Để giải thích hiệu quả to lớn của giải pháp năng lượng mặt trời tích hợp này về mặt kinh tế lẫn môi trường, trước tiên chúng ta xem lại ba công nghệ riêng biệt đang được sử dụng:

Các tấm quang điện (PV)

Những tấm PV sản xuất điện đã có trong nhiều năm được giới thiệu như là một cách rất hiệu quả để giảm chi phí sản xuất điện và tạo ra lợi nhuận. Một nhược điểm ít được nói đến của PV là, khi nhiệt độ của bề mặt PV tăng thì hiệu suất của nó bị giảm xuống.

Bộ thu gom nhiệt mặt trời

Việc lắp các bộ thu gom nhiệt mặt trời truyền thống để thu nhiệt của mặt trời và làm cho nước nóng lên, thường có thể đáp ứng yêu cầu nước nóng của một gia đình vào mùa hè nóng. Một nhược điểm chính của cách này là trong thời gian của mặt trời bị che khuất thì hoàn toàn không có tí nước nóng nào.

Bơm Nhiệt

Công nghệ bơm nhiệt đã có sẵn trong nhiều năm và được sử dụng lắp đặt ở dưới mặt đất hay trong không khí đã đáp ứng nhu cầu sưởi ấm trên toàn thế giới. Tuy nhiên, trong khi các thiết bị Bơm Nhiệt này làm sạch môi trường hơn so với các thiết bị đốt các nhiên liệu hóa thạch, chúng vẫn còn sử dụng một lượng điện lớn.

Các giải pháp năng lượng mặt trời tích hợp (Hybrid Solar Solution)

Giải pháp năng lượng mặt trời tích hợp là kết hợp cả ba của các công nghệ trên vào trong một hệ thống sao cho nó có hiệu quả lớn hơn nhiều so với những thành phần riêng lẻ.

- Các tấm PV

Làm thế nào? PV, như đã đề cập, có hiệu suất giảm tuyến tính khi nhiệt độ bề mặt của PV tăng. Khi cho các tấm PV thường là màu đen và lắp đặt theo cách để có được tối đa ánh nắng mặt trời thì điều này lại làm gia tăng nhiệt độ của PV mà không thể tránh được. Tấm PV thường giảm hiệu quả lên đến 0,5% cho mỗi độ tăng nhiệt độ. Tuy nhiên, các giải pháp Hybrid Solar Solution kết cả hai thành phần PV và thu gom nhiệt vào một tấm duy nhất - một tấm nhiệt quang điện (PV-T collector). Điều này có hai ưu điểm chính: thứ nhất, bằng cách rút nhiệt ra khỏi tấm PV sẽ duy trì hiệu suất tạo ra điện trong một thời gian dài hơn, và thứ hai, khi kết hợp PV và thành phần gom nhiệt vào một bảng duy nhất, cho phép tạo ra hiệu suất lớn khi diện tích mái nhà có giới hạn.

- Nhiệt mặt trời

Hiệu suất nhiệt mặt trời phụ thuộc vào ánh sáng mặt trời cho nên thường là thời gian một nửa ngày và vào mùa đông thì bộ thu gom nhiệt mặt trời hoạt động rất kém hiệu quả, không đáp ứng yêu cầu sử dụng trong nhà. Với sự tích hợp với máy bơm nhiệt, hiệu suất của bộ thu nhiệt sẽ không còn liên quan trực tiếp đến cường độ của mặt trời nữa, và do đó nhiệt độ đầu ra sẽ ổn định hơn và không còn phụ thuộc nhiều vào cường độ mặt trời nữa. Điều này có hai lợi thế lớn, nhiệt có thể được thu thập từ tấm PV vào ban đêm vì tấm PV sẽ hoạt động như một chất hấp thụ nhiệt hơn là thu năng lượng mặt trời, và nhiệt độ của nước trong nhà có thể đạt được bất chấp ánh nắng mặt trời.

- Bơm nhiệt

Hiệu quả của một máy bơm nhiệt thường được biểu thị là COP (Coefficient of Performance: Hệ số hiệu suất). Đây là một phép tính đơn giản của lượng điện năng đầu vào so với sản lượng năng lượng nhiệt tạo ra. Tuy nhiên, COP của bơm nhiệt thay đổi theo từng mùa trong năm do nhiệt độ nguồn bị sụt giảm theo từng mùa. Nói cách khác, khi nhiệt độ đầu vào của nguồn bị giảm (do môi trường xung quanh mặt đất hoặc điều kiện không khí lạnh hơn), làm gia tăng sự cách biệt giữa nhiệt đầu vào và nhiệt đầu ra, do đó, COP giảm. Bơm nhiệt lắp đặt trong không khí rất nhạy cảm với điều này, khi nhiệt độ môi trường xung quanh giảm xuống nhiệt độ đóng băng thì COP sẽ giảm đi đáng kể. Bơm nhiệt nguồn dưới đất ổn định hơn và COP không biến động nhiều như vậy, do năng lượng đầu vào tương đối ổn định.

Hybrid Solar Solution (giải pháp tích hợp năng lượng mặt trời) sẽ tối đa hóa những lợi thế (cụ thể là chi phí thấp) của bơm nhiệt trong không khí mà lại không bị những nhược điểm về hiệu suất quá thấp trong điều kiện thời tiết đông lạnh. Giải pháp năng lượng mặt trời tích hợp thu nhiệt từ các tấm PV-T, ngay cả trong mùa đông, dưới ánh sáng mặt trời trực tiếp, các tấm PV-T sẽ được cung cấp một nhiệt độ đầu vào lớn hơn nhiều so với nhiệt độ không khí xung quanh, và như vậy nói chung sẽ tốt hơn bơm nhiệt dưới mặt đất, đặc biệt ở cuối một mùa nóng khắc nghiệt khi mặt đất có thể còn bị đông lạnh. Điều này có nghĩa là COP của các giải pháp tích hợp sẽ cao hơn những công nghệ bơm nhiệt khác.

Các thông số kỹ thuật

Giải pháp Hybrid Solar Solution sử dụng một tấm thu PV-T tích hợp, được MCS Electronics công nhận tại Anh (ngoại trừ PowerTherm sản phẩm chị em của nó), cung cấp cho chủ sở hữu doanh thu từ Feed In Tariff and Renewable Heat Incentive Systems trong việc sản xuất điện và nhiệt của nó.

Khi lắp đặt đúng, các tấm PV-T sẽ sản xuất điện hơn 20% so với các tấm PV thông thường. Khi có các máy bơm nhiệt, hiệu ủa có thể tăng trên 25% trong điều kiện thời tiết nào đó.

Đây là một giải pháp hoàn hảo cho khách hàng nào có nhu cầu tối đa hóa hiệu quả năng lượng điện từ một diện tích mái nhà nhất định, và cũng được hưởng lợi từ việc luôn có sưởi ấm và nước nóng quanh năm. Giải pháp Hybrid Solar Solution, với các tấm PV-T lắp đặt trên một căn nhà tại Anh với 28m vuông mái hướng về phía Nam, sẽ sản xuất một lượng điện hàng năm tương đương với từ 38m vuông khi dùng các tấm PV monocrystalline thông thường. Cũng với diện tích trên, các tấm PV-T sẽ có sản lượng nhiều hơn, như thêm 8m vuông hệ thống thu mặt trời nhiệt (mà không có bất kỳ đóng góp từ các máy bơm nhiệt). Sử dụng hệ thống PV riêng cộng với hệ thống thu nhiệt mặt trời riêng sẽ cần diện tích 46m vuông trong khi cho cùng một sản lượng điện thì các tấm PV-T chỉ cần 28m vuông diện tích.

Ngoài ra, với kích thước lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời nói trên, bơm nhiệt có thể sản xuất lên đến 22.000 kWh nhiệt trong những tháng mùa đông, thời gian có nhu cầu cao nhất.

Biểu đồ trên cho thấy các tấm PowerVolt PV-T hấp thụ năng lượng ở -10 ° C trong bóng tối, có nghĩa là hệ thống làm việc có hiệu quả cao hơn so với các máy bơm nhiệt trong không khí ở môi trường đêm đông giá tương tự .

Thông số kỹ thuật của máy bơm nhiệt

Bơm nhiệt trong Hybrid Solar System được Anh thiết kế và sản xuất với nhiều kích cỡ, sử dụng trong các máy nén khí (compressor) Copeland. Thông qua việc tích hợp hệ thống với PV-T, với một nhiệt độ đầu vào danh định 20°C, sản lượng thực tế của các máy bơm nhiệt sẽ tăng khoảng 33% so với sản lượng danh định được liệt kê . Nói cách khác, một máy bơm nhiệt với một sản lượng danh định 4,5 KW sẽ có sản lượng thực tế là 6 KW.