Гелиотермальный водонагреватель - вещь темпераментная. Вода много весит, она расширяется при замерзании и может вызвать образование накипи на трубах при кипении. Солнечные тепловые системы удивительно эффективны, и некоторые системы работают безупречно десятилетиями, но даже они нуждаются в регулярном осмотре. Однако, когда солнечная тепловая система выходит из строя, она начинает разрушаться, и в течение некоторого времени было ясно, что солнечное тепловое нагревание воды - это не путь будущего, за исключением очень низкого потребления тепла, такого как бассейны.
В течение долгого времени считалось, что относительное преимущество солнечной тепловой технологии для нагрева воды более чем перевешивает удобство электрического нагрева воды. Способность солнечной тепловой энергии собирать больше энергии на квадратный фут означает, что солнечная электрическая система, питающая обычный электрический водонагреватель, никогда не будет конкурировать с солнечной тепловой системой.
Однако в последнее время снижение затрат на солнечную электроэнергию (PV) и развитие технологии тепловых насосов воздух-вода обеспечили новую модель: нагрев воды с помощью теплового насоса с помощью солнечно-электрической энергии (HPWH). HPWH имеет меньше недостатков, чем солнечная энергия, и имеет меньшую цену для жилых помещений.
Приведенная ниже информация предполагает использование водонагревателя с тепловым насосом с коэффициентом полезного действия (EF 2,5) и мощностью 1800 кВт / ч в год, при этом от 1 до 1,3 кВт подключенных к сети фотоэлектрических модулей добавляются к существующей установке или системе в регионе, где PV производит не менее 1400 кВтч / кВт / год.
Преимущества PV
Более низкие начальные затраты: учитывая, что более дешевые открытые системы оказались непригодными для нагрева воды для бытовых нужд, стоимость установленной солнечной тепловой энергии должна основываться на замкнутом контуре (гликоль или обратный дренаж), двухцилиндровом (или бесшумном хранилище) полностью установлены. Средняя цена такой системы, рассчитанной на семью из четырех человек, составляет от 7 000 до 10 000 долларов без учета льгот. Водонагреватель с тепловым насосом, работающий на фотоэлектрических элементах, будет стоить от 1000 до 2000 долларов США за тепловой насос плюс рабочая сила и от 3500 до 6000 долларов США за дополнительную фотоэлектрическую систему (к существующей сетевой системе), таким образом, общая стоимость установки составит от 5000 до 8500 долларов США без учета льгот. .
Легче установить: заменить водонагреватель другим одиночным резервуаром и добавить от трех до пяти дополнительных модулей к фотоэлектрической системе намного проще, чем заменить один резервуар двумя резервуарами и подвести теплоноситель к тяжелым панелям крыши, которые должны быть испытаны под давлением и заправлены после установки. Это снижает вероятность ошибки установщика.
Использует меньше места: чтобы солнечная тепловая система не конкурировала с резервным источником (который ограничивает долю солнечной энергии примерно до 60%), требуются два резервуара: один для резервного и один для солнечного. Можно сэкономить место с большими затратами, используя бесконтактный нагреватель, если он может регулировать тепловой поток до очень низкой точки, в то же время в состоянии удовлетворить максимальную потребность.
Не требует обслуживания: Ахиллесова пята солнечного тепла заключается в том, что если система перестает работать, она не просто перестает производить энергию: она начинает самоуничтожение. Без протекания панели могут замерзнуть, застаиваться и перегреться (см. Ниже). Электронный дифференциальный контроллер и циркуляционный насос (-ы) необходимо ежегодно проверять, чтобы убедиться, что они функционируют должным образом и не возникли накипи или коррозия, которые могут привести к отказу системы. Трубопроводы также следует проверять, особенно для дренажных систем в старых зданиях, которые могут со временем оседать и задерживать жидкость в трубопроводах. Эти ежегодные проверки должны выполняться профессионалом и будут стоить половину годовой экономии газа.
Не может замерзнуть: поскольку солнечная тепловая панель может замерзать при температурах до 42ºF, защита от замерзания требуется на всей территории США для солнечных тепловых систем. За исключением дренажных систем, системы защиты от замерзания являются «активными». Это означает, что им требуется устройство, которое реагирует на низкую температуру. Как следствие, и поскольку они редко требуются для работы, сбои защиты от замерзания являются обычными и катастрофическими, что приводит к повреждению массива коллектора на тысячи долларов.
Не может перегреваться: перегрев - это проблема, о которой часто забывают в солнечных тепловых системах. В июле вырабатывается примерно вдвое больше солнечной энергии, чем в январе. Таким образом, любая система, которая существенно повлияет на стоимость горячей воды в январе, в июле будет работать с перевыпуском. Это приводит к периодам застоя, когда нет использования солнечного тепла и нет потока через панель (и). В этом случае панели будут нагреваться до температуры около 400ºF внутри. Это может привести к повреждению и ускорению износа деталей коллектора. Существуют радиаторные системы, которые были добавлены к панелям для смягчения этого эффекта, но нет достоверных данных о том, сколько радиаторов требуется для охлаждения застоявшегося коллектора в жаркий день.
Отсутствие накипи. Накипь - враг №1 среди водонагревателей любого типа. Тепло заставляет растворенные твердые частицы выпадать в осадок из воды, где они собираются на горячей поверхности. Даже при использовании теплоносителя на стороне коллектора накипь может стать проблемой для теплообменника из-за засорения трубок, через которые проходит вода для получения тепла. Более низкие температуры, используемые для нагрева воды с помощью теплового насоса, уменьшают склонность к образованию накипи в резервуаре.
Достижимая 100-процентная солнечная фракция: из-за капризов погоды и непрактичности хранения больших объемов горячей воды ни одна солнечная тепловая система, обеспечивающая 100-процентную надежность, не может иметь 100-процентную солнечную фракцию. В системах, наиболее высоко оцененных по протоколу SRCC OG300, доля солнечной энергии составляет 90 процентов. Использование подключенных к сети фотоэлектрических модулей в качестве источника солнечной энергии для водонагревателя теплового насоса позволяет системе «хранить» электроэнергию в сети для использования на срок до одного года. Приведенное выше сравнение цен основано на тепловой системе с долей солнечной энергии 80 процентов по сравнению со 100-процентным смещением PV для водяного отопления.
Управление потребностью в сети: хотя нагрев воды тепловым насосом увеличивает нагрузку на сеть, когда используется для замены газовой или пропановой установки, фотоэлектрические панели добавляют мощность в сеть в часы пиковой нагрузки, когда это, скорее всего, будет необходимо сообществу. Большая часть бытовой горячей воды используется рано утром и вечером, когда потребность в электроэнергии в общине меньше. Если коммунальное предприятие решит использовать это преимущество, оно также может добавить возможность перегрева водонагревателя через интеллектуальный счетчик, когда в сети имеется избыток электроэнергии. Используемый вместе со смесительным клапаном для защиты дома от кипящей воды, он эффективно «накапливает» горячую воду и может отсрочить включение теплового насоса.
Отсутствие выбросов CO2: любое использование природного газа или пропана, независимо от того, насколько эффективно или дешево, приводит к увеличению выбросов CO2 в атмосферу, что является фактором риска №1, с которым сегодня сталкивается цивилизация. Водонагреватель с тепловым насосом, который на 100 процентов питается (или компенсируется) фотоэлектрической системой, не вносит никакого вклада в эту проблему.
Недостатки
Чистая эффективность сети по сравнению с прямым использованием газа: стандартное допущение при сравнении использования газа с использованием электроэнергии состоит в том, что после учета потерь при преобразовании и передаче требуется три единицы энергии ископаемого топлива (газ, нефть, уголь) для доставки одной единицы энергии. Это обоснование того, что, если газ может быть доставлен к месту использования, его использование более эффективно, чем использование электроэнергии. важно, как это кажется. Кроме того, водонагреватели, работающие на ископаемом топливе, не соответствуют стандартам портфеля возобновляемых источников энергии, которые еще больше снижают соотношение потребляемого газа к поставляемой электроэнергии.
Требуется теплый воздух: эффективность водонагревателя с тепловым насосом зависит от доступного источника тепла, которым обычно является воздух в помещении, в котором установлен нагреватель. При установке в неотапливаемых помещениях в умеренном климате это не представляет проблемы. Однако, если пространство водонагревателя нагревается или опускается ниже 55–60 ºF большую часть года, потребуется резервный элемент, что снизит эффективность. И наоборот, водонагреватель с тепловым насосом охлаждает и осушает пространство, в котором он расположен. Это может быть желательной функцией.
Новинка на рынке: несмотря на то, что для нагрева воды с тепловым насосом воздух-вода используются только проверенные концепции, бытовые HPWH были разработаны на потребительском рынке всего около двадцати лет: достаточно долго, чтобы быть уверенными в их эффективности и простоте, но не достаточно долго, чтобы получить широкое распространение. В то время как существует около пятисот солнечных тепловых моделей и шестьсот безбаквальных («мгновенных») водонагревателей, признанных системой Energy Star Министерства энергетики, в настоящее время существует только 23 признанных модели HPWH.
Что касается того, что это было, гелиотермическая технология представляла собой улучшение. У него все еще есть некоторые законные приложения. Однако солнечное водонагревание на уровне домашних хозяйств имеет так много ненужных недостатков, что очевидно, что будущее лежит в другом направлении. Солнечные фотоэлектрические системы являются высокоэффективным источником для водонагревательной системы с тепловым насосом. Вскоре эти тепловые насосы типа вода-вода могут появиться на рынке, но сегодняшние системы воздух-вода являются оптимальным выбором для многих домашних хозяйств, в зависимости от климата и конфигурации.