فناوری PVT چیست؟ ترکیب برق و حرارت با انرژی خورشیدی

ایران سولار | در دنیای امروز انرژی‌های تجدیدپذیر، بهره‌وری و راندمان حرف اول را می‌زند. سال‌هاست که دو تکنولوژی «فتوولتائیک» (برای تولید برق) و «کلکتورهای حرارتی» (برای تولید آب گرم) به صورت موازی و جداگانه توسعه یافته‌اند. اما اگر بتوان این دو فناوری را در یک ماژول واحد ادغام کرد، چه اتفاقی می‌افتد؟ پاسخ این سوال در تکنولوژی پیشرفته‌ای به نام PVT (Photovoltaic-Thermal) نهفته است. پنل‌های PVT نسل جدیدی از سامانه‌های خورشیدی هستند که مرزهای بهره‌وری را جابه‌جا کرده‌اند. هدف اصلی این سیستم‌ها ساده اما انقلابی است: استخراج حداکثر انرژی ممکن از هر مترمربع تابش خورشید. در حالی که پنل‌های معمولی تنها حدود ۲۰ درصد انرژی خورشید را به برق تبدیل می‌کنند و مابقی را به صورت حرارتِ مزاحم هدر می‌دهند، PVT این حرارت را مهار کرده و به یک دارایی ارزشمند تبدیل می‌کند.

۱. هم‌افزایی هوشمند: چرا ترکیب برق و حرارت معجزه می‌کند؟

برای درک اهمیت PVT، باید ابتدا دشمن شماره یک پنل‌های خورشیدی را بشناسیم: گرما. برخلاف تصور عموم، پنل‌های خورشیدی عاشق نور هستند اما از گرما متنفرند. سلول‌های سیلیکونی دارای یک ضریب دمایی منفی هستند؛ به این معنی که با هر ۱۰ درجه سانتی‌گراد افزایش دما (بالاتر از دمای استاندارد ۲۵ درجه)، راندمان تولید برق حدود ۴ تا ۵ درصد افت می‌کند. در روزهای گرم تابستان، دمای سطح پنل می‌تواند به ۶۰ تا ۸۰ درجه سانتی‌گراد برسد که موجب افت شدید ولتاژ و توان خروجی می‌شود. تکنولوژی PVT این تهدید را به فرصت تبدیل می‌کند. در پشت سلول‌های فتوولتائیک، یک سیستم مبدل حرارتی (Heat Exchanger) تعبیه شده است که سیال خنک‌کننده (معمولاً آب یا مخلوط گلیکول) در آن جریان دارد. این سیال، گرمای اضافی سلول‌ها را جذب کرده و با خود می‌برد.

• نتیجه اول: سلول‌ها خنک می‌شوند و در دمای بهینه کار می‌کنند، که این امر می‌تواند تولید برق را ۱۰ تا ۱۵ درصد نسبت به پنل‌های معمولی افزایش دهد.

• نتیجه دوم: گرمای جذب‌شده دور ریخته نمی‌شود، بلکه به صورت آب گرم برای مصارف ساختمان ذخیره می‌شود.

۲. آناتومی سیستم و انواع PVT

پنل‌های PVT معمولاً در دو دسته اصلی طراحی می‌شوند که هر کدام کاربرد خاص خود را دارند:

• PVT مایع (Liquid-based): رایج‌ترین نوع است که از آب یا سیال ضد یخ برای انتقال حرارت استفاده می‌کند. این مدل برای تأمین آب گرم مصرفی (DHW) و گرمایش استخرها ایده‌آل است.

• PVT هوا‌خنک (Air-based): در این مدل، هوا از پشت پنل عبور کرده و گرم می‌شود. از این هوای گرم می‌توان برای پیش‌گرمایش سیستم‌های تهویه مطبوع در زمستان یا فرآیندهای خشک‌کن صنعتی استفاده کرد. اگرچه راندمان حرارتی آن کمتر از مدل مایع است، اما پیچیدگی نصب و خطر نشتی کمتری دارد.

۳. کاربردهای استراتژیک و جایگاه بازار

بازده حرارتی سیستم‌های PVT می‌تواند به ۴۰ تا ۵۰ درصد برسد. وقتی این عدد را با بازده الکتریکی ۲۰ درصدی جمع کنیم، به راندمان کلی بالای ۶۰ تا ۷۰ درصد می‌رسیم. این یعنی تقریباً ۳ برابر بهره‌وری بیشتر نسبت به یک پنل معمولی در همان مساحت. این ویژگی PVT را برای سناریوهای زیر بی‌رقیب می‌کند:

• ساختمان‌های با فضای بام محدود: وقتی سطح پشت‌بام کم است و ساکنین هم برق می‌خواهند و هم آب گرم، PVT تنها راه حل منطقی است.

• هتل‌ها، بیمارستان‌ها و استخرها: اماکنی که تقاضای دائمی و بالایی برای آب گرم دارند، بهترین بازگشت سرمایه را با PVT تجربه خواهند کرد.

• مکمل پمپ‌های حرارتی (Heat Pumps): یکی از جذاب‌ترین کاربردهای مدرن PVT، ترکیب آن با هیت پمپ‌هاست. سیال خروجی از پنل حتی اگر دمای خیلی بالایی نداشته باشد (مثلاً ۲۰ درجه در زمستان)، می‌تواند به عنوان منبع تغذیه اواپراتور پمپ حرارتی عمل کند و ضریب عملکرد (COP) دستگاه را به شدت افزایش دهد.

۴. چالش‌های نصب و نکات حیاتی برای مجریان

نصب سیستم PVT ترکیبی از مهارت‌های لوله‌کشی (تاسیسات) و برق‌کاری است. نصاب‌های حرفه‌ای باید به نکات زیر توجه ویژه داشته باشند:

الف) مدیریت هیدرولیک و دما (Stagnation Temperature) بزرگترین چالش فنی، مدیریت «دمای سکون» است. اگر در یک روز داغ تابستانی، پمپ خراب شود یا مصرف آب گرم ساختمان قطع شود، دمای سیال داخل پنل می‌تواند به شدت بالا رفته و به اجزای پلیمری یا چسب‌های پنل آسیب بزند. استفاده از سیستم‌های «Drain-back» یا مخازن انبساط و رادیاتورهای دفع حرارت (Heat Dumps) برای جلوگیری از جوش آوردن سیستم ضروری است.

ب) عایق‌کاری و اتصالات برخلاف پنل‌های معمولی که فقط کابل دارند، در PVT لوله‌های رفت و برگشت باید کاملاً عایق‌کاری شوند تا حرارت در مسیر هدر نرود. همچنین اتصالات هیدرولیک بین پنل‌ها باید به گونه‌ای باشد که در برابر انقباض و انبساط ناشی از تغییرات دما مقاوم بوده و دچار نشتی نشوند.

ج) وزن و سازه پنل‌های PVT به دلیل داشتن مبدل حرارتی و سیال در گردش، سنگین‌تر از پنل‌های عادی هستند. سازه نگهدارنده (استراکچر) باید برای تحمل این بار اضافی (به‌ویژه وقتی پنل پر از آب است) مجدداً محاسبه و تقویت شود.

۵. جمع‌بندی: آینده روشن انرژی ترکیبی

تکنولوژی PVT در بازارهای پیشرو مانند اروپا و چین به سرعت در حال استاندارد شدن است، به‌ویژه در قوانین ساختمانی که حرکت به سمت ساختمان‌های انرژی صفر (nZEB) را الزامی کرده‌اند. اگرچه هزینه اولیه تجهیزات PVT نسبت به سیستم‌های فتوولتائیک ساده بالاتر است، اما اگر ارزش اقتصادی «برق اضافه تولید شده» و «گاز یا برق صرفه‌جویی شده برای آب گرم» را در یک دوره ۲۰ ساله محاسبه کنیم، PVT یکی از اقتصادی‌ترین گزینه‌ها برای سرمایه‌گذاری در انرژی پاک است. برای نصابان و فعالان خورشیدی در ایران، ورود به این حوزه به معنای تمایز در بازار و ارائه راهکارهای مهندسی سطح بالا به مشتریان خواهد بود.