Цифра 80 % реальна, но это пиковое суммарное значение, а не годовое: примерно 15–22 % электрического КПД плюс 55–60 % теплового, измеренные при низкой температуре жидкости и полном солнце. Годовой суммарный коэффициент использования бытового поля PVT ближе к 45–60 %. Если относить к одной лишь солнечной радиации, неостекленная панель может даже превышать 100 %, потому что добавляется тепло окружающей среды.
Откуда берется цифра 80 %?
Она получается сложением двух КПД, которые измеряются по-разному. Электрический КПД PVT-панели при стандартных условиях испытаний составляет 15–22 % для современных кристаллических модулей. Ее тепловой КПД при нулевых потерях — точка пересечения кривой КПД коллектора с осью ординат, измеренная по ISO 9806 при температуре жидкости, равной температуре окружающей среды, — обычно составляет 0,55–0,60 для неостекленной панели. Сложите их — и вы получите значение чуть ниже или чуть выше 80 %.
Арифметика корректна. Утверждение становится вводящим в заблуждение, только когда условия отбрасываются. Это значение справедливо при нулевой разности температур между жидкостью и окружающей средой, при полной облученности и без потерь от ветра. Поднимите температуру жидкости на 20 К выше окружающей — и неостекленная панель с коэффициентом теплопотерь около 12 Вт/(м²·К) уже потеряет большую часть этого теплового КПД.
Какого КПД достигает PVT-панель за год?
| Показатель | Типичное значение | Условия |
|---|---|---|
| Пиковый электрический КПД | 15–22 % | STC, температура элементов 25 °C |
| Тепловой КПД при нулевых потерях (неостекленная) | 0,55–0,60 | Жидкость при температуре окружающей среды, полное солнце |
| Пиковый суммарный КПД | 70–82 % | Оба показателя одновременно |
| Годовой суммарный коэффициент использования | 45–60 % | Реальные температуры накопителя и профиль нагрузки |
| Тепловая выработка относительно солнечного поступления, режим источника | Может превышать 100 % | Тепло окружающей среды добавляется к солнечному (IEA SHC Task 60) |
В последнюю строку труднее всего поверить, но обоснована она лучше всего. Когда неостекленная панель работает как источник для теплового насоса с жидкостью ниже температуры окружающей среды, она собирает тепло воздуха и конденсации вместе с солнечным светом. Относительно солнечной радиации, падающей на панель, тепловая выработка может превышать 100 % — энергия не создается, она берется из второго источника, который такая база отсчета не учитывает.
Почему гибридная панель может превзойти раздельные PV и тепловые коллекторы по суммарной выработке?
Потому что один и тот же квадратный метр выполняет две работы, и эти две работы помогают друг другу. Кремний теряет 0,25–0,34 % номинальной мощности на каждый градус, на который температура элемента превышает 25 °C, — около −0,34 %/К для mono PERC, −0,29 %/К для TOPCon и −0,25 %/К для HJT. Панель, охлаждаемая до 30 °C вместо работы при 60 °C, возвращает на несколько процентов больше электроэнергии, и в этом механизм, описанный в материале лучше ли работают солнечные панели при охлаждении?
Платить за это приходится температурой. Чтобы элементы оставались прохладными, прохладной должна оставаться и жидкость, что ограничивает полезный тепловой потенциал. В этом компромиссе — главное противоречие при проектировании PVT, и поэтому честное сравнение — это суммарная полезная энергия с квадратного метра, а не рекламный КПД. Там, где определяющим ограничением является площадь крыши, PVT обычно выигрывают; там, где нет, выбор между PVT и раздельными PV и солнечными коллекторами действительно неочевиден.
Как проверить заявление о КПД в техническом паспорте?
Запросите три числа и не обращайте внимания на рекламную цифру:
- η0 (КПД при нулевых потерях) и то, указан ли он по габаритной площади или по площади апертуры. Значения по габаритной площади выглядят хуже и именно они приводятся в сертификате Solar Keymark, поэтому значения, отнесенные к разным площадям, несопоставимы.
- a1 и a2 — коэффициенты теплопотерь, а также ветровой коэффициент для неостекленных панелей. Высокий a1 означает, что тепловой КПД «испаряется», как только жидкость нагревается.
- Температурный коэффициент мощности в %/К для электрической стороны.
С этими данными можно рассчитать выработку при вашей реальной рабочей температуре, а не в точке испытаний. Производитель, который публикует полные кривые, температуры стагнации и значения по габаритной площади, говорит вам то, чего не скажет одно процентное значение. Solimpeks публикует данные испытаний Solar Keymark для своих гибридных панелей PV-T именно на такой основе.
Так корректно ли говорить о 80 %?
Корректно с указанием условий и некорректно без них. Точная формулировка звучит так: неостекленная PVT-панель превращает до 80 % падающей солнечной энергии в полезную электроэнергию и низкопотенциальное тепло в точке испытаний и 45–60 % за реальный год, тогда как эквивалентный PV-модуль превращает 15–22 % и отбрасывает остальное в виде бросового тепла.
Именно вторая часть важна в коммерческом отношении. PVT сравнивают не с теоретическим идеалом, а с PV-модулем, который выбрасывает примерно четыре пятых поглощаемого солнечного света. С этой точки зрения даже консервативный годовой суммарный коэффициент использования 50 % — большой выигрыш с квадратного метра, при условии что есть реальная круглогодичная нагрузка для низкопотенциального тепла.
Часто задаваемые вопросы
Эффективнее ли PVT-панель, чем PV-панель?
По суммарной энергии с квадратного метра — да, обычно в три-пять раз больше, поскольку тепловая выработка многократно превышает электрическую. По одному лишь электрическому КПД они близки, при этом PVT чуть впереди в жаркую погоду благодаря охлаждению элементов.
Как тепловой КПД может превышать 100 %?
Только если КПД относится к одной солнечной радиации. Неостекленная панель, работающая при температуре ниже температуры окружающей среды, также поглощает тепло из воздуха, дождя и окружения, поэтому полезная тепловая выработка может превышать энергию падающего на панель солнечного излучения. Никакой энергетический баланс при этом не нарушается.
Выше ли КПД у остекленной PVT-панели?
Тепловой КПД у нее выше при повышенных температурах, и она достигает 50–70 °C на выходе, но элементы работают горячее, и обычно теряется 5–8 % годовой электрической выработки. Выбирайте по температуре, которая нужна нагрузке, а не по рекламному значению КПД.
Какое значение КПД использовать для расчета окупаемости?
Ни одно из пиковых значений. Используйте годовую выработку в кВт·ч на м² электроэнергии и в кВт·ч на м² тепла при вашей реальной температуре накопителя, взятую из сертифицированной кривой характеристик. Пиковые значения КПД значительно завышают выработку бытовой системы.