Nước nóng bằng nhiệt năng lượng mặt trời là một điều bất thường. Nước nặng nhiều, nở ra khi đóng băng và có thể gây đóng cặn cho đường ống khi sôi. Hệ thống nhiệt mặt trời có hiệu quả tuyệt vời và một số hệ thống hoạt động tốt trong nhiều thập kỷ, nhưng ngay cả những hệ thống này cũng cần được kiểm tra thường xuyên. Tuy nhiên, khi hệ thống nhiệt mặt trời gặp sự cố, hệ thống này sẽ tự phá hủy, và rõ ràng là đun nước nóng bằng năng lượng mặt trời không phải là cách của tương lai ngoại trừ việc sử dụng nhiệt ở mức rất thấp, như bể bơi.
Từ lâu, người ta đã hiểu rằng lợi thế về hiệu quả tương đối của công nghệ nhiệt năng lượng mặt trời để làm nóng nước hơn hẳn so với sự tiện lợi của việc đun nước bằng điện. Khả năng thu thập nhiều năng lượng hơn trên mỗi foot vuông của nhiệt mặt trời có nghĩa là một hệ thống điện mặt trời chỉ cấp nguồn cho máy nước nóng thông thường sẽ không bao giờ cạnh tranh được với hệ thống nhiệt mặt trời.
Tuy nhiên, gần đây, việc giảm chi phí điện mặt trời (PV) và sự phát triển của công nghệ bơm nhiệt không khí sang nước đã cung cấp một mô hình mới: máy bơm nhiệt hỗ trợ năng lượng mặt trời làm nóng nước (HPWH). HPWH có ít nhược điểm hơn so với nhiệt mặt trời, với mức giá thấp hơn cho các ứng dụng dân dụng.
Thông tin dưới đây giả định việc sử dụng máy nước nóng bơm nhiệt với hệ số hiệu suất (EF là 2,5) và định mức 1.800 kWh mỗi năm, với 1 đến 1,3 kW PV nối lưới được bổ sung vào hệ thống lắp đặt hoặc hệ thống hiện có ở khu vực PV sản xuất ít nhất 1.400 kWh / kW / năm.
PV Ưu điểm
Chi phí trả trước thấp hơn: Do các hệ thống mở chi phí thấp hơn đã được chứng minh là không phù hợp để đun nước nóng sinh hoạt, chi phí lắp đặt của nhiệt mặt trời phải dựa trên hệ thống vòng lặp kín (glycol ordrainback), hệ thống hai bể (hoặc không có ngăn chứa), đầy đủ Cài đặt. Giá trung bình cho một hệ thống như vậy, được thiết kế cho một gia đình bốn người, là từ $ 7.000 đến $ 10.000 trước khi có ưu đãi. Máy nước nóng bơm nhiệt được cung cấp bằng PV sẽ có giá từ 1.000 đô la đến 2.000 đô la cho máy bơm nhiệt cộng với nhân công và từ 3.500 đến 6.000 đô la cho PV bổ sung (đối với hệ thống nối lưới hiện có), do đó tổng chi phí lắp đặt là từ 5.000 đô la đến 8.500 đô la trước khi có ưu đãi .
Dễ dàng lắp đặt hơn: Việc thay thế một máy nước nóng bằng một bồn chứa duy nhất khác và thêm ba đến năm mô-đun bổ sung vào hệ thống PV dễ dàng hơn nhiều so với việc thay thế một bồn chứa duy nhất với hai bồn chứa và đường ống chất lỏng truyền nhiệt đến các tấm mái nặng phải được kiểm tra áp suất và sạc sau khi cài đặt. Điều này dẫn đến ít cơ hội xảy ra lỗi trình cài đặt hơn.
Sử dụng ít không gian hơn: Để tránh hệ thống nhiệt mặt trời cạnh tranh với nguồn dự phòng (giới hạn phần năng lượng mặt trời ở mức khoảng 60%), cần có hai bể chứa: một bể dự phòng và một bể chứa năng lượng mặt trời. Có thể tiết kiệm không gian, với chi phí lớn, với việc sử dụng máy làm mát không dầu miễn là máy làm nóng không dầu có thể điều chỉnh dòng nhiệt xuống một điểm rất thấp trong khi vẫn có thể đáp ứng nhu cầu tối đa.
Không cần bảo trì: Gót chân Achilles của nhiệt mặt trời là nếu hệ thống ngừng hoạt động, nó không chỉ không sản xuất ra năng lượng: nó bắt đầu tự hủy diệt. Nếu không có dòng chảy, các tấm có thể bị đóng băng hoặc ngưng trệ và quá nóng (xem bên dưới). (Các) bộ điều khiển vi sai điện tử và (các) máy bơm tuần hoàn phải được kiểm tra hàng năm để đảm bảo chúng hoạt động bình thường và không có cặn hoặc súng ăn mòn dẫn đến hỏng hóc hệ thống. Đường ống cũng cần được kiểm tra, đặc biệt là các hệ thống hồi lưu trong các tòa nhà cũ có thể lắng đọng theo thời gian và giữ chất lỏng trong đường ống. Việc kiểm tra hàng năm này phải được thực hiện bởi một chuyên gia và sẽ tiêu tốn một nửa số tiền tiết kiệm xăng hàng năm.
Không thể đóng băng: Vì bảng nhiệt năng lượng mặt trời có thể đóng băng ở nhiệt độ cao tới 42ºF, nên cần có biện pháp bảo vệ chống đóng băng trên khắp lục địa Hoa Kỳ đối với các hệ thống nhiệt mặt trời. Ngoại trừ hệ thống phản hồi, hệ thống bảo vệ đóng băng đang "hoạt động". Điều này có nghĩa là họ yêu cầu một thiết bị hoạt động để đáp ứng với nhiệt độ thấp. Do đó, và vì chúng hiếm khi được yêu cầu hoạt động, nên các lỗi bảo vệ đóng băng vừa phổ biến vừa là thảm khốc, dẫn đến thiệt hại hàng nghìn đô la cho mảng bộ thu.
Không thể quá nóng: Quá nhiệt là một vấn đề thường bị bỏ qua đối với các hệ thống nhiệt năng lượng mặt trời. Lượng năng lượng mặt trời được cung cấp vào tháng Bảy nhiều gấp đôi so với tháng Giêng. Do đó, bất kỳ hệ thống nào tạo ra sự khác biệt đáng kể về chi phí nước nóng trong tháng Giêng sẽ hoạt động quá mức vào tháng Bảy. Điều này dẫn đến các giai đoạn đình trệ không sử dụng nhiệt mặt trời và không có dòng chảy qua (các) bảng điều khiển. Trong điều kiện này, các tấm sẽ nóng lên khoảng 400ºF bên trong. Điều này có thể dẫn đến hư hỏng và làm tăng tốc độ hư hỏng của các bộ phận thu nhiệt. Có những hệ thống tản nhiệt đã được thêm vào các tấm để giảm thiểu hiệu ứng này, nhưng không có dữ liệu chắc chắn về lượng tản nhiệt cần thiết để làm mát một bộ thu tụ đọng vào một ngày nắng nóng.
Không đóng cặn: Đóng cặn là kẻ thù số 1 của bất kỳ loại máy nước nóng nào. Nhiệt làm cho chất rắn hòa tan kết tủa khỏi nước, nơi chúng tụ lại trên bề mặt nóng. Ngay cả khi sử dụng chất lỏng truyền ở phía bộ thu nhiệt, cáu cặn có thể là một vấn đề với bộ trao đổi nhiệt do làm tắc các ống mà nước chảy qua để thu nhiệt. Nhiệt độ thấp hơn được sử dụng để làm nóng nước bằng máy bơm nhiệt làm giảm xu hướng đóng cặn trong bể.
Có thể đạt được 100 phần trăm phần trăm: Do sự thay đổi của thời tiết và tính không thực tế của việc tích trữ một lượng lớn nước nóng, không có hệ thống nhiệt mặt trời nào cung cấp độ tin cậy 100 phần trăm có thể có phần trăm phần trăm. Các hệ thống được đánh giá cao nhất theo giao thức SRCC OG300 có 90 phần trăm năng lượng mặt trời. Sử dụng PV nối lưới làm nguồn năng lượng mặt trời cho máy nước nóng bơm nhiệt cho phép hệ thống “lưu trữ” nguồn điện trong lưới điện để sử dụng đến một năm sau đó. So sánh giá ở trên dựa trên hệ thống nhiệt với phần trăm 80 phần trăm so với phần bù 100 phần trămPV cho việc đun nước.
Quản lý nhu cầu lưới điện: Mặc dù hệ thống sưởi nước bằng máy bơm nhiệt tạo thêm tải cho lưới điện khi được sử dụng để thay thế đơn vị khí đốt hoặc khí propan, PV bổ sung nguồn điện cho lưới điện vào những giờ cao điểm ban ngày nơi cộng đồng có nhiều khả năng cần thiết nhất. Hầu hết nước nóng hộ gia đình được sử dụng vào sáng sớm và chiều tối khi nhu cầu sử dụng điện toàn cộng đồng ít hơn. Nếu tiện ích chọn sử dụng ưu điểm này, nó cũng có thể bổ sung thêm khả năng làm nóng máy nước nóng thông qua đồng hồ thông minh khi có điện dư trên lưới. Được sử dụng trong hệ thống dẫn điện với một van trộn để bảo vệ ngôi nhà khỏi bị đóng cặn nước, nó “dự trữ” nước nóng một cách hiệu quả và có thể trì hoãn nhu cầu bật máy bơm nhiệt.
Không phát thải CO2: Bất kỳ việc sử dụng khí tự nhiên hoặc propan nào, bất kể hiệu quả hay giá rẻ, đều dẫn đến việc bổ sung CO2 vào bầu khí quyển, đây là yếu tố rủi ro số 1 mà nền văn minh ngày nay phải đối mặt. Một máy nước nóng bơm nhiệt được cung cấp 100 phần trăm (hoặc bù đắp) bởi PV không góp phần vào vấn đề đó.
Nhược điểm
Hiệu suất lưới điện so với sử dụng khí trực tiếp: Giả định tiêu chuẩn khi so sánh việc sử dụng khí với sử dụng điện là sau khi tính đến tổn thất truyền tải và chuyển đổi, cần ba đơn vị năng lượng nhiên liệu hóa thạch (khí, dầu, than) để cung cấp một đơn vị Năng lượng điện. Do đó, nếu khí đốt có thể được cung cấp đến nơi sử dụng, thì việc sử dụng khí đốt sẽ hiệu quả hơn là sử dụng điện. đáng kể khi nó xuất hiện. Ngoài ra, máy nước nóng sử dụng nhiên liệu hóa thạch không tận dụng được Tiêu chuẩn danh mục đầu tư có thể tái tạo làm giảm hơn nữa tỷ lệ khí được sử dụng trên điện được phân phối.
Yêu cầu không khí ấm: Hiệu quả của máy nước nóng bơm nhiệt phụ thuộc vào nguồn nhiệt có sẵn, thường là không khí trong không gian mà máy nước nóng được đặt. Được lắp đặt trong không gian không được sưởi ấm ở khí hậu ôn đới, điều này không có vấn đề gì. Tuy nhiên, nếu không gian của máy nước nóng được làm nóng hoặc giảm xuống dưới 55º-60ºF nhiều trong năm, yếu tố dự phòng sẽ cần thiết và hiệu quả sẽ bị ảnh hưởng. Ngược lại, máy nước nóng bơm nhiệt sẽ làm mát và hút ẩm không gian mà nó nằm. Đây có thể là một tính năng mong muốn.
Mới hơn trên thị trường: Mặc dù hệ thống sưởi nước bằng máy bơm nhiệt không khí chỉ sử dụng các khái niệm đã được thử và đúng, nhưng HPWH gia dụng mới chỉ có khoảng hai mươi năm phát triển trên thị trường tiêu dùng: đủ lâu để tự tin vào hiệu quả và sự dễ dàng của nó, nhưng không đủ lâu để phổ biến rộng rãi. Trong khi có khoảng năm trăm mô hình nhiệt năng lượng mặt trời và sáu trăm máy nước nóng không giá (“tức thì”) được công nhận bởi hệ thống Energy Star của DOE, hiện chỉ có 23 mô hình HPWH được công nhận.
Đối với những gì nó đã được, công nghệ nhiệt mặt trời đại diện cho một sự cải tiến. Nó vẫn có một số ứng dụng hợp pháp, thậm chí. Tuy nhiên, việc đun nước nóng bằng năng lượng mặt trời quy mô hộ gia đình có quá nhiều nhược điểm không đáng có nên rõ ràng tương lai nằm ở một hướng khác. Quang điện mặt trời là nguồn hiệu quả cao cho hệ thống làm nóng nước bằng máy bơm nhiệt. Máy bơm nhiệt nước thành nước sẽ sớm có mặt trên thị trường, nhưng các hệ thống không khí thành nước ngày nay là sự lựa chọn tối ưu cho nhiều hộ gia đình, tùy thuộc vào khí hậu và cấu hình.
