PV vs solvarme vs GAS vs varmepumpe vandopvarmning
omkostningerne ved elektricitet, stabiliteten i det nationale net og bevidstheden om bæredygtig levevis har tvunget mange forbrugere til at henvende sig til vedvarende energiteknologi til opvarmning af vand. De nationale bygningsreglementer ogsåkræver, at mindst 50% af vandopvarmning udføres med noget andet end et elektrisk element. Men som med mange produkter på markedet kan man finde betydeligt modstridende krav med hensyn til de forskelligeteknologier. Mange af disse påstande er intet andet end markedsføring “bla” og har ingen fakta bag dem.
på ITS har vi derfor besluttet at forsøge at kaste lys over de vigtigste vandvarmeteknologier og den besparelse, der kan opnås.
en baggrund for teknologierne
øjeblikkelige gasvandvarmere bruger LPG til at opvarme vand øjeblikkeligt, og der kræves derfor ingen gejser (varmtvandsopbevaringstank). 1 kg LPG “indeholder” 13,6 kg energi og kan derfor producere 11,5 kg termisk energi, hvis gasvarmeren har en gennemsnitlig effektivitet på 85%.
Solar PV vand varmeelement bruger sol elektriske paneler (PV paneler) til at drive en elektrisk opvarmning element.An elektrisk element er tæt på 100% effektiv. Med andre ord, hvis det er et 1 kg element, vil det forbruge 1 kg elektricitet til at producere 1 kg termisk output. Denne strøm kommer nu fra et PV-panel. Solcellepaneler skal installeres mod Nord og i en vandret vinkel svarende til placeringens breddegrad, og det er afgørende, at der ikke er nogen skygge på panelet. Skygge så lidt som 2% af paneloverfladen kan resultere i mere end 50% reduktion af paneloutput.
effektiviteten af PV-panelerne er omkring 17% (under laboratoriebetingelser med cellen ved 25 liter C). I det virkelige liv med thesun skinner på cellen det vil varme op og forårsage et fald i udgangseffekten på omkring 8% (0,4%/liter C med 20 liter CNOCT). Panelets aldring vil typisk resultere i en maksimal nedbrydning på 2,5% i det første år og op til 10% i 10 år. Dernæst har du brug for en MPPT for at sikre optimal strømoverførsel fra panelerne til elementet. En meget goodMPPT er typisk omkring 95% effektiv, og derfor mister du yderligere 5% af den tilgængelige strøm.
solvarme vandvarmere bruger strålingen fra solen til at generere varme. Størrelsen af solpanelet vilbestemme, hvor meget energi der kan indsamles fra solen. Så hvis vi for eksempel har et 2,4 m2 solcellepanel, der er forbundet til en gejser, kan dette give os 60 liter C vand i slutningen af en varm solskinsdag, men i køligere dage med mindre solskin kan det muligvis kun opvarme vandet til 35 liter C. solcontrolleren vil derefter bruge Eskom til at opvarme vandet til 60 kilo C. Hvis vi har et solcellepanel, der kun er halvdelen af størrelsen (1.2m2) vi ville kun komme ud halvdelen afenergi og et elektrisk element bliver nødt til at gøre resten.
En god kvalitet flad plade solfanger har en effektivitet på omkring 73%. Udgangen af en solvarmesamler de-rate baseret på temperaturforskellen mellem vandet i samleren og den ambienttemperatur. Arbejde på en gennemsnitlig temperatur delta på 17,5 liter C (hea2ng vand fra 15 liter C til 60 liter C @20 Liter Cambient) vil give omkring en 10% reduktion i produktionen. Piping termiske tab på de isolerede rør connec2ng thesolpanel til gejseren er omkring 10v / m.
Varmtvandsvarmepumper bruger en lille mængde elektricitet til at udvinde en masse energi fra den omgivende luft. Så en varmepumpe bruger også energien fra solen, men kun indirekte, og så kan den arbejde dag og nat, vinter og sommer. Effektiviteten af en varmepumpe kaldes COP. En COP-værdi på 4 betyder, atvarmepumpen producerer fire gange så meget termisk energi som det, den bruger elektrisk – med andre ord en 75% besparelse på vandhe2ng-regningen.
desværre er COP for en varmepumpe afhængig af omgivelsestemperaturen og vandtemperaturenog så i et praktisk varmt brugsvandssystem ved hjælp af en veldesignet varmepumpe er en realistisk årlig COP – værdi 3-med andre ord en 66% besparelse på vandvarmeregningen.
et praktisk eksempel
en familie på 4, der bruger vand, bruger moderat omkring 200l varmt vand om dagen. For at opvarme 200L vand fra 15 liter Cto 60 liter C kræver 10,4 kg. Det stående tab af en B-klassificeret 200L tank er 1.6 kg / dag i laboratoriet, men med installationsledninger inkluderet er det typisk omkring 3,6 kg/dag. Derfor er det samlede energibehov for dettefamiliens varmt vand 14 kg / dag. Hvis de betaler R2 / KVH for elektricitet, koster deres vandopvarmning demr840 / måned. Forudsat at vand hea2ng typisk udgør 50% af den samlede elregning, vi ser her på en familie, der bruger omkring R1680 pr. Lad os nu se på, hvad de forskellige vandvarmerteknologier kan gøre for dem.
En øjeblikkelig gas vandvarmer ville spare dem stående tab på gejseren. De har derfor kun brug for 10,4 kg termisk energi om dagen. Med en 85% gennemsnitlig effektivitetsenhed brænder de 0,9 kg gas pr day.At R23 / kg de månedlige omkostninger vil være R624. Hvis man antager en 10% årlig elektrisk takstforhøjelse samt en 10% årlig LPG-prisstigning, vil de spare R16278 i løbet af de næste 5 år på deres vandvarmeregning.
et solcelleanlæg til vandvarmeanlæg, der typisk er installeret på en 200L gejser, består af 3 330v eller 4 330vv paneler. Hvis de står perfekt overfor, skal vi i teorien være i stand til at få maksimalt omkring 5 timer 990 af de 3 330v paneler (årligt gennemsnit – vinter vil du have mindre, fordi sollysets timer er mindre ogom sommeren vil du have mere, hvilket desværre ikke passer til, når folk bruger det mest varme vand).Vi har derfor et teore2cal maksimum på 4.95 KVH, men med panel temperatur de-rating, 1.årgangog MPPT tab den effekt, der er tilgængelig for elementet, vil være omkring 4.2 KVH/dag. Elementcontrolleren vil bruge Eskom til at udføre resten af arbejdet og få tanken til 60 liter C (SANS 151 kræver, at vand opbevares ved 60 liter C tillovgivning sygdomsforebyggelse). Den månedlige Eskom-regning for at få dette system til 60 kr.C vil være R588. Hvis man antager A10% årlig elektrisk takstforhøjelse, sparer de R18731 i løbet af de næste 5 år på deres vandvarmeregning.For 4-330V-panelsystemet vil den strøm, der er tilgængelig for elementet, være omkring 5,6 kV/dag. Den monthlyEskom regningen for opvarmning af dette system til 60 liter C vil være R504. Forudsat en 10% årlig elektrisk takstforhøjelse vil de gemme R24974 i løbet af de næste 5 år på deres vand hea2ng regning.3 330v panel system kræver en nordvendt ubeskygget tagplads på 6m2 og 4 330v panel system8m2.
et solvarmeanlæg, der typisk er installeret på en 200L gejser, består af et 2,4 m2 solpanel (flatplate eller tilsvarende evakueret rør). Fra TUV Rheinland testrapporter fra ITS 2.4m2 flad plade solarcollector kan det ses, at det vil give en termisk effekt på omkring 8.7 kg for de samme 5 timers årligt gennemsnitligt brugbart sollys pr.dag som brugt med PV-eksemplet ovenfor. De-rating dette for differential temperaturtab og 10m installation rørsystem vi står tilbage med 7,3 kg/dag. Den månedlige Eskom-regning til opvarmning af dettesystem til 60 liter C vil derfor være R402. Forudsat en 10% årlig elektrisk takstforhøjelse vil de spare R32556over de næste 5 år på deres vandvarmeregning.
En varmtvandspumpe til husholdningsbrug, der arbejder ved gennemsnitlige Sydafrikanske omgivelsestemperaturer, vil konservativt give en årlig gennemsnitlig besparelse på 66% på det system, den er tilsluttet. Den månedlige Eskom-regning, der holder dette system på 60 kr. C, vil derfor være R280. Hvis man antager en 10% årlig elektrisk takstforhøjelse, vil de gemme R41609 i løbet af de næste 5 år på deres vandvarmeregning.
konklusioner
graferne nedenfor viser besparelsen de forskellige systemer kan sørge for 150L, 200L og 300L varmt vand usageper dag:
en øjeblikkelig gasvandvarmer efter vores mening giver mening på steder, hvor der ikke er elektricitet til rådighed.Den færdige installerede pris for en ordentlig enhed er kun et par tusinde mindre end en flad plade med gejser, og besparelsen fra solsystemet er næsten dobbelt for 200L varmt vandforbrug. Gasvandsopvarmning er ligeglad medskom load-shedding, men husk på, at vi har haft gasforsyningsmangel, og det vil efterlade dig medkoldt vand. Med opbevaring vandvarmere load-shedding er normalt ikke et problem, medmindre afbrydelsen sidste formere end en dag, da vandet kan holde varmen i tanken for meget lang og re-opvarmning ved hjælp af en electricalelement eller varmepumpe tager kun et par timer. Hvis du bruger 200l af 60 liter C vand om dagen vil 9 kg LPG vare digkun 10 dage, og så bliver du nødt til at tænke på gasforsyningen og logistikken. Øjeblikkelige gasvandvarmere erogså stor backup til solvandvarmere installeret på steder uden elektrisk netforbindelse. Gasvarmereni en sådan installation dækker kun manglen på solvarmesystemet.
et solcelleanlæg vandvarmeelement efter vores mening giver kun mening, når gejseren ligger langt fra solarpanelerne som i en bygning i flere etager. De termiske tab i rørene i det normale solvarmesystem i suchan installation vil reducere output til et sådant niveau, at PV opvarmning kunne være mere omkostningseffektiv. Forstandardinstallationer, hvor gejseren ligger inden for sige 10m fra solpanelet, vil fladpladesystemet give et meget bedre investeringsafkast. En 3 * 330v installation er lidt dyrere end en 2.4m2 flad pladeinstallation, men den flade plade sparer R14k mere end 5 år i vores eksempel. De fleste solcelleanlæg, vi ser installeret, er helt underdimensionerede og udføres af folk, der simpelthen prøver at slippe af sted med den billigste mulige mulighed. En PV termisk system, der vil give dig næsten den samme udgangseffekt som en 2.4m2 fladplade har brug for 5 330V solcellepaneler, hvilket resulterer i et dyrt system, der kræver 10m2 nordvendt ikke-skygget tagplads. Skulle klienten på et tidspunkt ønsker at installere en PV elektrisk system til at blive mereuafhængig fra Eskom vil han højst sandsynligt ikke har nok tag plads tilbage.
en anden stor bekymring med PV element systemer er den nuværende mangel på regulering af installationer ogudstyr. PV-elementsystemer fungerer ved dødelige DC-spændinger, og installation af det billigt og grimt kunne potentielt være dødbringende.
et solvarmeanlæg giver et stort investeringsafkast, men det er vigtigt, at det erinstalleret korrekt. Desværre ser vi også installatører, der presses til pris, der går for underdimensionerede systemer. Hvis vi for eksempel ser på 200L-systemeksemplet ved hjælp af en dens 2M2 fladpladesamler, vil din besparelse være R26758 over 5 år. Ved at gå efter den lidt større 2.4m2 flade plade vil dine installationsomkostninger stige med omkring R400, men din besparelse over 5 år vil stige med R5797 til R32556. A 2.4m2 flad plade er også af nomeans for stor til et 150L-system, og derfor giver en 2M2 flad plade kun mening for større systemer, hvor du har brug for flere paneler.
en varmtvandsvarmepumpe giver den bedste besparelse i dette eksempel. En dens 4,7 kV varmepumpeinstallation vil koste dig omkring R5k mere end en 2,4 m2 flad pladeinstallation, men vil resultere i en r9k bettersaving efter 5 år.
et solsystem kan give en større besparelse end en varmepumpe, men for det skal solsystemet overdimensioneres, og vandforbrugsmønstre skal justeres. Typisk har du brug for dobbelt så meget varmt vand som hvad du har brug for til en normal Elektrisk gejser eller et varmepumpesystem. I kystområder som Kapstaden vinterbestråling er meget lavere end sommerbestråling. Det betyder, at selv hvis dit solsystem blev dimensioneret til 100% af din solforbrug om sommeren, vil du kun have omkring halvdelen af den termiske effekt, du har brug for om vinteren, og det elektriske element skal gøre resten. Vinteren er også, når folk bruger mest varmt vand og så en varmepumpe ville næsten altid være en bedre løsning i områder som Kapstaden.
solcelleanlæg og termiske systemer kan kun “høste” energi, mens solen skinner. Systemet dimensionering er færdig tilgiv dig en vis procentdel af dit energibehov pr.dag, som er baseret på hvor mange liter varmt vand du bruger om dagen. Hvis nogle venner besøger og bliver over det ekstra varme vand, skal det opvarmes ved hjælp af Eskom. Med et varmepumpesystem vil varmepumpen simpelthen fortsætte med at opvarme mere vand, når du bruger mere, mens du giver omkring 66% besparelse på det, du bruger.
for at få mest muligt ud af solcelleanlæg og solvarmeanlæg kræver det også, at du bruger det korrekt. Hvis du bruger det meste af det varme vand om aftenen, skal du bruge Eskom til at have varmt vand om morgenen. Hvis du ikke bruger meget vand om morgenen, opvarmer solsystemet en tank, der allerede er næsten på temperaturog så vil du ikke bruge al den energi, der er tilgængelig fra dit solsystem i løbet af dagen. Med en varmepumpe gør det ingen reel forskel, hvornår og hvordan du bruger vandet.