Solvarme vand opvarmning er en temperamentsfuld ting. Vand vejer meget, det udvides, når det fryser, og det kan forårsage skaleringsskader på rør, når det koger. Solvarmesystemer er vidunderligt effektive, og nogle systemer fungerer fint i årtier, men selv disse har brug for regelmæssig inspektion. Når et solvarmesystem fejler, går det imidlertid i gang med at ødelægge sig selv, og det har i nogen tid været klart, at solvarmevandsopvarmning ikke er fremtidens vej bortset fra meget lavt varmeforbrug, som svømmebassiner.
I lang tid nu, har visdom været, at den relative effektivitet fordel af solvarme teknologi til vandopvarmning mere end opvejer bekvemmeligheden ved elektrisk vand opvarmning. Evnen til solvarme til at indsamle mere energi per kvadratfod betyder, at en sol elektrisk system kraftgivende en konventionel elektrisk vandvarmeren alene vil aldrig konkurrere med en solvarmesystem.
For nylig har reduktioner i omkostningerne til solenergi (PV) og modning af luft-til-vand varmepumpeteknologi imidlertid givet en ny model: sol-elektrisk assisteret varmepumpe vandopvarmning (HPWH). HPWH kommer med færre ulemper end solvarme, med en mindre prisseddel til boligapplikationer.
Nedenstående oplysninger forudsætter anvendelse af en varmepumpevandvarmer med en effektivitetsfaktor (EF på 2,5) og en rating på 1.800 kWh om året med 1 til 1,3 kW netbundet solcelle til eksisterende installation eller system i et område, hvor solcellen producerer mindst 1.400 kWh/kW/år.
Fordele ved solceller
Lavere startomkostninger: Da lavere omkostninger åbne systemer har vist sig at være uegnede til opvarmning af husholdningsvand, bør de installerede omkostninger ved solvarme være baseret på et lukket kredsløb (glycol eller drainback), to-tank (eller opbevaring plus tankless) system, fuldt installeret. Den gennemsnitlige pris for et sådant system, designet til en familie på fire, er mellem $ 7.000 og $ 10.000 før incitamenter. Den PV drevne varmepumpe vandvarmeren vil koste mellem $ 1.000 og $ 2.000 for varmepumpe plus arbejdskraft og mellem $ 3.500 og $ 6.000 for den ekstra PV (til en eksisterende gitter-bundet system), således en samlet installeret omkostninger på mellem $ 5.000 og $ 8.500 før incitamenter.
Nemmere at installere: Udskiftning af en vandvarmer med en anden enkelt tank og tilføjelse af tre til fem ekstra moduler til et PV-system er langt lettere end at udskifte en enkelt tank med to tanke og rørvarmeoverførselsvæske til tunge tagpaneler, der skal tryktestes og oplades efter installation. Dette resulterer i færre muligheder for installationsfejl.
Bruger mindre plads: For at undgå at have solvarmesystemet konkurrere med backup kilde (som begrænser sol fraktion til omkring 60%), to tanke er påkrævet: en for backup, og en for solen. Det er muligt at spare plads, med store omkostninger, med brug af en tankless varmelegeme, så længe tankless varmelegeme kan modulere varmestrømmen ned til et meget lavt punkt og samtidig være i stand til også at opfylde maksimal efterspørgsel.
Behøver ingen vedligeholdelse: Akilleshælen af solvarme er, at hvis systemet holder op med at fungere, er det ikke bare undlader at producere energi: det sætter om sin egen selvdestruktion. Uden flow kan panelerne fryse eller stagnere og overophede (se nedenfor). Den eller de elektroniske differentialcontrollere og cirkulationspumper skal inspiceres årligt for at sikre, at de fungerer korrekt, og at der ikke er påbegyndt nogen skala eller korrosion, der vil føre til systemfejl. Rørene bør også kontrolleres, især for afløbssystemer i ældre bygninger, der kan bosætte sig over tid og fældevæske i linjerne. Disse årlige inspektioner skal udføres af en professionel, og vil koste halvdelen af de årlige gasbesparelser.
Kan ikke fryse: Da et solvarmepanel kan fryse ved temperaturer så højt som 42ºF, er frysebeskyttelse påkrævet i hele fastlandet USA for solvarmesystemer. Med undtagelse af afløbssystemer er frysebeskyttelsessystemer "aktive". Det betyder, at de kræver, at en enhed fungerer som reaktion på lav temperatur. Som en konsekvens, og da de sjældent er forpligtet til at fungere, fryse beskyttelse fiaskoer er både almindelige og katastrofale, hvilket resulterer i tusindvis af dollars af skader på samler array.
Kan ikke overophedes: Overophedning er et ofte overset problem med solvarmesystemer. Der leveres cirka dobbelt så meget solenergi i juli som i januar. Således vil ethvert system, der vil gøre en betydelig forskel i varmt vand omkostninger i januar over-perform i juli. Dette resulterer i perioder med stagnation, hvor der ikke er brug for solvarmen og ingen strøm gennem panelet eller panelerne. Under denne betingelse opvarmes panelerne til omkring 400ºF indeni. Dette kan resultere i skade og fremskynder forringelsen af opsamlerdelene. Der er radiatorsystemer, der er blevet tilføjet til paneler for at afbøde denne effekt, men der er ingen solide data om, hvor meget radiator der kræves for at afkøle en stillestående samler på en varm dag.
Ingen skala opbygge: Skala er den #1 fjende af vandvarmere af enhver art. Varme gør opløste faste stoffer bundfald fra vand, hvor de indsamler på den varme overflade. Selv ved brug af en overførselsvæske på opsamlersiden kan skala være et problem med varmeveksleren ved at tilstoppe rørene, som vandet strømmer igennem for at få varme. De lavere temperaturer, der bruges til at opvarme vand med en varmepumpe, reducerer tendensen til skala for at opbygge i tanken.
100 procent solfraktion opnåelige: På grund af luner vejr og upraktisk opbevaring af store mængder varmt vand, ingen solvarme system, der tilbyder 100 procent pålidelighed kan have en 100 procent sol fraktion. De systemer, der er mest vurderet under SRCC OG300-protokollen, har en 90 procent solfraktion. Brug af gitterbundet solcelle som solkilde til varmepumpens vandvarmer gør det muligt for systemet at "lagre" strøm i nettet til brug op til et år senere. Prissammenligningen ovenfor er baseret på et termisk system med en 80 procent solfraktion versus en 100 procent PV offset for vandopvarmning.
Net efterspørgsel forvaltning: Selv om varmepumpe vand opvarmning tilføjer en belastning til nettet, når de anvendes til at erstatte en gas eller propan enhed, PV tilføjer strøm til nettet i myldretiden dagtimerne, hvor det er mest sandsynligt, at være behov for samfundet. De fleste husholdnings varmt vand bruges tidligt om morgenen og aftenen, når der er mindre samfund-dækkende elektrisk efterspørgsel. Hvis forsyningen vælger at bruge denne fordel, kan det også tilføje evnen til at overophede vandvarmeren gennem den smarte måler, når overskydende elektricitet er tilgængelig på nettet. Bruges i ledning med en blanding ventil for at beskytte huset mod skoldning vand, det effektivt "banker" varmt vand og kan forsinke behovet for varmepumpen til at tænde.
Ingen CO2-emissioner: Enhver brug af naturgas eller propan, uanset hvor effektiv eller billig, resulterer i tilføjelsen af CO2 til atmosfæren, som er den #1 risikofaktor, som civilisationen står over for i dag. En varmepumpe vandvarmeren, der er 100 procent drevet (eller opvejet) af PV yder intet bidrag til dette problem.
Ulemper
Neteffektivitet v. direkte gasforbrug: Standardformodningen ved sammenligning af gasforbrug med elektrisk brug er, at det efter regnskab for konverterings- og transmissionstab tager tre enheder af fossil brændstofenergi (gas, olie, kul) at levere en enhed elektrisk energi. Begrundelsen for, at hvis gassen kan leveres til anvendelsesstedet, er det således mere effektivt at bruge gassen end at bruge elektricitet. Da de fleste fossile vandvarmere er kun omkring 60 procent effektiv, denne effekt er kun halvt så betydelig som det ser ud. Derudover kan fossile vandvarmere ikke drage fordel af vedvarende porteføljestandarder, der yderligere reducerer forholdet mellem gas, der anvendes til leveret elektricitet.
Varm luft påkrævet: Varmepumpens vandvarmers effektivitet afhænger af den tilgængelige varmekilde, som normalt er luften i det rum, hvor varmeapparatet er placeret. Installeret i uopvarmede rum i tempererede klimaer, dette giver ikke noget problem. Men hvis vandvarmerrummet opvarmes eller falder til under 55º-60ºF det meste af året, vil backupelementet være nødvendigt, og effektiviteten vil lide. Omvendt vil varmepumpens vandvarmer afkøle og affugte det rum, hvor den er placeret. Dette kan være en ønskelig funktion.
Nyere på markedet: Selvom luft-til-vand varmepumpe vandopvarmning kun bruger afprøvede og sande koncepter, har husholdnings-HPWH kun haft omkring tyve års udvikling på forbrugermarkedet: længe nok til at være sikker på dens effektivitet og lethed, men ikke længe nok til at være udbredt. Mens der er omkring fem hundrede solvarme modeller og seks hundrede tankless ("instant") vandvarmere anerkendt af DOE's Energy Star-system, er der i øjeblikket kun 23 anerkendte HPWH-modeller.
For hvad det var, solvarme teknologi repræsenterede en forbedring. Det har stadig nogle legitime applikationer, selv. Men husholdnings-niveau sol vand opvarmning kommer med så mange unødvendige ulemper, at det er klart, at fremtiden ligger i en anden retning. Solceller er en yderst effektiv kilde til et varmepumpevandvarmesystem. Snart, at vand-til-vand varmepumper kan være tilgængelige på markedet, men dagens luft-til-vand-systemer er det optimale valg for mange husstande, afhængigt af klima og konfiguration.
