دراسة نظام مضخة حرارية لتسخين حوض السباحة في فيلا بجنوب فرنسا

٨ ألواح كهروحرارية + ١ مضخة حرارية = فاتورة كهرباء صفرية لتسخين حوض السباحة

نيس، فرنسا | حوض سباحة خارجي سعته ٤٠ مترًا مكعبًا | بدون غطاء عازل حراري | من مايو إلى أكتوبر

١. تكوين النظام

٢. لماذا ينجح هذا الحل — فائدة مزدوجة

لوحة الطاقة الشمسية القياسية تُولِّد الكهرباء فقط. أما لوحة PVT فهي تؤدي وظيفتين في آنٍ واحد:

هذه القناة الثانية هي العامل الحاسم. إذ يمر ماء المسبح أولًا عبر صفائف PVT، حيث ترفع الطاقة الشمسية درجة حرارته ٣–٥°م قبل أن يصل إلى مضخة الحرارة. وبما أن ماء الدخول يكون أكثر دفئًا، فإن فرق درجة الحرارة الذي يجب على المضخة التغلب عليه يقلّ، فيقلّ استهلاك الضاغط، ويرتفع معامل الأداء.

هذه هي الميزة الأساسية لتقنية الألواح الكهروحرارية مقارنةً بـ"الألواح الفوتوفولطية العادية + مضخة الحرارة": حيث تعمل مضخة الحرارة لفترة أقل ليس فقط لأن الألواح الكهروحرارية تُنتِج كهرباء، بل أيضًا لأنها توفر حرارة مجانية.

3. الأداء الشهري

القيم السالبة للشبكة = تصدير صافٍ إلى الشبكة. وخلال الفترة من مايو إلى سبتمبر، يدور العداد عكس اتجاه الحركة خمسة أشهر متتالية.

٤. يوم في يوليو — ساعة بساعة

فلنُمعّن النظر في يوم نموذجي في يوليو لمعرفة كيفية تفاعل الألواح الكهروحرارية (PVT) ومضخة الحرارة في الوقت الفعلي:

المجموع اليومي: أنتجت الألواح الكهروحرارية ٢٥,٠ كيلوواط ساعة من الكهرباء و٥٥,٢ كيلوواط ساعة من الحرارة. واستهلك مضخة الحرارة فقط ١٣,٣ كيلوواط ساعة. والنتيجة الصافية: تم تصدير ١١,٧ كيلوواط ساعة إلى الشبكة — مع الحفاظ على درجة حرارة حوض السباحة عند ٢٨°م.

٥. الألواح الكهروحرارية مقابل الألواح الفوتوفولتية القياسية — الفرق

توفر الألواح الكهروحرارية (PVT) مبلغًا إضافيًّا قدره ٥٦١ يورو سنويًّا مقارنةً بالألواح الفوتوفولتائية القياسية (PV)، وذلك لأن استغلال الطاقة الحرارية يقلل من عبء عمل مضخة الحرارة بنسبة ٥٥٪. والفرق البسيط في التكلفة بين الألواح الكهروحرارية والألواح الفوتوفولتائية القياسية يُسترد بالكامل خلال أقل من سنة واحدة.

٦. الاستثمار وفترة الاسترداد

٧. النتيجة النهائية

المنطق القديم كان: يفقد المسبح X كيلوواط ساعة من الحرارة، وتُعوّض المضخة الحرارية هذه الكمية باستخدام الكهرباء.

تُعيد الألواح الكهروحرارية صياغة المعادلة:

فقدان الحرارة من المسبح − التوريد الحراري المجاني من الألواح الكهروحرارية = ما تحتاجه المضخة الحرارية فعلًا لأدائه.

عندما تكون أشعة الشمس أقوى — أي بالضبط في اللحظات التي يفقد فيها المسبح أكبر قدر من الحرارة — تولِّد الألواح الكهروحرارية كميات وافرة من الكهرباء والحرارة معًا. وتتوقف المضخة الحرارية عن العمل خلال ساعات الذروة الشمسية. أما في الساعات غير الذروية، فإنها تعمل بماء دخول مسبق التسخين، ما يرفع معامل الأداء (COP) بشكل ملحوظ.