Încălzirea solară termică a apei este un lucru temperamental. Apa cântărește foarte mult, se extinde atunci când îngheață și poate provoca deteriorarea scalării țevilor atunci când fierbe. Sistemele solare termice sunt extrem de eficiente, iar unele sisteme funcționează foarte bine timp de decenii, dar chiar și acestea necesită o inspecție regulată. Cu toate acestea, atunci când un sistem solar termic eșuează, se propune să se autodistrugă și este clar de ceva timp că încălzirea solară a apei termice nu este calea viitorului, cu excepția utilizării termice foarte mici, cum ar fi piscinele.
De mult timp, înțelepciunea este că avantajul relativ al eficienței tehnologiei solare termice pentru încălzirea apei depășește confortul încălzirii electrice a apei. Capacitatea solarului termic de a colecta mai multă energie pe picior pătrat înseamnă că un sistem solar electric care alimentează un încălzitor electric de apă convențional singur nu va concura niciodată cu un sistem solar termic.
Recent, însă, reducerile în costurile electrice solare (PV) și maturarea tehnologiei pompei de căldură aer-apă au oferit un nou model: încălzirea apei cu pompă de căldură asistată solar-electrică (HPWH). HPWH vine cu mai puține dezavantaje decât energia termică solară, cu un preț mai mic pentru aplicațiile rezidențiale.
Informațiile de mai jos presupun utilizarea unui încălzitor de apă cu pompă de căldură cu un factor de eficiență (EF de 2,5) și o evaluare de 1.800 kWh pe an, cu 1 până la 1,3 kW de PV conectat la rețea adăugat la instalația sau sistemul existent într-o regiune în care PV produce cel puțin 1.400 kWh / kW / an.
Avantaje PV
Cost inițial mai mic: Având în vedere că sistemele deschise cu costuri mai mici s-au dovedit a fi inadecvate pentru încălzirea apei menajere, costul instalat al energiei solare termice ar trebui să se bazeze pe un sistem închis (glicol ordrainback), cu două rezervoare (sau fără depozitare), complet instalat. Prețul mediu pentru un astfel de sistem, conceput pentru o familie de patru persoane, este între 7.000 și 10.000 USD înainte de stimulente. Încălzitorul de apă cu pompă de căldură alimentat cu PV va costa între 1.000 și 2.000 USD pentru pompa de căldură plus forța de muncă și între 3.500 și 6.000 USD pentru PV suplimentar (la un sistem existent conectat la rețea), astfel un cost total instalat între 5.000 și 8.500 USD înainte de stimulente .
Mai ușor de instalat: înlocuirea unui încălzitor de apă cu un alt rezervor și adăugarea a trei până la cinci module suplimentare la un sistem fotovoltaic este mult mai ușor decât înlocuirea unui singur rezervor cu două rezervoare și conductarea fluidului de transfer de căldură pe panourile grele de pe acoperiș care trebuie testate la presiune și încărcate după instalare. Acest lucru are ca rezultat mai puține oportunități de eroare de instalare.
Folosește mai puțin spațiu: pentru a evita ca sistemul solar termic să concureze cu sursa de rezervă (care limitează fracția solară la aproximativ 60%), sunt necesare două rezervoare: unul pentru rezervă și unul pentru solar. Este posibil să economisiți spațiu, cu cheltuieli mari, cu utilizarea atanklessheater, atâta timp cât încălzitorul fără rezervor poate modula fluxul de căldură până la un punct foarte scăzut, putând în același timp să satisfacă cererea maximă.
Nu are nevoie de întreținere: călcâiul lui Ahile al solarului termic este că, dacă sistemul încetează să funcționeze, nu doar că nu produce energie, ci își propune să se autodistrugă. Fără curgere, panourile pot îngheța sau stagna și supraîncălzi (vezi mai jos). Controlerul diferențial electronic și pompa (pompele) de circulator trebuie să fie inspectate anual pentru a se asigura că funcționează corect și că nu a început nici o scală sau coroziune care să conducă la defectarea sistemului. Conductele ar trebui, de asemenea, verificate, în special pentru sistemele de scurgere în clădirile mai vechi care se pot așeza în timp și pot prinde fluidul în linii. Aceste inspecții anuale trebuie efectuate de un profesionist și vor costa jumătate din economiile anuale de gaze.
Nu se poate îngheța: Deoarece un panou solar termic poate îngheța la temperaturi de până la 42 ° F, protecția împotriva înghețului este necesară în întreaga SUA continentală pentru sistemele solare termice. Cu excepția sistemelor de scurgere, sistemele de protecție împotriva înghețului sunt „active”. Aceasta înseamnă că necesită un dispozitiv pentru a funcționa ca răspuns la o temperatură scăzută. În consecință, și întrucât rareori li se cere să funcționeze, eșecurile de protecție la îngheț sunt atât comune, cât și catastrofale, ducând la mii de dolari daune la matricea colectoare.
Nu se poate supraîncălzi: supraîncălzirea este o problemă frecvent ignorată cu sistemele solare termice. Există aproximativ două ori mai multă energie solară livrată în iulie decât în ianuarie. Astfel, orice sistem care va face o diferență semnificativă în costul apei calde în ianuarie va avea o performanță excesivă în iulie. Acest lucru duce la perioade de stagnare în care nu există nici o utilizare pentru căldura solară și nici un flux prin panou (panouri). În această condiție, panourile se vor încălzi la aproximativ 400 ° F în interior. Acest lucru poate duce la deteriorarea și accelerarea deteriorării pieselor colectorului. Există sisteme de radiatoare care au fost adăugate la panouri pentru a atenua acest efect, dar nu există date solide cu privire la cantitatea de radiator necesară pentru răcirea unui colector stagnant într-o zi fierbinte.
Nu se acumulează scară: Scala este inamicul # 1 al încălzitoarelor de apă de orice tip. Căldura face ca solidele dizolvate să precipite din apă unde se adună pe suprafața fierbinte. Chiar și cu utilizarea unui fluid de transfer pe partea colectorului, scara poate fi o problemă cu schimbătorul de căldură prin înfundarea tuburilor prin care curge apa pentru a câștiga căldură. Temperaturile mai scăzute folosite pentru încălzirea apei cu o pompă de căldură reduc tendința scării de a se acumula în rezervor.
Fracțiune de 100 procente solare realizabilă: Datorită capriciilor vremii și a impracticabilității stocării unor volume mari de apă fierbinte, niciun sistem solar termic care oferă o capacitate de percentare 100 nu poate avea o fracțiune de 100 procente. Sistemele cele mai apreciate în conformitate cu protocolul SRCC OG300 au o fracție solară de 90%. Utilizarea PV conectat la rețea ca sursă solară pentru încălzitorul de apă cu pompă de căldură permite sistemului să „stocheze” energie în rețea pentru a fi utilizată până la un an mai târziu. Comparația de preț de mai sus se bazează pe un sistem termic cu o fracțiune de 80 procente, comparativ cu un decalaj de 100% VP pentru încălzirea apei.
Gestionarea cererii de rețea: Deși încălzirea apei cu pompă de căldură adaugă o sarcină la rețea atunci când este utilizată pentru a înlocui o unitate de gaz sau propan, PV adaugă energie rețelei în timpul orelor de vară de vară, unde este cel mai probabil să fie nevoie de comunitate. Majoritatea apei calde menajere se utilizează dimineața devreme și seara, când există o cerere electrică mai mică la nivelul întregii comunități. Dacă utilitarul alege să folosească acest avantaj, ar putea adăuga și capacitatea de a supraîncălzi încălzitorul de apă prin contorul inteligent atunci când este disponibil exces de energie electrică pe rețea. Utilizat în conducte cu o supapă de amestecare pentru a proteja casa de apa opărită, acesta „bancează” efectiv apa caldă și poate întârzia necesitatea pornirii pompei de căldură.
Fără emisii de CO2: Orice utilizare a gazelor naturale sau a propanului, indiferent de cât de eficientă sau ieftină, are ca rezultat adăugarea de CO2 în atmosferă, care este factorul de risc # 1 cu care se confruntă civilizația astăzi. Un încălzitor de apă cu pompă de căldură alimentat 100% (sau compensat) de PV nu are nicio contribuție la această problemă.
Dezavantaje
Eficiența netă a rețelei v. Utilizarea directă a gazului: prezumția standard atunci când se compară consumul de gaz cu utilizarea electrică este că, după ce se iau în calcul pierderile din conversie și transmisie, este nevoie de trei unități de energie combustibilă fosilă (gaz, petrol, cărbune) pentru a livra o unitate de Astfel, rațiunea conform căreia dacă gazul poate fi livrat până la punctul de utilizare, este mai eficient să folosiți gazul decât să folosiți electricitate. Deoarece majoritatea încălzitoarelor de apă cu combustibil fosil au doar aproximativ 60 procente, acest efect este doar la jumătate semnificativ pe cât pare. În plus, încălzitoarele de apă cu combustibil fosil nu reușesc să profite de standardele de portofoliu regenerabile care reduc și mai mult raportul dintre gazul utilizat și energia electrică livrată.
Aer cald necesar: Eficiența încălzitorului de apă cu pompă de căldură depinde de sursa de căldură disponibilă, care este de obicei aerul din spațiul în care este amplasat încălzitorul. Instalat în spații neîncălzite în climă temperată, acest lucru nu prezintă nicio problemă. Cu toate acestea, dacă spațiul încălzitorului de apă este încălzit sau scade sub 55º-60ºF o mare parte a anului, elementul de rezervă va fi necesar și eficiența va avea de suferit. În schimb, încălzitorul de apă cu pompă de căldură va răci și dezumidifica spațiul în care este situat. Aceasta poate fi o caracteristică de dorit.
Mai noi pe piață: Deși încălzirea apei cu pompă de căldură aer-apă folosește doar concepte încercate și adevărate, HPWH de uz casnic a avut doar aproximativ douăzeci de ani de dezvoltare pe piața consumatorilor: suficient de mult timp pentru a avea încredere în eficiența și ușurința sa, dar nu suficient de lung pentru a fi răspândit. Deși există aproximativ cinci sute de modele solare termice și șase încălzitoare de apă fără sute („instant”) recunoscute de sistemul Energy Star al DOE, în prezent există doar 23 de modele HPWH recunoscute.
Pentru ceea ce a fost, tehnologia solară termică a reprezentat o îmbunătățire. Chiar are încă câteva aplicații legitime. Cu toate acestea, încălzirea solară a apei la nivelul gospodăriei vine cu atât de multe dezavantaje inutile, încât este clar că viitorul se află într-o altă direcție. Solarul fotovoltaic este o sursă extrem de eficientă pentru un sistem de încălzire a apei cu pompă de căldură. În curând, pompa de căldură apă-apă poate fi disponibilă pe piață, dar sistemele aer-apă actuale sunt selecția optimă pentru multe gospodării, în funcție de climă și configurație.
