在“雙碳”目標(biāo)的大背景下,清潔能源替代的步伐正逐步加快。然而,傳統(tǒng)太陽能利用的“單一性”短板日益凸顯——安裝光伏板僅能發(fā)電,安裝太陽能熱水器僅能產(chǎn)熱,導(dǎo)致空間和能源的雙重浪費(fèi)。PVT產(chǎn)品的問世,恰好解決了這一難題:一塊組件既能發(fā)電又能產(chǎn)熱,使得原本被浪費(fèi)的太陽能熱能得到充分回收,綜合利用率直接翻倍。今天,我們將從定義、原理到應(yīng)用,全方位探討PVT的獨(dú)特價(jià)值!
PVT,為簡稱。
PV:Photovoltaic,光伏發(fā)電部分。
T:Thermal,光熱利用部分。
全稱SolarPhotovoltaicThermalCollector
市場中其他名字:PVT光伏熱組件、PVT光熱電(一體化系統(tǒng))、PVT集熱器、熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、熱電孿生系統(tǒng)。
PVT是通過太陽能熱電耦合技術(shù),在同一組件上實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)供的效果。該技術(shù)通過收集太陽能電池組件在光電轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生的伴生熱量,將組件表面溫度維持在最佳效率區(qū)間(25~45℃)內(nèi)。在提升發(fā)電效率的同時(shí),有效獲取伴生熱量。
太陽能利用的單位面積能源轉(zhuǎn)化率(電與熱),光伏組件一般在20%左右,平板集熱器不超過70%。對(duì)光伏組件而言,單位面積中接近80%的能源基本上以熱能的形式浪費(fèi)了。如何在有效提升光伏發(fā)電單位效率的前提下,又能提取剩余熱能進(jìn)行熱能與電能的綜合應(yīng)用就成了一個(gè)重要發(fā)展方向。這就是“太陽能光伏光熱一體化集熱器”(簡稱PVT)的由來。
PVT 的核心優(yōu)勢,藏在它 “協(xié)同工作” 的結(jié)構(gòu)里:
PV模塊:負(fù)責(zé)“發(fā)電”,是太陽能的“電轉(zhuǎn)化器”
這部分和我們常見的光伏板原理一致——核心是光伏電池片(如單晶硅、多晶硅、薄膜電池),當(dāng)陽光照射到電池片上時(shí),光子激發(fā)半導(dǎo)體中的電子,形成電流,從而產(chǎn)出電能。這些電能可以直接供家庭或設(shè)備使用(如驅(qū)動(dòng)家電、照明),也可以儲(chǔ)存到蓄電池中,或并入電網(wǎng)獲取收益。
T模塊:負(fù)責(zé)“產(chǎn)熱”,是太陽能的“熱回收器”
這是PVT區(qū)別于普通光伏板的關(guān)鍵——在PV模塊(光伏電池片)的下方,會(huì)鋪設(shè)一層熱交換通道(通常是金屬管道,內(nèi)部流通水、空氣或?qū)嵊偷?ldquo;換熱介質(zhì)”)。
傳統(tǒng)光伏板在工作時(shí),會(huì)有30%~50%的太陽能無法轉(zhuǎn)化為電能,而是變成熱能導(dǎo)致光伏板溫度升高(溫度越高,光伏電池效率反而會(huì)下降);而PVT的T模塊會(huì)主動(dòng)“回收”這部分熱量:通過換熱介質(zhì)流過通道,帶走光伏板的熱量,一方面降低光伏板溫度、維持其發(fā)電效率,另一方面讓換熱介質(zhì)溫度升高,變成可用的熱水或熱風(fēng),供生活或生產(chǎn)使用。
電子在遷移過程中產(chǎn)生熱量;
熱量傳遞給集熱流道內(nèi)的介質(zhì),隨著介質(zhì)輸出到儲(chǔ)熱水箱;
一方面提高了發(fā)電效率,另一方面獲得了多余的熱量,從而實(shí)現(xiàn)高效熱電聯(lián)產(chǎn)。
關(guān)鍵數(shù)據(jù)很亮眼:
約20% 光能轉(zhuǎn)化為電能;
約60% 光能轉(zhuǎn)化為熱能;
綜合能源利用率高達(dá)80%,是傳統(tǒng)光伏板的 4 倍多!
1.效率翻倍:T、PV兩個(gè)模塊雙向賦能
T模塊的熱回收功能,能給光伏板“降溫”——通常光伏板溫度每升高1℃,發(fā)電效率會(huì)下降0.4%~0.5%;PVT通過持續(xù)帶走熱量,可將光伏板溫度控制在比傳統(tǒng)光伏板低10-20℃,讓發(fā)電效率提升5%~15%。
PV模塊吸收的陽光,即使未轉(zhuǎn)化為電能,也能轉(zhuǎn)化為熱能被回收——相當(dāng)于“一份陽光”被用了兩次:先用來發(fā)電,再把發(fā)電剩下的熱量用來產(chǎn)熱,讓太陽能總利用率從傳統(tǒng)光伏板的15%~20%(僅發(fā)電),提升到60%~80%(電+熱)。
2.省空間:空間利用率翻倍,適合“寸土寸金”的場景
無論是家庭屋頂、工商業(yè)廠房頂面,還是戶外項(xiàng)目場地,空間都是有限的。傳統(tǒng)方案中,光伏板和太陽能熱水器需要各自占用一塊區(qū)域;而PVT將兩者集成在一個(gè)組件中,同樣的面積下,既能發(fā)電又能產(chǎn)熱,相當(dāng)于“一塊屋頂實(shí)現(xiàn)兩份收益”。
3.更省錢:安裝運(yùn)維成本低,收益雙重
安裝成本:傳統(tǒng)方案需要分別找光伏安裝團(tuán)隊(duì)和熱水器安裝團(tuán)隊(duì),兩次施工、兩次材料運(yùn)輸;PVT是一體化組件,一次安裝即可,省去重復(fù)的人工和輔料成本(如支架、管線),安裝成本比分開裝低15%~25%。
運(yùn)維成本:PVT的組件數(shù)量更少(一個(gè)組件替代兩個(gè)設(shè)備),后期檢查、維修的工作量也更少。
雙重收益:除了發(fā)電收益(賣電或自用省電費(fèi)),還能省掉購買熱水的費(fèi)用(如燃?xì)赓M(fèi)、電費(fèi)),長期綜合收益比傳統(tǒng)方案高20%~30%。
延長光伏電池壽命:光伏板因溫度穩(wěn)定,壽命比傳統(tǒng)光伏板更長(通常可達(dá)25~30年,與傳統(tǒng)光伏板相當(dāng),但故障風(fēng)險(xiǎn)更低)。
4.超環(huán)保:零碳排放,助力減碳
應(yīng)用場景更廣:從家庭到工業(yè)都能用
PVT的“電+熱”雙輸出特性,能適配不同場景的需求,尤其適合“既需要電,又需要熱”的場景:
(1)家庭場景:滿足日常用電(照明、家電)+生活熱水(洗澡、洗菜、泳池加熱),甚至可連接地暖系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)冬季供暖。
(2)工商業(yè)場景:工廠用PVT發(fā)電供生產(chǎn)設(shè)備,同時(shí)用產(chǎn)出的熱能供車間供暖、工業(yè)用熱(巴氏殺菌、清洗)、產(chǎn)品烘干(如食品加工、紡織廠);酒店、醫(yī)院用PVT發(fā)電+供熱水,降低運(yùn)營成本。
(3)農(nóng)業(yè)場景:溫室大棚用PVT發(fā)電供通風(fēng)、灌溉設(shè)備,同時(shí)用熱能維持大棚溫度(冬季保溫),提升作物產(chǎn)量。