太陽熱水加熱は気質的なものです。水の重さは多く、凍ると膨張し、沸騰するとパイプにスケーリングダメージを与える可能性があります。太陽熱システムは素晴らしく効率的であり、一部のシステムは何十年もうまく機能しますが、これらでさえ定期的な検査が必要です。しかし、太陽熱システムが故障すると、それ自体を破壊することに設定され、太陽熱水加熱はスイミングプールのような非常にローエンドの熱使用量を除いて未来の方法ではないことをしばらくの間明らかにしています。
長い間、知恵は、水加熱のための太陽熱技術の相対的な効率の利点が電気水加熱の利便性を上回る以上のものであった。太陽熱が1平方フィート当たりより多くのエネルギーを集める能力は、従来の電気温水器だけに電力を供給する太陽電気システムが太陽熱システムと競合することは決してないことを意味する。
しかし、近年、太陽熱(PV)コストの削減と空水ヒートポンプ技術の成熟は、太陽電気支援ヒートポンプ水加熱(HPWH)という新しいモデルを提供しています。HPWHは太陽熱よりも少ない欠点を持ち、住宅用の価格タグは小さい。
以下の情報は、効率係数(EF 2.5)と年間1,800 kWhのヒートポンプ給湯器の使用を前提としており、PVが少なくとも1,400kWh/kW /年を生産する地域の既存の設置またはシステムに1〜1.3kWのグリッド結合PVが追加されています。
PVの利点
前もってコストを削減する:低コストのオープンシステムが家庭用水の加熱に適さないことが証明されていることを考えると、太陽熱の設置コストは、閉じたループ(グリコールまたはドレインバック)、2タンク(または貯蔵プラスタンクレス)システムに基づいて完全に設置する必要があります。4人家族向けに設計されたこのようなシステムの平均価格は、インセンティブの前に$7,000から$10,000の間です。PV動力ヒートポンプ給湯器は、ヒートポンプと労働力に対して$1,000から$2,000、追加のPV(既存のグリッド接続システム)の場合は3,500ドルから6,000ドルの費用がかかるため、インセンティブの前に5,000ドルから8,500ドルの合計設置コストがかかります。
取り付けが簡単:給湯器を別の単一タンクに交換し、PVシステムに3〜5個のモジュールを追加することは、単一のタンクを2つのタンクに置き換え、配管熱伝達流体を設置後に圧力テストして充電する必要がある重い屋上パネルに置き換えるよりもはるかに簡単です。これにより、インストーラ エラーの機会が少なくなります。
使用スペースの減少:太陽熱システムがバックアップソースと競合することを避けるために(太陽分率を約60%に制限する)には、バックアップ用と太陽用の2つのタンクが必要です。タンクレスヒーターが最大需要を満たすことができる間、非常に低いポイントに熱流を調節できる限り、タンクレスヒーターの使用で、大きな費用をかけてスペースを節約することが可能です。
メンテナンスを必要としない:太陽熱のアキレス腱は、システムが動作を停止した場合、エネルギーを生成するために失敗するだけでなく、独自の自滅について設定することです。フローがなければ、パネルがフリーズしたり、停滞したり、過熱したりする可能性があります(下記参照)。電子差動コントローラとサーキュレータポンプは、それらが正常に機能しており、システム障害につながるスケールや腐食が発生していないか確認するために、毎年検査する必要があります。配管は、特に時間の経過とともに落ち着き、ライン内の流体をトラップする古い建物の排水システムについてもチェックする必要があります。これらの年次検査は専門家によって行われなければならない、と年間ガス節約の半分の費用がかかります。
凍結できない:太陽熱パネルは42ºFの高い温度で凍結する可能性があるため、太陽熱システムには米国本土全域で凍結保護が必要です。ドレインバックシステムを除き、凍結保護システムは「アクティブ」です。これは、低温に応答して動作するデバイスを必要とすることを意味します。その結果、機能する必要がめったにないため、フリーズ保護の失敗は一般的で壊滅的なものであり、コレクターアレイに数千ドルの損害が発生します。
過熱できない:過熱は、太陽熱システムで見過ごされがちな問題です。7月には1月の約2倍の太陽エネルギーが供給されています。したがって、1月に温水コストに大きな違いをもたらすシステムは、7月にオーバーパフォーマンスになります。この結果、太陽熱に使用されず、パネルを通る流れもない停滞期間が生じます。この条件下では、パネルは内部の約400ºFに加熱されます。これにより、損傷を引き起こし、コレクタ部品の劣化を加速します。この効果を軽減するためにパネルに追加されたラジエーターシステムがありますが、暑い日に停滞したコレクタを冷却するために必要なラジエーターの量に関する固体データはありません。
スケールが構築なし:スケールは、任意のタイプの給湯器の#1敵です。熱は、溶解した固形物を熱い表面に集める水から沈殿させる。コレクタ側に伝達流体を使用しても、水が流れるチューブを詰まらせて熱を得ることで、スケールが熱交換器に問題となる可能性があります。ヒートポンプで水を加熱するために使用される低い温度は、タンク内に蓄積するスケールの傾向を減少させます。
達成可能な100%の太陽分率:天候の迷走と大量の温水を貯蔵する非実用的さのために、100%の信頼性を提供する太陽熱システムは100%の太陽画分を持つ可能性がありません。SRCC OG300 プロトコルで最も高い評価を受けているシステムは、90% の太陽分率を持っています。ヒートポンプ給湯器の太陽熱源としてグリッド接続PVを使用すると、システムは1年後まで使用するためにグリッドに電力を「保存」することができます。上記の価格比較は、水の加熱のための100%のPVオフセットに対して80%の太陽分率を持つ熱システムに基づいています。
グリッド需要管理:ヒートポンプ水暖房は、ガスまたはプロパンユニットを交換するために使用するとグリッドに負荷を追加しますが、PVは、コミュニティが必要とする可能性が最も高いピークの昼間にグリッドに電力を追加します。ほとんどの家庭の温水は、コミュニティ全体の電気需要が少ない早朝と夕方に使用されます。ユーティリティがこの利点を使用することを選択した場合、グリッド上で余分な電力が利用可能なときにスマートメーターを通して給湯器を過熱する機能を追加することもできます。混合バルブでの伝導に使用され、スケーリング水から家を保護するために、それは効果的にお湯を「バンク」し、ヒートポンプをオンにする必要性を遅らせることができます。
CO2排出量なし:天然ガスやプロパンを使用すると、効率や安価に関係なく、現在の文明が直面している#1危険因子である大気中にCO2が加わります。PV によって 100% 電力を供給 (またはオフセット) されたヒートポンプ給湯器は、その問題に貢献しません。
欠点
正味グリッド効率対直接ガス使用:ガス使用と電気使用量を比較する際の標準的な推定は、変換と伝送損失を考慮した後、1単位の電気エネルギーを供給するために化石燃料エネルギー(ガス、石油、石炭)の3単位を必要とすることです。従って、ガスを使用時点まで送達できれば、電気を使うよりもガスを使う方が効率的であるという根拠がある。ほとんどの化石燃料給湯器は約60%の効率しか持たないので、この効果は見た目の半分に過ぎません。さらに、化石燃料の給湯器は、再生可能なポートフォリオ基準を利用できず、電力の供給に使用されるガスの比率をさらに低下させます。
必要な暖かい空気:ヒートポンプ給湯器の効率は、通常、ヒーターが配置されている空間の空気である利用可能な熱源に依存します。温帯気候の非加熱空間に設置され、これは問題ありません。しかし、温水器のスペースが加熱されるか、年間の多くの55º-60ºFを下回る場合、バックアップ要素が必要となり、効率が低下します。逆に、ヒートポンプの給湯器は、それが配置されている空間を冷却し、除湿します。これは望ましい機能かもしれません。
市場の新しい:空水ヒートポンプの水暖房は試行錯誤の概念しか使用していませんが、家庭用HPWHは消費者市場で約20年の開発しか行っていません:その効率と容易さに自信を持つほど長いが、普及するのに十分な長さではありません。約500の太陽熱モデルとDOEのエネルギースターシステムによって認識される600のタンクレス(「インスタント」)給湯器がありますが、現在23の認識されたHPWHモデルしかありません。
太陽熱技術は改善を表した。それはまだいくつかの正当なアプリケーションを持っています。しかし、家庭レベルの太陽熱温水暖房には非常に多くの不必要な欠点が伴うので、未来が別の方向にあることは明らかです。太陽光発電は、ヒートポンプ水加熱システムの非常に効果的なソースです。まもなく、その水から水へのヒートポンプが市場に出回るかもしれませんが、今日の空水システムは、気候や構成に応じて、多くの家庭にとって最適な選択です。
