Aquecedor Solar de Água Fotovoltaico: Uma Solução Energética Futura que Integra Energia Fotovoltaica e Térmica

Hoje, na busca pela máxima eficiência energética e utilização do espaço, os produtos solares de função única têm falhado gradualmente em satisfazer as diversas exigências dos ambientes residenciais e comerciais modernos. O aquecedor solar de água PVT (Coletor Solar Híbrido Fotovoltaico Térmico) surgiu como uma tecnologia integrada revolucionária. Combina engenhosamente a geração de energia fotovoltaica com a produção de calor solar térmico, gerando simultaneamente eletricidade e água quente num único dispositivo, representando o nível mais elevado e a direção de desenvolvimento da utilização abrangente da energia solar. 

Este artigo irá aprofundar o núcleo técnico, as vantagens únicas, os cenários de aplicação e o valor de mercado dos aquecedores solares de água PVT, fornecendo uma introdução abrangente a esta tecnologia de energia líder no futuro.

I. Princípio técnico: Uma placa para dois fins, recolhendo energia totalmente

O conceito central de design do componente PVT é a utilização gradual de energia e a melhoria coordenada da eficiência do sistema. 

Geração de energia fotovoltaica (PV) de nível superior 

A camada superior do módulo é uma célula fotovoltaica convencional à base de silício (silício monocristalino ou silício policristalino), responsável por captar a porção de luz visível do espectro solar e convertê-la diretamente em energia elétrica. 

Recolha de calor fototérmico da camada inferior (T) 

Quando as células fotovoltaicas estão em funcionamento, geram uma grande quantidade de calor, o que faz com que a sua temperatura aumente. É sabido que a eficiência de geração de energia das células fotovoltaicas diminui com o aumento da temperatura (com um coeficiente de temperatura negativo). 

O módulo PVT integra uma tubagem de circulação de fluidos (geralmente um canal de fluxo metálico) por baixo do painel fotovoltaico. O meio condutor de calor que flui através dele (geralmente anticongelante ou água) pode remover de forma eficaz e rápida o calor residual gerado pelas células solares.

Processo de aumento de eficiência sinérgica

Aumento da eficiência do arrefecimento: O processo de arrefecimento mantém a temperatura de funcionamento das células fotovoltaicas dentro de uma gama eficiente, aumentando assim a sua eficiência de geração de energia e a sua vida útil. Estudos mostram que o arrefecimento eficaz pode aumentar a geração de energia em 5% a 15%. 

Utilização de calor residual: O meio condutor de calor aquecido transporta calor através do permutador de calor para aquecer a água no depósito de água, gerando energia térmica valiosa (água quente), conseguindo assim a utilização de toda a banda do espectro solar (luz e calor). 

Em termos simples, o sistema PVT obtém "eletricidade e calor", maximizando o valor de um painel solar.

Ii. Principais vantagens: porquê é a tendência futura?

Eficiência abrangente e utilização do espaço extremamente elevadas 

Se os sistemas tradicionais quiserem gerar eletricidade e calor simultaneamente, é necessário instalar painéis fotovoltaicos e coletores separadamente, o que ocupa uma grande área do telhado. O sistema PVT serve dois propósitos com uma única máquina. Apresenta a maior taxa de produção de energia na mesma área e é particularmente adequado para telhados ou varandas com espaço de instalação limitado.

Maior retorno do investimento (ROI) 

Um sistema, dois tipos de produção de energia. Os utilizadores não só poupam nas faturas de eletricidade ou gás para a utilização de água quente, como também poupam nas faturas de eletricidade ou até geram receitas com a venda de eletricidade através do modelo de "energia autogerada, autoconsumida e excedente alimentada na rede". Os dois benefícios reduzem significativamente o período de retorno do investimento.

Colaboração de sistemas, 1+1>2 

O aumento da geração de energia provocado pelo efeito de arrefecimento é um "benefício líquido", que torna a economia global do sistema PVT superior à da instalação de dois sistemas separados.

As vantagens estéticas da Integração de Edifícios (BIPVT) 

A aparência dos painéis PVT é extremamente semelhante à dos painéis fotovoltaicos comuns, facilitando a integração perfeita com telhados ou fachadas de edifícios. Os seus formatos limpos e uniformes adaptam-se à estética do design arquitetónico moderno e ajudam a melhorar o sentido tecnológico e o valor dos edifícios.

Disponível durante todo o ano com equilíbrio sazonal 

A geração de energia é elevada no verão, e a água quente produzida pode ser utilizada para o dia a dia ou para o aquecimento de piscinas. Embora a geração de energia diminua no inverno, a parte solar térmica pode ainda recolher calor de forma eficaz para aquecimento ou água quente, conseguindo um equilíbrio sazonal na produção de energia.

Iv. Cenários de aplicação: Quem é o mais adequado para os sistemas PVT?

A tecnologia PVT, com as suas vantagens únicas, destaca-se particularmente nos seguintes cenários: 

1. Residências e villas de alto padrão: Os proprietários têm frequentemente elevadas exigências de autossuficiência energética, qualidade de vida e estética arquitetónica. O sistema PVT pode satisfazer simultaneamente as necessidades de eletricidade, água quente e aquecimento (combinado com aquecimento por piso ou unidades ventilo-convectoras). 

Os edifícios comerciais e públicos, como hotéis, escolas, hospitais e ginásios, têm grandes exigências de água quente e eletricidade. O sistema PVT pode reduzir significativamente os seus custos operacionais. 

2.No domínio da agricultura e das pescas: pode ser utilizado para aquecer estufas, manter uma temperatura constante na aquacultura e fornecer eletricidade às instalações agrícolas ao mesmo tempo, conseguindo um fornecimento de energia abrangente. 

3.º Renovação urbana e construção de novos edifícios ecológicos: atingir metas de poupança de energia numa área de cobertura limitada é uma abordagem inovadora para cumprir as certificações de edifícios ecológicos, como o LEED e o BREEAM.

V. Considerações Técnicas e Guia de Compras

Seleção de tipo 

1. PVT arrefecido a líquido: o tipo convencional, utiliza anticongelante ou água como meio de arrefecimento, com uma temperatura de saída de calor relativamente elevada (50-80°C), tornando-o mais adequado para água quente doméstica e aquecimento. 

2. PVT arrefecido a ar: Utiliza o ar como meio de arrefecimento, tornando o sistema mais simples, mas com menor grau de aquecimento. É geralmente utilizado para pré-aquecimento de ar.

Qualidade dos principais componentes 

1. Para a secção fotovoltaica: são preferidas células de silício monocristalino de alta eficiência, sendo a ideal uma eficiência de conversão de mais de 20%. 

2.º Canal de fluxo e processo de soldadura: O design do canal de fluxo deve ser razoável e a soldadura deve ser fiável para garantir que não existe risco de fuga durante a utilização a longo prazo. 

3.º Camada de isolamento: A camada de isolamento na parte traseira da placa é de vital importância e necessita de reduzir eficazmente a perda de calor.

Integração e Controlo de Sistemas 

O sistema PVT requer um sistema de controlo inteligente para coordenar a gestão da distribuição, armazenamento e utilização de energia elétrica e térmica, bem como a sua interação com a rede elétrica. É crucial escolher uma marca com tecnologia madura.

Instalação e serviço pós-venda 

O sistema é bastante complexo e deve ser concebido, instalado e depurado por uma equipa que tenha recebido formação profissional, devendo ser garantido um serviço pós-venda fiável.

Vi. Conclusões e Perspectivas Futuras

O aquecedor solar de água PVT não é apenas um simples conjunto de equipamentos, mas sim uma inovação sistemática no pensamento energético. Quebra a limitação da aplicação única da tecnologia tradicional de energia solar. Através da utilização gradual da energia e da coordenação do sistema, elevou a eficiência energética solar por unidade de área a um nível sem precedentes. 

Embora o seu custo inicial seja ainda superior ao de um sistema único atualmente, com o contínuo amadurecimento da tecnologia e a produção em grande escala, o custo continuará a diminuir. Para os utilizadores que procuram independência energética, elevada qualidade de vida, elevado retorno do investimento e benefícios ambientais, o sistema PVT é, sem dúvida, um investimento estratégico para o futuro. 

Não se trata apenas de um esquentador ou de um conjunto de painéis fotovoltaicos, mas sim de uma central elétrica integrada em miniatura. Escolher a PVT significa optar por uma forma mais eficiente de utilização de energia, benefícios mais económicos a longo prazo e um conceito de estilo de vida de baixo carbono mais avançado, estabelecendo uma base sólida para que possa adotar uma sociedade totalmente elétrica e uma gestão inteligente da energia.