PVT-Eハイブリッド太陽光発電熱モジュール

1. 製品概要

太陽熱集熱器と太陽光発電（PV）モジュールは現在、世界的なカーボンニュートラル建築への移行を支える、建物一体型太陽光発電技術の2大柱です。しかし、これらの技術はそれぞれ、従来、単一のエネルギー形態しか提供していません。太陽光発電モジュールは発電を行い、太陽熱集熱器は熱を提供します。どちらの技術も単独では、現代の建物の電力、暖房、冷房、そして給湯という統合的な需要を同時に満たすことはできません。この構造上の制約により、エネルギー利用は最適とは言えず、利用可能な建物面積の非効率的な利用につながっています。

PVT（光起電力・太陽熱）ハイブリッド技術は、この問題に対する体系的な解決策です。PVT技術は、太陽光発電と太陽熱発電の機能を単一の統合モジュールに統合することで、同じ太陽光開口部から電気と熱を同時に生成することを可能にします。これにより、太陽光スペクトルの潜在エネルギーをより効率的に活用し、入射する太陽光を電気と熱の両方の出力に変換することで、システム全体の効率を大幅に向上させます。

PVT-Eハイブリッドモジュールは、太陽光を単一のコンポーネント内で利用可能な電気エネルギーと熱エネルギーに変換する高度なエネルギー変換製品です。その中核となる革新的技術は、一体型の熱抽出構造を介して熱エネルギー収集サブシステムを太陽光発電モジュールの背面に直接結合していることにあります。この構成により、太陽光発電プロセス中に発生する廃熱を環境に放出することなく、回収・再利用することができます。

熱サブシステムと電気サブシステムは、単に機械的に統合されているのではなく、それぞれの動作温度範囲とエネルギー変換特性に合わせて協調設計されています。協調的な熱電気システム設計により、PVT-Eモジュールは、動的な屋外環境下でも両方の機能を安定的かつ効率的に動作させることができます。この協調動作により、内部エネルギー損失が最小限に抑えられ、太陽光発電の動作温度が安定し、太陽放射の全体的な利用効率が大幅に向上します。

従来の独立型PVモジュールと比較して、PVT-Eモジュールは、単位面積あたりの電気エネルギーと熱エネルギーの複合出力を約2～3倍に増加させます。これにより、暖房、家庭用給湯、低温産業用熱需要など、幅広い建物およびインフラ用途に適しています。PVT-Eモジュールは、従来の化石燃料ベースのエネルギー源を代替することで、温室効果ガス排出量の削減に直接貢献し、建築環境の長期的な脱炭素化を支援します。

2. 製品の利点

（１）効率性の利点

PVT-Eモジュールは、単独で稼働する太陽光発電モジュールまたは太陽熱集熱器と比較して、大幅に高い総合エネルギー効率を実現します。熱回収と発電を統合することで、システムの総合太陽エネルギー利用効率は最大80%に達します。

太陽電池の性能は動作温度に大きく影響されます。結晶シリコン太陽電池の場合、セル温度が1℃上昇するごとに、通常、電気変換効率は約0.3～0.5%低下します。PVT-Eモジュールは、太陽電池の背面から積極的に熱を排出し、セル温度を最適な範囲に維持することで、電気出力を安定化・向上させると同時に、利用可能な熱エネルギーを生成します。

この二重の利点（電気性能の向上と熱出力の回収）により、個別の PV システムでは達成できない相乗的な効率向上が実現します。

（２）スペース利用の優位性

密集した都市環境や近代的な建物の設計では、利用可能な屋根やファサードの面積が限られていることがよくあります。PVT-Eモジュールは、同じ表面積から電力と熱の両方を生成するため、1平方メートルあたりの実用的なエネルギー出力を実質的に2倍にします。

従来の太陽光発電パネルと太陽熱集熱器を別々に設置するアプローチと比較して、PVT-E システムは必要な設置面積を約 50% 削減し、構造上の設置面積を増やすことなく屋上や建物の外壁のエネルギー密度を高めることができます。

（３）環境優位性

PVT-Eシステムは、運転中に直接二酸化炭素を排出することなく稼働します。建物や産業プロセスに再生可能電力と再生可能熱を供給し、石炭、石油、天然ガスなどの化石燃料ベースのエネルギー源を直接的に代替します。

PVT-E モジュールは、単一の再生可能資源から両方の形態のエネルギーを供給することで、運用時の炭素排出量の大幅な削減に貢献し、建築部門と産業部門の両方で長期的な気候緩和目標をサポートします。

（4）経済的優位性

電気と熱の二重生産は、単一の投資から2つの並行した経済的価値の流れを生み出します。ユーザーは、電力購入量の削減と暖房用の燃料消費量の削減という2つのメリットを同時に享受できます。

さらに、太陽電池の動作温度を低く維持することで、封止材や電気部品への熱ストレスを軽減し、モジュールの耐用年数を延ばし、ライフサイクルメンテナンスコストを削減します。これにより、従来の太陽光発電ソリューションと比較して、長期的な財務パフォーマンスと投資収益率が向上します。

3. コア技術パフォーマンス指標

（１）最適なエネルギー利用のための熱電結合

PVT-Eモジュールは、高度な熱電結合技術を採用し、単一コンポーネントから統合された熱供給と電力供給を提供します。太陽光発電の過程では、吸収された太陽光放射の大部分が熱に変換されます。この熱は、統合された熱サブシステムを通じて積極的に捕捉され、太陽電池層から排出されます。

太陽電池の表面温度を25～45℃の最適効率範囲内に制御することで、高い電気性能を維持しながら、建物に利用可能な熱エネルギーを回収します。その結果、太陽エネルギー利用効率は80%を超えます。

（2）長寿命と信頼性のための温度制御

高温動作は、封止材や電気絶縁材の劣化を加速させ、太陽電池セルに損傷を与える可能性のあるホットスポット発生のリスクを高めます。PVT-Eシステムのアクティブ熱管理は、熱応力を低減し、材料の劣化を遅らせ、ホットスポット発生のリスクを軽減します。

その結果、このシステムはモジュールの耐用年数を延ばすだけでなく、より高温で動作する従来のPVシステムと比較して、モジュールの寿命全体にわたる累積発電量が16%以上増加します。

（3）高度な真空ラミネーションと熱硬化技術

PVT-Eモジュールは、ハイブリッドモジュール製造における真空ラミネーションと熱硬化に伴う重大な課題を克服しています。最適化された真空ラミネーションと熱硬化接合プロセスにより、太陽電池層と熱伝導層間の欠陥のない構造的統合を実現します。

このプロセスにより、微小亀裂、気泡、剥離欠陥が排除され、長期にわたる安定したパフォーマンス、構造的信頼性の向上、製品ライフサイクル全体にわたる熱電気効率の持続が実現します。

4. 技術革新とブレークスルー

（１）高効率エネルギー変換と二重最適化

このシステムは、太陽光発電と熱発電の連成メカニズムを研究し、過渡連成モデルを確立することで、PID制御による作動流体パラメータの精密制御を可能にしました。これにより、モジュールを最適な温度範囲に維持し、22.4%の電気効率と35%を超える熱効率を達成し、従来のシステムの3倍以上に太陽光発電の総利用率を向上させます。

（２）スペクトル選択コーティングの統合

このシステムには、PVDプロセスとCVDプロセスを組み合わせた多層スペクトル選択コーティングが組み込まれています。これらのコーティングにより、広帯域の太陽光スペクトル利用が可能になり、幅広い波長範囲にわたる吸収・変換効率が最適化され、光エネルギーの利用率が最大化されます。

（３）高効率熱伝達カップリング技術

高度な接合プロセスは、材料の適合性、層間接着、そして真空環境下における熱応力制御といった課題に対処します。最適化された温度勾配硬化とヒートスプレッダーレイアウトにより、界面熱抵抗を低減し、熱伝達効率と長期安定性の両方を向上させます。

（4）低熱損失設計

マルチフィジックスモデリングと熱損失解析により、エアロゲル複合断熱材、スタッガード断熱層、選択コーティング、真空パッケージングを統合した包括的な低損失アーキテクチャを構築します。これにより、対流および放射による熱損失が大幅に低減され、実用に耐える熱エネルギー品質が維持されます。

5. Soletks Solarを選ぶ理由

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Soletks Solar は、深い技術的蓄積、産業の成熟、厳格な品質管理を通じて、持続可能なエネルギーソリューションを追求する顧客に、先進的な製品だけでなく長期的な技術的信頼性も提供します。