Solvarme er en temperamentsfull ting. Vann veier mye, det ekspanderer når det fryser, og det kan forårsake skaleringsskader på rør når det kokes. Solvarmesystemer er fantastisk effektive, og noen systemer fungerer helt fint i flere tiår, men selv disse trenger regelmessig inspeksjon. Når et solvarmesystem svikter, setter det seg imidlertid i gang med å ødelegge seg selv, og det har lenge vært klart at solvarme ikke er fremtidens vei bortsett fra svært lavvarmebruk, som svømmebassenger.
I lang tid har visdommen vært at den relative effektivitetsfordelen ved solvarmeteknologi for vannoppvarming mer enn oppveier bekvemmeligheten av elektrisk vannoppvarming. Solvarmens evne til å samle mer energi per kvadratmeter betyr at et solcelleelektrisk system som driver en konvensjonell elektrisk varmtvannsbereder alene aldri vil konkurrere med et solvarmesystem.
Nylig har imidlertid reduksjoner i solelektriske (PV) kostnader og modning av luft-til-vann varmepumpeteknologi gitt en ny modell: solelektrisk assistert varmepumpe vannoppvarming (HPWH). HPWH kommer med færre ulemper enn solvarme, med en mindre prislapp for boligapplikasjoner.
Informasjonen nedenfor forutsetter bruk av en varmepumpe varmtvannsbereder med en effektivitetsfaktor (EF på 2,5) og en 1800 kWh per år vurdering, med 1 til 1,3 kW nettbundet PV lagt til eksisterende installasjon eller system i et område der PV produserer minst 1400 kWh / kW / år.
Fordeler med nåverdi
Lavere forhåndskostnader: Gitt at lavere kostnader åpne systemer har vist seg å være uegnet for husholdningsvann oppvarming, bør den installerte kostnaden for solvarme være basert på en lukket sløyfe (glykol eller drainback), to-tank (eller lagring pluss tankløs) system, fullt installert. Gjennomsnittsprisen for et slikt system, designet for en familie på fire, er mellom $ 7,000 og $ 10,000 før insentiver. Den PV-drevne varmtvannsberederen vil koste mellom $ 1,000 og $ 2,000 for varmepumpen pluss arbeidskraft og mellom $ 3,500 og $ 6,000 for den ekstra PV (til et eksisterende grid-bundet system), og dermed en total installert kostnad på mellom $ 5,000 og $ 8,500 før insentiver.
Enklere å installere: Å bytte ut en varmtvannsbereder med en annen enkelt tank og legge til tre til fem ekstra moduler i et PV-system er langt enklere enn å bytte ut en enkelt tank med to tanker og rørvarmeoverføringsvæske til tunge takpaneler som må trykktestes og lades etter installasjon. Dette gir færre muligheter for installasjonsfeil.
Bruker mindre plass: For å unngå at solvarmesystemet konkurrerer med sikkerhetskopikilden (som begrenser solfraksjonen til ca. 60%), er det nødvendig med to tanker: en for sikkerhetskopien og en for solen. Det er mulig å spare plass, for store utgifter, ved bruk av en tankløs varmeapparat så lenge den tankløse varmeren kan modulere varmestrømmen ned til et svært lavt punkt samtidig som den også kan møte maksimal etterspørsel.
Trenger ikke vedlikehold: Akilleshælen av solvarme er at hvis systemet slutter å fungere, klarer det ikke bare å produsere energi: det setter om sin egen selvdestruksjon. Uten strømning kan panelene fryse eller stagnere og overopphetes (se nedenfor). Den elektroniske differensialregulatoren og sirkulasjonspumpen(e) må inspiseres årlig for å sikre at de fungerer som de skal, og at det ikke har begynt noen skala eller korrosjon som vil føre til systemfeil. Rørene bør også kontrolleres, spesielt for dreneringssystemer i eldre bygninger som kan slå seg ned over tid og fange væske i linjene. Disse årlige inspeksjonene må utføres av en profesjonell, og vil koste halvparten av de årlige gassbesparelsene.
Kan ikke fryse: Siden et solvarmepanel kan fryse ved temperaturer så høye som 42ºF, er det nødvendig med frysebeskyttelse i hele fastlands-USA for solvarmesystemer. Med unntak av dreneringssystemer er frysebeskyttelsessystemer "aktive". Dette betyr at de krever at en enhet fungerer som respons på lav temperatur. Som en konsekvens, og siden de sjelden er pålagt å fungere, er frysebeskyttelsesfeil både vanlige og katastrofale, noe som resulterer i tusenvis av dollar skade på samlermatrisen.
Kan ikke overopphetes: Overoppheting er et ofte oversett problem med solvarmesystemer. Det leveres omtrent dobbelt så mye solenergi i juli som i januar. Dermed vil ethvert system som vil utgjøre en betydelig forskjell i varmtvannskostnader i januar, over-utføre i juli. Dette resulterer i perioder med stagnasjon der det ikke er bruk for solvarmen og ingen strømning gjennom panelet(e). Under denne tilstanden vil panelene varme til rundt 400ºF inne. Dette kan føre til skade og akselerere forverringen av oppsamlerdelene. Det er radiatorsystemer som er lagt til paneler for å redusere denne effekten, men det er ingen faste data om hvor mye radiator som kreves for å avkjøle en stillestående samler på en varm dag.
Ingen oppbygging av skala: Vekten er den #1 fienden til varmtvannsberedere av noe slag. Varme gjør oppløste faste stoffer utfelling fra vann der de samler seg på den varme overflaten. Selv ved bruk av en overføringsvæske på samlersiden kan skala være et problem med varmeveksleren ved å tette rørene vannet strømmer gjennom for å få varme. De lavere temperaturene som brukes til å varme opp vann med en varmepumpe reduserer tendensen til skala til å bygge seg opp i tanken.
100 prosent solfraksjon oppnåelig: På grunn av vagaries av været og upraktisk lagring av store mengder varmt vann, kan ingen solvarmesystem som tilbyr 100 prosent pålitelighet ha en 100 prosent solfraksjon. Systemene som er høyest rangert under SRCC OG300-protokollen har en solfraksjon på 90 prosent. Ved å bruke nettbundet PV som solkilde for varmepumpevannsberederen, kan systemet "lagre" strøm i nettet for bruk opptil ett år senere. Prissammenligningen ovenfor er basert på et termisk system med en solfraksjon på 80 prosent sammenlignet med en 100 prosent PV-offset for vannoppvarmingen.
Nettetterspørselsstyring: Selv om varmepumpevannoppvarming legger til en belastning i nettet når det brukes til å erstatte en gass- eller propanenhet, legger PV strøm til nettet i rushtiden der det mest sannsynlig vil være nødvendig for samfunnet. De fleste varmtvann i husholdningene brukes tidlig om morgenen og kvelden når det er mindre elektrisk etterspørsel over hele samfunnet. Hvis verktøyet velger å bruke denne fordelen, kan det også legge til muligheten til å overopphete varmtvannsberederen gjennom smartmåleren når overflødig strøm er tilgjengelig på nettet. Brukes i ledning med en blandeventil for å beskytte huset mot skålding av vann, det "banker effektivt" varmt vann og kan forsinke behovet for at varmepumpen slås på.
Ingen CO2-utslipp: Enhver bruk av naturgass eller propan, uavhengig av hvor effektiv eller billig, resulterer i at CO2 legges til atmosfæren som er den #1 risikofaktoren sivilisasjonen står overfor i dag. En varmepumpe varmtvannsbereder som er 100 prosent drevet (eller offset) av PV, gir ikke noe bidrag til dette problemet.
Ulemper
Netto netteffektivitet v. direkte gassbruk: Standard antakelse ved sammenligning av gassbruk med elektrisk bruk er at det etter å ha regnskapsført ombygging og overføringstap, tar tre enheter fossil energi (gass, olje, kull) å levere en enhet elektrisk energi. Dermed er begrunnelsen at hvis gass kan leveres til bruksstedet, er det mer effektivt å bruke gassen enn å bruke elektrisitet. Siden de fleste fossile varmtvannsberedere bare er om lag 60 prosent effektive, er denne effekten bare halvparten så betydelig som den ser ut til å være. I tillegg klarer ikke fossildrevne varmtvannsberedere å dra nytte av fornybare porteføljestandarder som ytterligere reduserer forholdet mellom gass som brukes til elektrisitet levert.
Varm luft som kreves: Effektiviteten til varmepumpe varmtvannsberederen avhenger av den tilgjengelige varmekilden som vanligvis er luften i rommet der varmeren er plassert. Installert i uoppvarmede rom i tempererte klima, presenterer dette ikke noe problem. Men hvis varmtvannsberederplassen varmes opp eller faller under 55º-60ºF store deler av året, vil reserveelementet være nødvendig og effektiviteten vil lide. På den annen side vil varmepumpe varmtvannsberederen avkjøle og avfukte rommet der den er plassert. Dette kan være en ønskelig funksjon.
Nyere på markedet: Selv om luft-til-vann varmepumpe vannoppvarming bare bruker velprøvde konsepter, har husholdningen HPWH bare hatt omtrent tjue års utvikling på forbrukermarkedet: lenge nok til å være trygg på effektiviteten og enkelheten, men ikke lenge nok til å være utbredt. Mens det er omtrent fem hundre solvarmemodeller og seks hundre tankløse ("øyeblikkelige") varmtvannsberedere anerkjent av DOEs Energy Star-system, er det for øyeblikket bare 23 anerkjente HPWH-modeller.
For hva det var, representerte solvarmeteknologi en forbedring. Det har fortsatt noen legitime applikasjoner, til og med. Imidlertid kommer solvannsoppvarming på husholdningsnivå med så mange unødvendige ulemper at det er klart at fremtiden ligger i en annen retning. Solar photovoltaic er en svært effektiv kilde for et varmepumpe vannoppvarmingssystem. Snart kan varmepumpene fra vann til vann være tilgjengelige på markedet, men dagens luft-til-vann-systemer er det optimale utvalget for mange husholdninger, avhengig av klima og konfigurasjon.
