Solvärmevärme är en temperamentsfull sak. Vatten väger mycket, det expanderar när det fryser, och det kan orsaka skalningsskador på rör när det kokar. Solvärmesystem är underbart effektiva, och vissa system fungerar bra i årtionden, men även dessa behöver regelbunden inspektion. När ett solvärmesystem misslyckas handlar det dock om att förstöra sig själv, och det har under en tid steat att solvärme inte är framtidens väg förutom mycket låg värmeförbrukning, som simbassänger.
Under lång tid har visheten varit att den relativa effektivitetsfördelen med solvärmeteknik för vattenuppvärmning mer än uppväger bekvämligheten med elvattenuppvärmning. Solvärmens förmåga att samla in mer energi per kvadratmeter innebär att ett solelsystem som enbart driver en konventionell elektrisk varmvattenberedare aldrig kommer att konkurrera med ett solvärmesystem.
På senare tid har dock minskningar av solcellskostnader och mognad av luft-till-vatten-värmepumpsteknik gett en ny modell: sol-elektrisk assisterad värmepump vattenuppvärmning (HPWH). HPWH har färre nackdelar än solvärme, med en mindre prislapp för bostadsapplikationer.
Informationen nedan förutsätter användning av en varmvattenberedare för värmepump med en effektivitetsfaktor (EF på 2,5) och en klassificering på 1 800 kWh per år, med en effekt på 1–1,3 kW nätbunden solcells som läggs till befintlig installation eller befintligt system i en region där solcellsanläggningen producerar minst 1 400 kWh/kW/år.
Fördelar med solcellsvärde
Lägre startkostnad: Med tanke på att billiga öppna system har visat sig vara olämpliga för hushållsvattenuppvärmning, bör den installerade kostnaden för solvärme baseras på en sluten slinga (glykol eller drainback), tvåtankssystem (eller lagring plus tanklöst), fullt installerat. Det genomsnittliga priset för ett sådant system, utformat för en familj på fyra, är mellan $ 7,000 och $ 10,000 före incitament. Den solcellsdrivna värmepumpen varmvattenberedare kommer att kosta mellan $ 1,000 och $ 2,000 för värmepumpen plus arbetskraft och mellan $ 3,500 och $ 6,000 för den extra solcells (till ett befintligt nätbundet system), vilket innebär en total installerad kostnad på mellan $ 5,000 och $ 8,500 före incitament.
Enklare att installera: Att byta ut en varmvattenberedare mot en annan enda tank och lägga till tre till fem extra moduler till ett solcellssystem är mycket enklare än att ersätta en enda tank med två tankar och leda värmeöverföringsvätska till tunga takpaneler som måste trycktestas och laddas efter installationen. Detta resulterar i färre möjligheter till installationsfel.
Använder mindre utrymme: För att undvika att solvärmesystemet konkurrerar med reservkällan (som begränsar solfraktionen till cirka 60%), krävs två tankar: en för säkerhetskopian och en för solen. Det är möjligt att spara utrymme, till stor kostnad, med användning av en tanklös värmare så länge den tanklösa värmaren kan modulera värmeflödet ner till en mycket låg punkt samtidigt som den också kan möta maximal efterfrågan.
Behöver inget underhåll: Akilleshälen i solvärme är att om systemet slutar fungera, misslyckas det inte bara med att producera energi: det sätter om sin egen självförstörelse. Utan flöde kan panelerna frysa eller stagnera och överhettas (se nedan). Den elektroniska differentialregulatorn och cirkulationspumparna måste inspekteras årligen för att säkerställa att de fungerar korrekt och att ingen skala eller korrosion har påbörjats som leder till systemfel. Rörledningarna bör också kontrolleras, särskilt för drainback-system i äldre byggnader som kan sätta sig över tid och fånga vätska i ledningarna. Dessa årliga inspektioner måste utföras av en professionell och kommer att kosta hälften av de årliga gasbesparingarna.
Kan inte frysa: Eftersom en solvärmepanel kan frysa vid temperaturer så höga som 42ºF krävs frysskydd i hela USA för solvärmesystem. Med undantag för drainback-system är frysskyddssystem "aktiva". Detta innebär att de kräver att en enhet fungerar som svar på låg temperatur. Som en följd av detta, och eftersom de sällan är skyldiga att fungera, är frysskyddsfel både vanliga och katastrofala, vilket resulterar i tusentals dollar i skador på samlarmatrisen.
Kan inte överhettas: Överhettning är ett ofta förbisett problem med solvärmesystem. Det levereras ungefär dubbelt så mycket solenergi i juli som i januari. Alla system som kommer att göra stor skillnad i varmvattenkostnader i januari kommer därför att överprena i juli. Detta resulterar i perioder av stagnation där det inte finns någon användning för solvärmen och inget flöde genom panelerna. Under detta tillstånd kommer panelerna att värmas upp till cirka 400ºF inuti. Detta kan leda till skador och påskynda försämringen av samlardelarna. Det finns radiatorsystem som har lagts till i paneler för att mildra denna effekt, men det finns inga solida data om hur mycket radiator som krävs för att kyla en stillastående samlare en varm dag.
Ingen skaluppbyggnad: Skala är #1 fiende till varmvattenberedare av något slag. Värme gör att upplösta fasta ämnen fälls ut från vatten där de samlas på den heta ytan. Även med hjälp av en överföringsvätska på samlarsidan kan skala vara ett problem med värmeväxlaren genom att täppa till rören som vattnet strömmar igenom för att få värme. De lägre temperaturerna som används för att värma vatten med en värmepump minskar skalnings tendensen att byggas upp i tanken.
100 procent solfraktion uppnåelig: På grund av vädrets nycker och opraktiskheten att lagra stora volymer varmt vatten kan inget solvärmesystem som erbjuder 100 procent tillförlitlighet ha en 100 procent solfraktion. De system som är högst rankade enligt SRCC OG300-protokollet har en solfraktion på 90 procent. Genom att använda nätbunden solcells som solkälla för varmvattenberedaren för värmepumpen kan systemet "lagra" ström i nätet för användning upp till ett år senare. Prisjämförelsen ovan baseras på ett termiskt system med en 80 procent solfraktion jämfört med en 100 procent solcellskompensation för vattenuppvärmningen.
Hantering av nätbehov: Även om värmepumpens vattenuppvärmning lägger till en belastning i nätet när den används för att byta ut en gas- eller propanenhet, lägger solcellsen till ström till nätet under hög dagsljustid där det är mest sannolikt att behövas av samhället. De flesta hushålls varmvatten används tidigt på morgonen och kvällen när det finns mindre lokal elektrisk efterfrågan. Om bolaget väljer att använda denna fördel kan det också öka förmågan att överhetta varmvattenberedaren genom den smarta mätaren när överskottsel finns tillgänglig på nätet. Används i ledning med en blandningsventil för att skydda huset från skållning av vatten, det "bankerar" effektivt varmt vatten och kan fördröja behovet av att värmepumpen slås på.
Inga koldioxidutsläpp: All användning av naturgas eller propan, oavsett hur effektiv eller billig den är, leder till att koldioxid tills utvinn till atmosfären, vilket är den #1 riskfaktor som civilisationen står inför i dag. En varmvattenberedare för värmepump som till 100 procent drivs (eller kompenseras) av solcellsmotorn bidrar inte till det problemet.
Nackdelar
Nettonäteffektivitet mot direkt gasanvändning: Standardpresumtionen vid jämförelse av gasanvändning med elektrisk användning är att det, efter att ha redovisat omvandlings- och överföringsförluster, krävs tre enheter fossil bränsleenergi (gas, olja, kol) för att leverera en enhet elenergi. Motiveringen att om gas kan levereras till användningspunkten är det effektivare att använda gasen än att använda el. Eftersom de flesta fossildrivna varmvattenberedare bara är cirka 60 procent effektiva är denna effekt bara hälften så betydande som den verkar. Dessutom kan fossildrivna varmvattenberedare inte dra nytta av standarder för förnybar portfölj som ytterligare minskar förhållandet mellan gas som används för el som levereras.
Varm luft krävs: Värmepumpens vattenberedares effektivitet beror på den tillgängliga värmekällan som vanligtvis är luften i det utrymme där värmaren placeras. Installerad i ouppvärmda utrymmen i tempererade klimat, detta utgör inga problem. Men om varmvattenberedarutrymmet värms upp eller sjunker under 55º-60ºF stora delar av året, kommer reservelementet att behövas och effektiviteten kommer att bli lidande. Omvänt kommer värmepumpens varmvattenberedare att svalna och avfukta utrymmet där den är placerad. Detta kan vara en önskvärd funktion.
Nyare på marknaden: Även om luft-till-vatten värmepump vattenuppvärmning endast använder beprövade koncept, har hushålls HPWH bara haft cirka tjugo års utveckling på konsumentmarknaden: tillräckligt länge för att vara säker på dess effektivitet och lätthet, men inte tillräckligt länge för att vara utbredd. Medan det finns cirka fem hundra solvärmemodeller och sexhundra tanklösa ("omedelbara") varmvattenberedare som känns igen av DOE: s Energy Star-system, finns det för närvarande bara 23 erkända HPWH-modeller.
För vad det var, solvärmeteknik representerade en förbättring. Det har fortfarande några legitima applikationer, till och med. Solvattenuppvärmning på hushållsnivå kommer dock med så många onödiga nackdelar att det är tydligt att framtiden ligger i en annan riktning. Solceller är en mycket effektiv källa för ett värmepumpvattenvärmesystem. Snart kan dessa vatten-till-vatten-värmepumpar finnas tillgängliga på marknaden, men dagens luft-till-vatten-system är det optimala urvalet för många hushåll, beroende på klimat och konfiguration.
