Термоэлектрическая система + тепловой насос: система BTESolar PVT-E «Термоэлектрический двойник» открывает новую эру комплексного использования солнечной энергии.

В условиях глобального энергетического перехода и целей по сокращению выбросов углерода, вопрос использования ограниченного пространства на крышах для выработки электроэнергии и тепла стал важной задачей в области возобновляемой энергетики. Компания BTE Solar Co., Ltd. (BTESolar), базирующаяся в Техасе и более десяти лет активно занимающаяся использованием солнечной тепловой энергии, представила на выставке Intersolar Europe в 2025 году свою новейшую серию интегрированных фотоэлектрических и тепловых продуктов PVT-E — «термоэлектрическую двойную систему» ​​PVT-E. Этот новый продукт объединяет технологии фотоэлектрической генерации электроэнергии и сбора солнечной тепловой энергии, обеспечивая принцип «одна панель — двойная выгода», предлагая новое решение для эффективного сопряжения системы PVT + тепловой насос.

I. Введение в продукт: переход от фотоэлектрических технологий к фототермическим.

Ключевое новшество серии BTESolar PVT-E заключается в концепции «термоэлектрического двойника». При выработке электроэнергии традиционными фотоэлектрическими панелями повышение температуры ячейки приводит к значительному снижению эффективности преобразования энергии — при каждом повышении температуры кристаллической кремниевой фотоэлементной ячейки на 1℃ эффективность снижается на 0,4–0,5%. В PVT-E это достигается за счет интеграции системы сбора тепла на обратной стороне фотоэлектрической панели, которая рекуперирует и повторно использует эту потерянную тепловую энергию, одновременно снижая рабочую температуру ячеек, обеспечивая двойной выход: «выработку электроэнергии и производство тепла».

С точки зрения технических параметров, серия PVT-E демонстрирует выдающиеся характеристики. Взяв в качестве примера флагманскую модель PVT580, можно отметить, что размер одной панели составляет 2279×1134×37 миллиметров, а вес — 39 килограммов. Она использует 144 полуэлементных батареи N-типа TOPCon и имеет максимальную выходную мощность 580 Вт, с эффективностью фотоэлектрического преобразования до 22,44%. В то же время, её система теплоотвода использует пластинчатую теплообменную структуру из медных трубок с 1,2 литрами антифрикционной жидкости на основе пропиленгликоля, а пиковая тепловая мощность может достигать 1180 Вт. Одновременно она может производить горячую воду температурой около 60 °C. Это означает, что энергетическая отдача одной панели PVT эквивалентна суммарной выработке традиционных фотоэлектрических панелей и плоских коллекторов, а **коэффициент комплексного использования солнечной энергии** на единицу площади значительно увеличился и превышает 80%.

Изделие PVT-E имеет конструкцию с косвенным расширением, рабочее давление составляет 0,6 МПа, а диапазон рабочих температур — от -40°C до 85°C. Оно может адаптироваться к различным климатическим условиям, от холодных северных регионов до жарких южных. Его основная конструкция включает в себя крышку из закаленного стекла, пленку EVA, высокоэффективные фотоэлектрические элементы, теплопоглощающую алюминиевую пластину, медные трубки для теплообмена и изоляционный слой TPT, обеспечивая точное сопряжение фотоэлектрического преобразования и сбора тепла. По сравнению с традиционными фотоэлектрическими системами, PVT-E позволяет снизить температуру поверхности компонентов на 8-15°C, тем самым повышая эффективность выработки электроэнергии на 8-15% и продлевая срок службы компонентов.

II. Сценарии применения: Полное покрытие от жилых домов до промышленных зон

После глубокой интеграции термоэлектрической системы PVT-E с тепловым насосом, она может широко применяться в различных сценариях и обеспечивать тройное энергоснабжение: электричество, тепло и холод.

1. Жилые дома с нулевым выбросом углерода и элитные виллы

Для домохозяйств, стремящихся к энергетической самодостаточности, система PVT-E может быть интегрирована с тепловыми насосами воздушного или водяного типа, образуя интегрированную энергетическую систему PVT + тепловой насос. Вырабатываемая системой экологически чистая электроэнергия может напрямую приводить в действие компрессор теплового насоса, а тепловая энергия, собираемая компонентами PVT, служит низкотемпературным источником тепла для теплового насоса, значительно повышая коэффициент энергоэффективности (COP) теплового насоса. Согласно расчетам, после интеграции с тепловым насосом годовой коэффициент производительности (APF) системы PVT может быть улучшен примерно на 25% по сравнению с традиционными тепловыми насосами воздушного типа. Стандартная бытовая система может удовлетворить годовые потребности в горячем водоснабжении, зимнем подогреве пола и большей части бытового потребления электроэнергии, достигая «нулевого энергопотребления» на уровне домохозяйства.

2. Общественные здания и коммерческие объекты

Здания, такие как гостиницы, больницы и школы, испытывают значительную и постоянную потребность в горячей воде и отоплении. В проекте для начальной школы 69 фотоэлектрических тепловых панелей (PVT) были подключены к системе теплового насоса с использованием грунтового источника тепла, заменив собой газовый котел. По оценкам, это может сократить выбросы углекислого газа, связанные с отоплением, почти на 80%. В крупных спортивных сооружениях, университетских общежитиях и других местах система PVT связана с тепловым насосом с использованием грунтового источника тепла для обеспечения интегрированного интеллектуального энергоснабжения, выработки электроэнергии, отопления, охлаждения и хранения энергии в течение всего года. Пример проекта PVT компании Zhengxin Optoelectronics показывает, что на печатном заводе 280 компонентов PVT генерируют в среднем около 700 кВт·ч электроэнергии в день и производят около 40 тонн тепловой энергии. Это приводит к снижению энергопотребления предприятия на 30% в течение года, при этом срок окупаемости инвестиций составляет всего чуть более трех лет.

3. Сельское хозяйство и сельскохозяйственная техника

Сельскохозяйственные теплицы являются важным примером применения PVT-систем в сочетании с тепловыми насосами. Днём компоненты PVT поглощают солнечную энергию для выработки электроэнергии, а также собирают избыточное тепло с крыши и хранят его в резервуарах с водой или под землёй; ночью тепловой насос использует накопленное тепло для обогрева теплицы, поддерживая температуру, необходимую для роста растений, и решая проблему энергопотребления при посадке в межсезонье. В настоящее время разрабатывается компактная система теплового насоса, объединяющая PVT-системы и теплоаккумуляторы, которая может повысить эффективность нагрева горячей воды в бытовых целях до 30% за счёт использования PVT-источника тепла.

4. Использование тепловой энергии в промышленности и сезонное аккумулирование энергии.

В промышленном секторе система PVT-E может обеспечивать предварительный нагрев технологического тепла для таких отраслей, как красильное производство и пищевая промышленность. Благодаря использованию системы PVT + тепловой насос, удельная стоимость горячей воды для красильных фабрик составляет всего 3,1 юаня за тонну, что значительно ниже, чем 25,9 юаня за тонну для городского пара и 19,5 юаня за тонну для природного газа. Кроме того, система PVT поддерживает межсезонное аккумулирование тепла, сохраняя избыточное солнечное тепло летом в подземной скважинной системе теплоаккумулирования (BTES) для использования в зимнем отоплении.

III. Тенденции развития: разведка, стандартизация и глобализация

Технология теплового насоса PVT+ в настоящее время находится на решающем этапе перехода от «незначительной инновации» к «крупномасштабному применению». Согласно отраслевым прогнозам, совокупный годовой темп роста нишевого рынка PVT достигнет 9,62% в ближайшие 10 лет. 

1. Системная интеграция и интеллектуальные системы

Будущая система PVT (фотоэлектрические, тепловые и тепловые насосы) — это уже не просто комбинация фотоэлектрических панелей и тепловых насосов, а интеллектуальная платформа управления энергопотреблением на основе искусственного интеллекта. Новейший продукт компании Xianxin Integration, представляющий собой двухканальный тепловой насос, объединяет воздушный и PVT-источники тепла, используя интеллектуальные алгоритмы для анализа энергоэффективности обоих источников в режиме реального времени и автоматического переключения режимов работы: при достаточном солнечном свете приоритет отдается PVT-источнику тепла; в пасмурные дни и ночью система автоматически переключается в режим воздушного теплового насоса, обеспечивая «приоритет энергоэффективности и стабильное резервное питание». Эта интеллектуальная технология взаимодействия двух источников энергии представляет собой направление развития системы PVT + тепловой насос. Одновременно система поддерживает удаленный мониторинг через WiFi/4G, облачное управление данными и интеллектуальное техническое обслуживание.

2. Стандартизация продукции и интеграция в здания.

Активно продвигается процесс стандартизации систем PVT; предпринимаются усилия по выявлению препятствий для внедрения инноваций и укреплению сотрудничества между промышленными предприятиями и научно-исследовательскими учреждениями. Опираясь на производственную сеть, охватывающую шесть площадок, и обеспечивая полную интеграцию производственной цепочки, компания BTESolar ориентирует разработку компонентов PVT на их превращение в полноценные строительные материалы. Это позволяет данным компонентам одновременно выполнять функции выработки электроэнергии, сбора тепловой энергии, теплоизоляции и гидроизоляции, реализуя тем самым концепцию фотоэлектрико-тепловой интеграции в здания (BIPVT).

3. Эффективное согласование тепловых насосов средней и высокой температуры и фотоэлектрических преобразователей.

С развитием новых хладагентов (таких как R290, CO₂) и технологии двухступенчатых компрессионных тепловых насосов, PVT-технологии будут тесно интегрированы со средне- и высокотемпературными тепловыми насосами. В рамках проекта L-Sol в Швейцарском институте теплотехники (ZHAW) исследуется система отопления, сочетающая PVT-технологии с тепловыми насосами с воздушным источником тепла, оптимизирующая эффективность источника тепла за счет конструкции «аккумулятора холодного хранения». Исследования Института Фраунгофера (Fraunhofer ISE) показывают, что благодаря оригинальному сочетанию компонентов теплоотвода и теплопоглощения холодильного контура с уровнем температуры хранения можно добиться повышения эффективности до 10% в режиме отопления.

4. Интегрированная система генерации, потребления и хранения энергии с нулевым выбросом углерода.

Система PVT + тепловой насос станет важнейшим элементом для построения интеграционной структуры «источник-сеть-нагрузка-накопитель» в новой энергосистеме. Используя функцию «аккумулирования тепловой энергии» тепловых насосов, колебания мощности фотоэлектрических панелей преобразуются в тепловую энергию для хранения, что позволяет оптимально распределять энергию с точки зрения времени и пространства. Сочетание PVT с солнечной тепловой энергией, тепловыми насосами и системами теплового аккумулирования обеспечивает технологическое тепло до 250 °C для пищевой, химической и бумажной промышленности.

Заключение

Появление системы «термоэлектрического двойника» BTESolar PVT-E предоставило высокоэффективное и надежное китайское решение в области интеграции фотоэлектрических и тепловых систем. От одной панели до целой системы, от одного здания до целого парка, технология «синергии фотоэлектрических и тепловых систем» PVT + тепловой насос меняет фундаментальную логику использования энергии. В контексте концепции углеродной нейтральности, PVT + тепловой насос — это не только инновационный продукт, но и более эффективное, экономичное и устойчивое энергетическое будущее. Благодаря постоянному совершенствованию технологий и расширению рынка, ожидается, что BTESolar и ее система PVT-E оставят значительный след в глобальном ландшафте чистой энергии.