [ISO 9806](knowledge/glossary/iso-9806) подвергает коллекторы испытанию на внешний тепловой удар — холодная вода распыляется на горячий коллектор — и испытанию на внутренний тепловой удар, при котором холодный теплоноситель подается в коллектор в состоянии стагнации; сертифицированная панель должна пережить оба без повреждений. Неостекленные панели PVT меньше всех подвержены этому, потому что никогда не достигают температур остекленного коллектора.

Контур теряет давление, это показывают манометр и расширительный бак, а правильно настроенный контроллер останавливает насос до того, как панель останется без теплоносителя. Теплоноситель — смесь пропиленгликоля с низкой токсичностью, но все же не следует допускать его попадания в канализацию и водоемы. На практике подавляющее большинство протечек происходит на обжимных фитингах и гибких соединителях, а не в самом абсорбере.

Только если это заявлено производителем. [Система Drain-Back](knowledge/glossary/drain-back-system) требует, чтобы все части абсорбера и трубопроводов опорожнялись самотеком, что предполагает подходящую геометрию внутренних каналов и непрерывный уклон от панели к дренажной емкости. Многие абсорберы PVT не могут полностью опорожняться самотеком, поэтому получите письменное подтверждение, а не полагайтесь на допущения.

В электрическом смысле — да: PV-ламинат вырабатывает электроэнергию независимо от того, движется ли жидкость за ним. Но неиспользуемый тепловой контур все равно должен быть оставлен в определенном состоянии — заполненным и под давлением либо полностью опорожненным — согласно инструкции производителя. Свою ценность PVT раскрывает, когда используются оба вида выработки, поэтому его выбирают для зданий с потребностью в тепле или с тепловым насосом, который нужно питать.

Общая площадь — это габаритный наружный размер панели, тогда как [площадь апертуры](knowledge/glossary/aperture-area) — меньшая площадь, через которую излучение действительно попадает на абсорбер. Сертифицированные данные об эффективности всегда публикуются относительно заявленной базовой площади, поэтому два коммерческих предложения могут выглядеть совершенно по-разному только потому, что в одном указаны квадратные метры общей площади, а в другом — апертуры. Сравнивайте годовую выработку в кВт·ч, а не площадь, и проверяйте, к какой базе относятся цифры.

WISC расшифровывается как wind and infrared sensitive collector — коллектор, чувствительный к ветру и инфракрасному излучению; в стандартах испытаний так называют коллектор без лицевого покрытия (остекления), выработка которого зависит от скорости ветра и длинноволнового излучения, а не только от солнечного света. EN ISO 9806 испытывает такие коллекторы в определенных ветровых условиях и публикует для них дополнительные коэффициенты, поэтому в паспорте неостекленного коллектора больше параметров, чем у остекленного. Большинство панелей PVT, продаваемых для работы с тепловыми насосами, — WISC, и сертификат [Solar Keymark](knowledge/glossary/solar-keymark) прямо это указывает.

Рассчитывайте на 25 лет — тот же расчетный срок, что и у PV-модуля, на основе которого она построена. Обе системы сертификации включают испытания на старение: IEC 61215 применяет к ламинату испытания на влажное тепло, влажность-замораживание и термоциклирование, а EN ISO 9806 добавляет к тепловой части испытания на экспозицию, стагнацию и тепловой удар. Обслуживание — обычный календарь солнечного контура: гликоль раз в 2–3 года плюс визуальный осмотр после сильного града, как описано в материале [как долго служат солнечные коллекторы](knowledge/questions/how-long-do-solar-collectors-last).

Оценивайте их по сертификатам, а не по цене. Запрашивайте тепловые параметры по EN ISO 9806, стоящие за сертификатом Solar Keymark, вместе с электрическими данными по IEC 61215 и IEC 61730; поставщик, который не может предъявить и то, и другое, продает панель, которую нельзя сопоставить с другими и которая в ряде стран не может субсидироваться. Две внешне одинаковые панели могут различаться по годовой выработке на двузначные проценты.

Любой бойлер косвенного нагрева, змеевик которого рассчитан на низкотемпературный источник тепла, либо буферная емкость, обслуживающая тепловой насос. Поскольку неостекленный PVT отдает тепло при умеренной температуре, площадь поверхности теплообменника важнее объема — по той же причине бойлеры для тепловых насосов имеют гораздо более крупные змеевики, чем бойлеры для котлов. В системах «PVT плюс тепловой насос» панели обычно питают сторону источника теплового насоса, а бак подбирают уже под тепловой насос, как изложено в [руководстве по бакам-теплоаккумуляторам](knowledge/guides/thermal-storage-tanks-complete-guide).

Да. В ЕС PV-модули и инверторы подпадают под директиву WEEE (2012/19/EU), поэтому производители обязаны финансировать возврат и переработку, а стекло, алюминиевая рама и медный или алюминиевый абсорбер панели PVT идут в обычные потоки переработки. Спросите поставщика, в какой национальной системе выполнения обязательств по WEEE он зарегистрирован, — это вполне уместный вопрос на стадии тендера.

В солнечных контурах используют пропиленгликоль, а не токсичный этиленгликоль, потому что он легко биоразлагаем и малотоксичен — по той же причине его допускают в пищевой и фармацевтической отраслях. Бытовой контур содержит лишь несколько десятков литров, а слитый теплоноситель следует сдавать в пункт приема химических отходов или отработанных масел, но не в канализацию. Пакеты ингибиторов у разных продуктов различаются, поэтому утилизируйте теплоноситель так, как указано в паспорте безопасности производителя.