تسخين المياه الحرارية الشمسية هو شيء مزاجي. الماء يزن الكثير، ويتوسع عندما يتجمد، ويمكن أن يسبب تلف التحجيم للأنابيب عندما يغلي. أنظمة الطاقة الشمسية الحرارية هي فعالة بشكل رائع، وبعض النظم تعمل على ما يرام لعقود، ولكن حتى هذه تحتاج إلى تفتيش منتظم. عندما يفشل نظام الطاقة الشمسية الحرارية، ومع ذلك، فإنه يحدد حول تدمير نفسه، وكان من الواضح لبعض الوقت أن تسخين المياه الحرارية الشمسية ليست وسيلة للمستقبل باستثناء استخدام الحرارة المنخفضة جدا، مثل حمامات السباحة.
لفترة طويلة الآن، كانت الحكمة هي أن ميزة الكفاءة النسبية للتكنولوجيا الحرارية الشمسية لتدفئة المياه تفوق راحة تسخين المياه الكهربائية. قدرة الطاقة الحرارية الشمسية لجمع المزيد من الطاقة لكل قدم مربع يعني أن نظام الطاقة الشمسية الكهربائية التي تعمل بالطاقة سخان المياه الكهربائية التقليدية وحدها لن تتنافس مع نظام الحرارية الشمسية.
في الآونة الأخيرة، ومع ذلك، قدمت التخفيضات في تكاليف الطاقة الشمسية الكهربائية (PV) ونضوج تكنولوجيا مضخة الحرارة من الهواء إلى الماء نموذجا جديدا: الطاقة الشمسية والكهربائية بمساعدة تسخين المياه مضخة الحرارة (HPWH). تأتي HPWH مع عيوب أقل من الطاقة الحرارية الشمسية ، مع سعر أصغر للتطبيقات السكنية.
تفترض المعلومات أدناه استخدام سخان مياه مضخة حرارية مع عامل كفاءة (EF من 2.5) وتصنيف 1800 كيلووات ساعة سنويا ، مع إضافة 1 إلى 1.3 كيلووات من PV المرتبطة بالشبكة إلى التركيب أو النظام الحالي في منطقة تنتج فيها الكهروضوئية ما لا يقل عن 1400 كيلووات ساعة / كيلوواط / سنة.
مزايا PV
انخفاض التكلفة مقدما: بالنظر إلى أن الأنظمة المفتوحة منخفضة التكلفة أثبتت أنها غير مناسبة لتسخين المياه المنزلية، يجب أن تستند التكلفة المركبة للحرارة الشمسية إلى حلقة مغلقة (غليكول أو إعادة تصريف)، ونظام صهريجين (أو تخزين زائد خزان)، مثبت بالكامل. ويتراوح متوسط سعر هذا النظام، المصمم لأسرة مكونة من أربعة أفراد، بين 000 7 و 000 10 دولار قبل تقديم الحوافز. سوف PV بالطاقة حرارة مضخة سخان المياه تكلف ما بين $1,000 و $2,000 لمضخة الحرارة بالإضافة إلى العمل وبين $3,500 و $6,000 لPV إضافية (لنظام القائمة المرتبطة بالشبكة), وبالتالي تكلفة تركيب مجموع ما بين $5,000 و $8,500 قبل الحوافز.
أسهل في التركيب: استبدال سخان مياه بخزان واحد آخر وإضافة ثلاث إلى خمس وحدات إضافية إلى نظام PV أسهل بكثير من استبدال خزان واحد بخزانين وسوائل نقل حرارة الأنابيب إلى ألواح ثقيلة على السطح يجب اختبارها والضغط عليها بعد التثبيت. يؤدي هذا إلى فرص أقل لخطأ المثبت.
يستخدم مساحة أقل: لتجنب وجود النظام الحراري الشمسي تتنافس مع مصدر النسخ الاحتياطي (الذي يحد من الكسر الشمسي إلى حوالي 60٪)، مطلوب خزانين: واحد للنسخ الاحتياطي، وواحد للطاقة الشمسية. فمن الممكن لتوفير مساحة، على حساب كبير، مع استخدام سخان tankless طالما أن سخان tankless يمكن تعديل تدفق الحرارة وصولا الى نقطة منخفضة جدا في حين أن تكون قادرة على تلبية الطلب الأقصى أيضا.
لا يحتاج إلى صيانة: كعب أخيل من الطاقة الحرارية الشمسية هو أنه إذا توقف النظام عن العمل، فإنه لا يفشل فقط في إنتاج الطاقة: فهو يحدد حول التدمير الذاتي الخاص به. بدون تدفق يمكن أن تجمد الألواح أو ركودها وارتفاع درجة حرارتها (انظر أدناه). يجب فحص وحدة التحكم التفاضلية الإلكترونية ومضخة (مضخة) الدورة الدموية سنويا للتأكد من أنها تعمل بشكل صحيح وأنه لم يبدأ أي مقياس أو تآكل سيؤدي إلى فشل النظام. وينبغي أيضا التحقق من الأنابيب، وخاصة بالنسبة لأنظمة الاستنزاف في المباني القديمة التي قد تستقر مع مرور الوقت وتحاصر السوائل في الخطوط. ويجب أن يقوم بهذه عمليات التفتيش السنوية محترف، وستكلف نصف الوفورات السنوية في الغاز.
لا يمكن تجميد: منذ لوحة حرارية شمسية يمكن أن تتجمد في درجات حرارة تصل إلى 42 درجة فهرنهايت، مطلوب حماية تجميد في جميع أنحاء الولايات المتحدة القارية للأنظمة الحرارية الشمسية. وباستثناء نظم الاستنزاف، فإن نظم الحماية من التجميد "نشطة". وهذا يعني أنها تتطلب جهاز للعمل استجابة لانخفاض درجة الحرارة. ونتيجة لذلك ، ونظرا لأنها نادرا ما تكون مطلوبة للعمل ، وتجميد فشل الحماية على حد سواء شائعة وكارثية ، مما أدى إلى آلاف الدولارات من الأضرار التي لحقت مجموعة جامع.
لا يمكن أن ترتفع درجة الحرارة: المحموم هو مشكلة كثيرا ما يتم تجاهلها مع النظم الحرارية الشمسية. هناك ما يقرب من ضعف الطاقة الشمسية التي تم تسليمها في يوليو كما في يناير كانون الثاني. وبالتالي، فإن أي نظام من شأنه أن يحدث فرقا كبيرا في تكلفة المياه الساخنة في يناير سوف يبالغ في الأداء في يوليو. وهذا يؤدي إلى فترات من الركود حيث لا يوجد استخدام للحرارة الشمسية وعدم تدفق من خلال لوحة (لوحات). في ظل هذه الحالة، سوف تسخن الألواح إلى حوالي 400 درجة فهرنهايت في الداخل. وهذا يمكن أن يؤدي إلى تلف ويسرع تدهور أجزاء جامع. هناك أنظمة المبرد التي تمت إضافتها إلى لوحات للتخفيف من هذا التأثير، ولكن لا توجد بيانات صلبة عن مقدار المبرد المطلوب لتبريد جامع راكدة في يوم حار.
لا مقياس تراكم: مقياس هو العدو #1 لسخانات المياه من أي نوع. الحرارة يجعل المواد الصلبة الذائبة تترسب من الماء حيث تجمع على السطح الساخن. حتى مع استخدام سائل نقل على الجانب جامع، يمكن أن يكون مقياس مشكلة مع مبادل حراري عن طريق انسداد أنابيب المياه يتدفق من خلال لكسب الحرارة. انخفاض درجات الحرارة المستخدمة لتسخين المياه مع مضخة الحرارة يقلل من ميل الحجم لبناء في الخزان.
100 في المئة جزء الشمسية التي يمكن تحقيقها: نظرا لتقلبات الطقس وعدم جدوى تخزين كميات كبيرة من المياه الساخنة، لا يمكن أن يكون أي نظام الحرارية الشمسية التي توفر موثوقية 100 في المئة جزء الشمسية 100 في المئة. الأنظمة الأكثر تصنيفا بموجب بروتوكول SRCC OG300 لديها كسر شمسي بنسبة 90 في المائة. باستخدام شبكة تعادل PV كمصدر للطاقة الشمسية لسخان المياه مضخة الحرارة يسمح للنظام "تخزين" الطاقة في الشبكة لاستخدامها حتى عام واحد في وقت لاحق. تستند مقارنة الأسعار أعلاه إلى نظام حراري مع كسر شمسي بنسبة 80 في المائة مقابل تعويض PV بنسبة 100 في المائة لتدفئة المياه.
إدارة الطلب على الشبكة: على الرغم من أن تسخين مياه مضخة الحرارة يضيف حمولة إلى الشبكة عند استخدامها لتحل محل وحدة الغاز أو البروبان ، فإن PV تضيف الطاقة إلى الشبكة خلال ساعات النهار القصوى حيث من المرجح أن يحتاجها المجتمع. يتم استخدام معظم المياه الساخنة المنزلية في الصباح والمساء عندما يكون هناك طلب أقل على الكهرباء على مستوى المجتمع. إذا اختار الأداة المساعدة استخدام هذه الميزة ، فيمكنها أيضا إضافة القدرة على تسخين سخان المياه من خلال العداد الذكي عندما تتوفر الكهرباء الزائدة على الشبكة. تستخدم في التوصيل مع صمام خلط لحماية المنزل من حرق المياه، فإنه على نحو فعال "البنوك" الماء الساخن ويمكن أن يؤخر الحاجة إلى مضخة الحرارة لتشغيل.
لا انبعاثات ثاني أكسيد الكربون: أي استخدام للغاز الطبيعي أو البروبان، بغض النظر عن مدى كفاءة أو رخيصة، يؤدي إلى إضافة ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي الذي هو عامل الخطر #1 التي تواجه الحضارة اليوم. سخان المياه مضخة الحرارة التي هي 100 في المئة بالطاقة (أو تعويض) من قبل PV لا يساهم في هذه المشكلة.
مساوئ
10- الكفاءة الصافية للشبكة ضد الاستخدام المباشر للغاز: الافتراض المعياري عند مقارنة استخدام الغاز مع الاستخدام الكهربائي هو أنه بعد حساب خسائر التحويل والنقل، يتطلب الأمر ثلاث وحدات من طاقة الوقود الأحفوري (الغاز والنفط والفحم) لتوصيل وحدة واحدة من الطاقة الكهربائية. وبالتالي الأساس المنطقي أنه إذا كان من الممكن توصيل الغاز إلى نقطة الاستخدام، فمن الأكفأ استخدام الغاز من استخدام الكهرباء. وبما أن معظم سخانات المياه التي تعمل بالوقود الأحفوري فعالة بنسبة 60 في المائة فقط، فإن هذا التأثير لا يزيد عن نصف أهمية ما يبدو. بالإضافة إلى ذلك، تفشل سخانات المياه التي تعمل بالوقود الأحفوري في الاستفادة من معايير المحافظ المتجددة التي تزيد من خفض نسبة الغاز المستخدم إلى الكهرباء المسلمة.
الهواء الدافئ المطلوب: كفاءة سخان المياه مضخة الحرارة يعتمد على مصدر الحرارة المتاحة التي عادة ما تكون الهواء في الفضاء الذي يتم وضع سخان. تركيبها في المساحات غير مدفأة في المناخات المعتدلة، وهذا لا يمثل أي مشكلة. ومع ذلك، إذا تم تسخين مساحة سخان المياه أو انخفض إلى أقل من 55º-60ºF معظم السنة، وسوف تكون هناك حاجة إلى عنصر النسخ الاحتياطي والكفاءة سوف تعاني. وعلى العكس من ذلك، فإن سخان المياه مضخة الحرارة تبريد وإزالة الرطوبة في الفضاء الذي يقع فيه. قد تكون هذه ميزة مرغوبة.
أحدث في السوق: على الرغم من الهواء إلى الماء حرارة مضخة تسخين المياه يستخدم فقط المفاهيم المجرب والحقيقي، وقد HPWH المنزلية فقط حوالي عشرين عاما من التنمية في السوق الاستهلاكية: طويلة بما يكفي لتكون واثقة في كفاءتها وسهولة، ولكن ليس لفترة كافية لتكون واسعة الانتشار. في حين أن هناك حوالي خمسمائة من النماذج الحرارية الشمسية وستمائة سخانات المياه الخالية من الدبابات ("الفورية") المعترف بها من قبل نظام نجمة الطاقة في DOE ، لا يوجد حاليا سوى 23 طرازا معترفا به من HPWH.
على ما كان عليه، التكنولوجيا الحرارية الشمسية تمثل تحسنا. لا يزال لديها بعض التطبيقات المشروعة، حتى. ومع ذلك ، فإن تسخين المياه الشمسية على مستوى الأسرة يأتي مع العديد من العيوب غير الضرورية لدرجة أنه من الواضح أن المستقبل يكمن في اتجاه آخر. الطاقة الشمسية الضوئية هي مصدر فعال للغاية لنظام تسخين المياه مضخة الحرارة. وقريبا، قد تكون مضخات الحرارة من الماء إلى الماء متاحة في السوق، ولكن أنظمة الهواء إلى الماء اليوم هي الاختيار الأمثل للعديد من الأسر المعيشية، اعتمادا على المناخ والتكوين.
