طراحی مفهومی سامانه هیبریدی کلکتور فتوولتائیک-حرارتی خورشیدی و پمپ حرارتی زمین گرمایی برای تامین برق، گرمایش و سرمایش یک ساختمان مسکونی

در این مقاله با ارایه و مقایسه چهار سامانه ترکیبی پمپ حرارتی زمین گرمایی فتوولتاییک-حرارتی خورشیدی با چیدمان های سری و موازی و تبادل حرارت مستقیم در شهر زاهدان نیاز حرارتی شامل تامین آبگرم مصرفی، گرمایش، سرمایش ساختمان و تامین بخشی از نیاز برق مصرفی تجهیزات و فروش برق مازاد تولیدی به شبکه سراسری به عنوان منبع تامین مالی پروژه و درآمد زایی برای ساکنین صورت پذیرد و در عین حال نیاز منطقه از دسترسی به گاز طبیعی برطرف گردد. در گام نخست میزان انرژی مورد نیاز یک خانه مسکونی به نقشه پلان 94 متر مربعی با مصالح متداول ساختمانی منطقه برای یک خانواده چهار نفره در نرم افزار دیزاین بیلدر طراحی و نیاز حرارتی ساعتی در طی یک سال محاسبه شد. طراحی، مدلسازی و کنترل عملکرد هر سیستم پیشنهادی در نرم افزار پلی سان با استفاده از 25 عدد کلکتور فتوولتاییک-حرارتی خورشیدی با مساحت کل 25/33 متر مربع و تعداد 2 مبدل حرارتی زمین گرمایی عمودی به عمق 100 متر انجام و هر چهار طرح بعد از تامین انرژی ساختمان، از لحاظ میزان مصرف انرژی، ضریب عملکرد پمپ حرارتی، میزان برق تولیدی و میزان دی اکسید کربن منتشر شده مورد بررسی و مقایسه قرار گرفتند. بیشینه و کمینه مقدار ضریب عملکرد در میان طرحهای طراحی شده به ترتیب معادل 39/4 و 87/3 برای سامانه تبادل حرارتی مستقیم و سامانه سری بود. با مقایسه طرح های پیشنهادی، طرح بهینه با میزان برق مصرفی  kwh4957 و میزان برق تولیدی kwh10667 در سال معرفی شد. طول مدت بازگشت سرمایه 7 سال برآورد شد. با سامانه طراحی شده سالیانه از انتشار  kg7/5089 دی اکسید کربن جلوگیری خواهد کرد. نتایج نشان دادند که طرح بهینه پیشنهادی برای اجرا در مناطق جنوب و جنوب شرقی ایران دارای صرفه اقتصادی و زیست محیطی خواهد بود.