الصفحة الرئيسية / أخبار / أخبار الصناعة / هل يمكن للألواح الشمسية تشغيل المضخة الحرارية بكفاءة؟

هل يمكن للألواح الشمسية تشغيل المضخة الحرارية بكفاءة؟

محتوى

أخبار الصناعة التدفئة والتبريد بالطاقة الشمسية

تخطيط نظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) المتجدد

هل يمكن للألواح الشمسية تشغيل مضخة حرارية لتدفئة وتبريد المبنى بالكامل؟

تجمع مضخات الحرارة المركزية المتوافقة مع الطاقة الشمسية بين التدفئة والتبريد الكهربائية عالية الكفاءة وتوليد الطاقة الكهروضوئية. يمكن للنظام المصمم بشكل صحيح استخدام إنتاج الطاقة الشمسية أثناء النهار لتقليل استهلاك كهرباء الشبكة مع الحفاظ على درجات حرارة داخلية مريحة طوال المواسم المختلفة.

نوع النظام مصدر الهواء أو المصدر الأرضي
مصدر الطاقة الطاقة الشمسية أو الشبكة أو الهجين
التطبيق الرئيسي التدفئة المركزية والتبريد
01
تعريف النظام

ما هي مضخة الحرارة الشمسية؟

معدات نقل الحرارة تعمل جزئيًا أو كليًا بالكهرباء المولدة بالطاقة الشمسية

A مضخة الحرارة الشمسية عادة ما تكون مضخة حرارية تعمل بالكهرباء ومتصلة بنظام كهروضوئي. تقوم الألواح الشمسية بتوليد الكهرباء، بينما تقوم المضخة الحرارية بنقل الحرارة بين البيئات الداخلية والخارجية. لا يعني هذا المصطلح عادة أن ضوء الشمس يسخن مادة التبريد الموجودة داخل الجهاز بشكل مباشر.

يمكن لمضخات الحرارة الشمسية أن توفر التدفئة والتبريد، وفي بعض تكوينات النظام، توفير الماء الساخن المنزلي. وهي مناسبة للمباني السكنية والمكاتب والفنادق والمدارس وورش العمل والمرافق الزراعية وغيرها من العقارات التي تمثل فيها أحمال التدفئة والتبريد نسبة كبيرة من استهلاك الكهرباء السنوي.

تم تصميم مضخات الحرارة المركزية المتوافقة مع الطاقة الشمسية للعمل مع مجاري الهواء على مستوى المبنى، أو وحدات ملفات المروحة، أو الأنظمة المائية، أو التدفئة الأرضية، أو غيرها من أنظمة توزيع درجة الحرارة المركزية. قد تستخدم المضخة الحرارية الكهرباء الشمسية خلال النهار وتحصل على كهرباء إضافية من الشبكة أو البطارية عندما يكون توليد الطاقة الشمسية غير كاف.

الألواح الشمسية إنتاج كهرباء التيار المستمر من ضوء الشمس
العاكس يحول طاقة التيار المستمر إلى طاقة تيار متردد قابلة للاستخدام
مضخة حرارية يحرك الحرارة بدلا من إنتاجها مباشرة
نظام التوزيع يوفر التدفئة أو التبريد في جميع أنحاء المبنى
02
مبدأ التشغيل

كيف تعمل المضخات الحرارية الشمسية؟

تستخدم المضخة الحرارية دورة تبريد لامتصاص الحرارة من منطقة ما وإطلاقها إلى منطقة أخرى. في وضع التسخين، تستخرج المضخة الحرارية ذات مصدر الهواء الحرارة المتوفرة من الهواء الخارجي وتنقلها إلى الداخل. في وضع التبريد، تنعكس الدورة وتنقل الحرارة الداخلية إلى الخارج.

تتبادل أنظمة المصدر الأرضي الحرارة مع الأرض من خلال حلقات الأنابيب المدفونة. تستخدم أنظمة مصادر المياه مصدرًا مناسبًا للمياه كوسيلة للتبادل الحراري. يمكن دمج كل نوع مع نظام كهروضوئي عندما تتوافق متطلباته الكهربائية مع مجموعة الطاقة الشمسية المتوفرة والعاكس وأجهزة الحماية وأدوات التحكم في إدارة الطاقة.

المرحلة 1 توليد الكهرباء بالطاقة الشمسية

تنتج الوحدات الكهروضوئية كهرباء DC وفقًا للإشعاع الشمسي ودرجة حرارة اللوحة والاتجاه وزاوية الميل والتظليل وحالة الوحدة.

المرحلة 2 التحويل الكهربائي

يقوم العاكس الشمسي بتحويل كهرباء التيار المستمر المولدة إلى كهرباء تيار متردد متوافقة مع المضخة الحرارية والنظام الكهربائي للمبنى.

المرحلة 3 نقل الحرارة

يقوم الضاغط ودائرة التبريد والمبخر والمكثف بنقل الطاقة الحرارية بين المبنى ومصدر الحرارة الخارجي المحدد.

المرحلة 4 موازنة مصدر الطاقة

يتم استخدام الطاقة الشمسية عندما تكون متاحة. توفر شبكة الكهرباء أو تخزين البطارية الطلب المتبقي أثناء انخفاض ضوء الشمس أو التشغيل الليلي أو ذروة حمل التدفئة.

03
التوافق الشمسي

هل تستطيع الألواح الشمسية تشغيل المضخة الحرارية؟

نعم، عندما تتم مطابقة سعة اللوحة وخرج العاكس والطلب على المضخة الحرارية بشكل صحيح

الجواب على "هل يمكن للألواح الشمسية تشغيل مضخة حرارية" هو نعم. يمكن للنظام الكهروضوئي توفير بعض أو كل الكهرباء التي تحتاجها المضخة الحرارية. تعتمد النسبة الفعلية التي توفرها الطاقة الشمسية على حمل التدفئة أو التبريد، والمناخ المحلي، وكفاءة المعدات، وسعة اللوحة، وأشعة الشمس المتاحة، وجدول التشغيل.

ويتساءل المستخدمون أيضًا: "هل يمكن للألواح الشمسية تشغيل مضخة حرارية؟" يمكن للألواح الشمسية تشغيل مضخة حرارية مباشرة أثناء النهار عندما تنتج المجموعة الشمسية طاقة كافية. يمكن للنظام المتصل بالشبكة أن يسحب كهرباء إضافية تلقائيًا عندما ينخفض ​​إنتاج الطاقة الشمسية عن الطلب. يتطلب النظام خارج الشبكة سعة بطارية كافية ومخرج عاكس للحفاظ على التشغيل عند عدم توفر ضوء الشمس.

يجب تقييم السؤال "هل يمكنك تشغيل مضخة حرارية باستخدام الألواح الشمسية" من خلال الطاقة والطاقة. تحدد الطاقة اللحظية ما إذا كان النظام يمكنه العمل في لحظة معينة. تحدد حسابات الطاقة اليومية والموسمية ما إذا كانت المجموعة الشمسية قادرة على إنتاج ما يكفي من الكهرباء خلال الفترة المطلوبة.

تكوين النظام مساهمة الطاقة الشمسية متطلبات البطارية خاصية التشغيل
مضخة حرارية متصلة بالشبكة مساهمة جزئية أو عالية خلال النهار غير مطلوب تغطي الشبكة تلقائيًا النقص في الطاقة الشمسية
نظام المضخة الحرارية الهجين تستخدم الطاقة الشمسية كمصدر مفضل اختياري يمكن أن تعمل الطاقة الشمسية والبطارية والشبكة معًا
نظام المضخة الحرارية خارج الشبكة توفر الطاقة الشمسية جميع الكهرباء المولدة مطلوب يتطلب التحجيم الدقيق في الشتاء والليل
نظام النهار بمساعدة الطاقة الشمسية التركيز على تقليل الحمل أثناء النهار عادة غير مطلوبة مناسبة للتبريد أثناء النهار أو التدفئة المجدولة
04
تحجيم المصفوفة الشمسية

ما هو عدد الألواح الشمسية اللازمة لتشغيل المضخة الحرارية؟

يعتمد عدد الألواح الشمسية على المدخلات الكهربائية للمضخة الحرارية، ووقت التشغيل اليومي، والحمل الموسمي، والقدرة الكهربائية للوحة، وساعات ذروة ضوء الشمس، وكفاءة النظام، وما إذا كان يجب أن تعمل المضخة الحرارية بعد غروب الشمس. قد يكون الطلب على التدفئة أعلى خلال فصل الشتاء، عندما يكون إنتاج الطاقة الشمسية اليومي أقل من إنتاج الصيف.

الحساب الأساسي طاقة المصفوفة الشمسية المطلوبة = الاستخدام اليومي للكهرباء من المضخات الحرارية ÷ ساعات ذروة ضوء الشمس ÷ كفاءة النظام

مثال لبيانات التشغيل

متوسط المدخلات الكهربائية 2.5 كيلو واط
وقت التشغيل اليومي 8 ساعات
استخدام الكهرباء اليومي 20 كيلو واط ساعة
ساعات ذروة ضوء الشمس 5 ساعات
كفاءة النظام 80%

حساب المصفوفة الشمسية

20 كيلووات ساعة ÷ 5 ساعات ÷ 0.80 = 5 كيلووات

يمكن تشكيل مجموعة نظرية بقدرة 5 كيلو وات باستخدام ما يقرب من أحد عشر لوحًا شمسيًا بقدرة 455 وات. قد يستخدم التصميم العملي اثني عشر إلى أربعة عشر لوحة للتعويض عن درجة حرارة الوحدة، وفقدان العاكس، والغبار، والتظليل الجزئي، والطقس المتغير، والانخفاض الموسمي في إنتاج الطاقة الشمسية.

متوسط مدخلات المضخة الحرارية وقت التشغيل اليومي الطلب اليومي على الكهرباء مرجع صفيف الطاقة الشمسية كمية اللوحة التقريبية 455 وات
1.5 كيلو واط 6 ساعات 9 كيلو واط ساعة 2.3 كيلو واط – 3.0 كيلو واط 6-7 لوحات
2.5 كيلو واط 8 ساعات 20 كيلو واط ساعة 5.0 كيلو واط – 6.5 كيلو واط 11-15 لوحة
4.0 كيلو واط 8 ساعات 32 كيلو واط ساعة 8.0 كيلو واط – 10.5 كيلو واط 18-24 لوحة
6.0 كيلو واط 10 ساعات 60 كيلو واط ساعة 15.0 كيلو واط – 20.0 كيلو واط 33-44 لوحة
يتطلب مقاس الشتاء اهتمامًا إضافيًا.

قد تستهلك المضخة الحرارية المزيد من الكهرباء أثناء الطقس البارد لأن الفرق في درجة الحرارة بين الداخل والخارج يكون أكبر. وقد ينخفض ​​إنتاج الطاقة الشمسية أيضًا بسبب قصر ساعات النهار أو انخفاض زاوية الشمس أو الغطاء الثلجي أو السحابة أو سوء الأحوال الجوية. لا ينبغي استخدام متوسط ​​البيانات الشمسية السنوية وحدها لتصميم التدفئة الشتوية الهامة.

05
تقييم الأداء

هل المضخة الحرارية تستحق العناء بالطاقة الشمسية؟

يمكن أن يكون من المفيد دمج المضخة الحرارية مع الطاقة الشمسية عندما يكون لدى المبنى طلب سنوي كبير على التدفئة أو التبريد. يتم تشغيل المضخات الحرارية كهربائيًا، مما يسمح للكهرباء الكهروضوئية بتعويض جزء من تكاليف التشغيل. عادةً ما يوفر المبنى المعزول جيدًا المزود بمعدات ذات حجم صحيح نتائج أفضل من المبنى المعزول بشكل سيئ والذي يحتوي على نظام كبير الحجم أو صغير الحجم.

الظروف التي تعمل على تحسين القيمة

وقت التشغيل السنوي الطويل

يمكن للمباني التي تتطلب التدفئة في الشتاء والتبريد في الصيف استخدام المضخة الحرارية والنظام الشمسي طوال أشهر السنة.

ارتفاع الطلب على الكهرباء خلال النهار

يمكن للتدفئة أو التبريد أو الماء الساخن أو التشغيل التجاري أثناء النهار أن يستهلك الكهرباء الشمسية أثناء توليدها.

عزل جيد للمباني

يسمح انخفاض فقدان الحرارة للمضخة الحرارية بالحفاظ على درجة الحرارة مع انخفاض طاقة الضاغط ودورات تشغيل أقصر.

توزيع مناسب لدرجة الحرارة المنخفضة

التدفئة تحت الأرضية وأنظمة لفائف المروحة المصممة بشكل صحيح يمكن أن تقلل من درجة حرارة الماء المطلوبة وتحسين كفاءة المضخة الحرارية.

الشروط التي تتطلب مراجعة متأنية

درجات الحرارة الشديدة في الشتاء

يمكن أن تؤدي درجة الحرارة الخارجية المنخفضة للغاية إلى زيادة استهلاك الكهرباء وقد تتطلب معدات أكبر أو تدفئة احتياطية أو مصدر حرارة مختلف.

منطقة تركيب الطاقة الشمسية محدودة

قد يؤدي شكل السقف والقدرة الهيكلية والتظليل ومسارات الوصول واللوائح المحلية إلى تقييد القدرة الكهروضوئية القابلة للاستخدام.

ارتفاع الطلب على التدفئة ليلا

ويعتمد التشغيل الليلي على طاقة الشبكة أو تخزين البطارية لأن الألواح الشمسية لا تولد الكهرباء بعد غروب الشمس.

وجود مشعات ذات درجة حرارة عالية

تتطلب بعض المشعات التقليدية درجات حرارة مياه تقلل من كفاءة المضخة الحرارية ما لم تتم ترقية البواعث أو غلاف المبنى.

06
اختيار المعدات

اختيار مضخات الحرارة المركزية المتوافقة مع الطاقة الشمسية

يجب اختيار المضخات الحرارية المركزية المتوافقة مع الطاقة الشمسية وفقًا لحمل المبنى، ودرجة الحرارة التصميمية المحلية، وطريقة توزيع التدفئة، والإمدادات الكهربائية المتاحة، ومخرجات العاكس الشمسي، واستراتيجية التحكم. لا تحتاج المضخة الحرارية إلى نوع خاص من ضوء الشمس، ولكن يجب أن تعمل بأمان وكفاءة مع النظام الكهربائي.

قدرة التدفئة

يجب أن تتوافق سعة التدفئة مع فقدان حرارة المبنى المحسوب عند درجة حرارة التصميم المحلية. يمكن أن يؤدي اختيار المعدات حسب مساحة الأرضية فقط إلى نتائج غير دقيقة.

سعة التبريد

يجب أن يأخذ اختيار التبريد في الاعتبار اكتساب الحرارة الشمسية، والنوافذ، والعزل، والركاب، والإضاءة، والمعدات، والتهوية، ودرجة حرارة الصيف المحلية.

نطاق طاقة الإدخال

يمكن للمضخات الحرارية ذات السرعة المتغيرة ضبط خرج الضاغط وقد تتبع توليد الطاقة الشمسية المتاحة بشكل أكثر سلاسة من المعدات ذات الإنتاج الثابت.

مؤتمر الأطراف وسكوب

يصف COP كفاءة التشغيل في ظل ظروف محددة. يوفر SCOP عرضًا موسميًا وهو مفيد لمقارنة أداء التدفئة على نطاق أوسع من درجات الحرارة.

المرحلة الكهربائية

تأكد مما إذا كانت الوحدة تستخدم كهرباء أحادية الطور أو ثلاثية الطور وما إذا كان العاكس الشمسي وإمدادات المبنى يمكنهما دعم الجهد والتيار المطلوبين.

عملية درجة حرارة منخفضة

تحقق من السعة المقدرة، وطاقة الإدخال، وأداء إزالة الجليد، ودرجة حرارة الماء المغادر عند أدنى درجة حرارة خارجية متوقعة.

توافق التحكم

يمكن لضوابط إدارة الطاقة تنسيق توليد الطاقة الشمسية، وشحن البطارية، والتخزين الحراري، وطاقة الشبكة، ودرجة حرارة الغرفة، وتشغيل وقت الاستخدام.

07
مقارنة النظام

الأنواع الشائعة لمضخات الحرارة الشمسية

مصدر الهواء

مضخة حرارة الهواء إلى الهواء

ينقل الحرارة بين الهواء الخارجي والهواء الداخلي. يتم توصيله عادةً بوحدات داخلية مجاري أو بدون مجاري ويمكن أن يوفر التدفئة والتبريد.

مناسبة ل:

تتطلب المنازل والمكاتب والمحلات التجارية والمباني التدفئة والتبريد المباشر بالهواء.

مصدر الهواء

مضخة حرارة الهواء إلى الماء

ينقل الطاقة من الهواء الخارجي إلى دائرة مائية للتدفئة تحت الأرضية، أو وحدات لفائف المروحة، أو مشعات درجة الحرارة المنخفضة، أو الماء الساخن المنزلي.

مناسبة ل:

التدفئة المركزية والتبريد وأنظمة الماء الساخن المتكاملة.

المصدر الأرضي

مضخة حرارية من مصدر أرضي

يستخدم الحلقات المدفونة لتبادل الحرارة مع الأرض. درجة حرارة الأرض أكثر استقرارًا من درجة حرارة الهواء الخارجي، لكن التثبيت يتطلب أرضًا مناسبة أو حفرًا أو حفرًا.

مناسبة ل:

مشاريع طويلة الأجل مع مساحة أرضية متاحة وحمل سنوي كبير.

مصدر المياه

مضخة حرارية من مصدر مائي

يتبادل الحرارة مع مصدر مائي مناسب. ويجب مراعاة جودة المياه ومعدل التدفق والظروف البيئية والترشيح والموافقة المحلية.

مناسبة ل:

مشاريع ذات مصدر مياه موثوق ومناسب من الناحية الفنية.

08
تخطيط المشروع

ما الذي يجب التأكد منه قبل التثبيت؟

01

بناء التدفئة والتبريد الحمل

تحديد فقدان الحرارة، وحمل التبريد، وأداء العزل، وتسرب الهواء، ومنطقة النافذة، والإشغال، والطلب على التهوية، ودرجات الحرارة الداخلية المطلوبة.

02

موارد الطاقة الشمسية ومساحة التثبيت

قم بمراجعة بيانات ضوء الشمس الشهرية، واتجاه السقف، وزاوية اللوحة، والتظليل، والقدرة الهيكلية، ومساحة الوصول، وحمل الثلج، وحمل الرياح، ومسافة الكابل.

03

البنية التحتية الكهربائية

تأكد من جهد الخدمة، والمرحلة، وسعة القاطع، وإخراج العاكس، وحجم الكابل، والحماية من زيادة التيار، والعزل، والتأريض، والقواعد الكهربائية المحلية.

04

نظام توزيع الحرارة

تحقق من أبعاد القناة، وتدفق الهواء، وتدفق المياه، وقطر الأنبوب، ورأس المضخة، وسعة الرادياتير، واختيار ملف المروحة، ودرجة حرارة الماء المطلوبة.

05

النسخ الاحتياطي وتخزين الطاقة

قرر ما إذا كان دعم الشبكة، أو تخزين البطارية، أو التخزين الحراري، أو التدفئة الإضافية مطلوبًا أثناء الليل، أو سوء الأحوال الجوية، أو دورات إزالة الجليد، أو البرد الشديد.

06

استراتيجية التحكم

تحديد أولوية الطاقة الشمسية، واحتياطي البطارية، وجدول الماء الساخن، ودرجة حرارة الغرفة، وقيود شحن الشبكة، وتعويض الطقس، وإعدادات الاستجابة للطلب.

09
الأسئلة المتداولة

أسئلة حول أنظمة المضخات الحرارية الشمسية

هل هناك شيء مثل مضخة الحرارة الشمسية؟

نعم. يشير المصطلح عادةً إلى مضخة حرارية تعمل جزئيًا أو كليًا بالكهرباء المولدة من الألواح الكهروضوئية. قد تكون متصلة بالشبكة، أو هجينة، أو خارج الشبكة.

هل يمكن للألواح الشمسية تشغيل مضخة حرارية في الليل؟

لا تستطيع الألواح الشمسية إنتاج الكهرباء ليلاً. يتطلب التشغيل الليلي شبكة كهرباء، أو بطارية ذات حجم كافٍ، أو مصدر طاقة احتياطي آخر.

هل يمكن للمضخة الحرارية أن تعمل فقط عند توفر الطاقة الشمسية؟

ويمكن جدولتها لفترات إنتاج الطاقة الشمسية القوية، ولكن المباني التي تتطلب التحكم المستمر في درجة الحرارة تحتاج عادةً إلى دعم الشبكة أو البطاريات أو التخزين الحراري.

لماذا تستخدم المضخة الحرارية المزيد من الكهرباء في الطقس البارد؟

يجب أن تقوم المعدات بنقل الحرارة عبر فرق أكبر في درجة الحرارة. قد تتطلب أنظمة مصدر الهواء أيضًا دورات إزالة الجليد، مما قد يؤدي إلى زيادة استخدام الكهرباء بشكل مؤقت.

هل يمكن للنظام الكهروضوئي الموجود أن يدعم مضخة حرارية مركزية؟

قد يدعم جزءًا أو كل الطلب عندما تكون مجموعة الطاقة الشمسية والعاكس والخدمة الكهربائية والأسلاك ومعدات الحماية وقدرة التوليد المتاحة كافية.

هل تؤدي إضافة المزيد من اللوحات دائمًا إلى إلغاء استخدام كهرباء الشبكة؟

ليس بالضرورة. يمكن أن يحدث الطلب على التدفئة في الليل أو خلال فترات الشتاء المنخفضة ضوء الشمس. يجب تقييم سعة اللوحة وتخزين البطارية والإنتاج الموسمي وفقدان حرارة المبنى معًا.

هل مضخات الحرارة الشمسية مناسبة للمياه الساخنة المنزلية؟

يمكن للعديد من أنظمة المضخات الحرارية من الهواء إلى الماء ومن مصدر أرضي إنتاج الماء الساخن المنزلي. يجب تضمين درجة حرارة الخزان المطلوبة وحجم التخزين ودورة النظافة والتدفئة الاحتياطية في اختيار النظام.

معلومات تكوين النظام

مطابقة المضخات الحرارية المركزية المتوافقة مع الطاقة الشمسية مع الحمل الفعلي للمشروع

يتطلب اختيار النظام الموثوق به أكثر من مساحة أرضية المبنى أو كمية اللوحة العامة. يجب مراجعة الطلب على التدفئة، والطلب على التبريد، والمناخ المحلي، ودرجة حرارة الماء، والإمدادات الكهربائية، وجدول التشغيل، وتوليد الطاقة الشمسية، ومتطلبات النسخ الاحتياطي كنظام واحد كامل.

معلومات المضخة الحرارية

قدرة التدفئة والتبريد

تصنيف والحد الأقصى لطاقة الإدخال

نطاق درجة حرارة التشغيل

درجة حرارة الماء المخرج المطلوبة

مرحلة واحدة أو ثلاث مراحل العرض

متطلبات تذويب والتدفئة المساعدة

معلومات النظام الشمسي

الطاقة المقدرة للوحة الشمسية

السطح المتاح أو المساحة الأرضية

ساعات الذروة لأشعة الشمس الشهرية

نموذج العاكس الشمسي والإخراج

سعة البطارية والطاقة القابلة للاستخدام

توافر الشبكة والجهد المحلي

معلومات البناء

الموقع والظروف المناخية

مساحة أرضية المبنى والعزل

درجة الحرارة الداخلية المطلوبة

ساعات عمل التدفئة والتبريد

القنوات الموجودة أو المشعات أو التدفئة الأرضية

متطلبات الماء الساخن المنزلي

عرض حلول المضخات الحرارية الشمسية