PV vs SOLAR THERMAL vs GAS vs HEAT PUMP WATER HEATING
Il costo dell’energia elettrica, la stabilità della rete nazionale e la consapevolezza di vivere in modo sostenibile hanno costretto molti consumatori a rivolgersi alla tecnologia delle energie rinnovabili per il riscaldamento dell’acqua. Anche i regolamenti edilizi nazionalirichiedono che almeno il 50% del riscaldamento dell’acqua sia fatto con qualcosa di diverso da un elemento elettrico. Ma, come molti prodotti sul mercato, si possono trovare affermazioni notevolmente contraddittorie per quanto riguarda le diverse tecnologie. Molte di queste affermazioni non sono altro che marketing ” bla ” e non hanno fatti dietro di loro.
Al SUO abbiamo quindi deciso di cercare di far luce sulle principali tecnologie di riscaldamento dell’acqua e sul risparmio che si può ottenere.
A BACKGROUND TO THE TECHNOLOGIES
Gli scaldacqua a gas istantanei utilizzano il GPL per riscaldare l’acqua istantaneamente e quindi non è necessario alcun geyser (serbatoio di stoccaggio dell’acqua calda). 1 kg di GPL “contiene” 13,6 kWh di energia e quindi può produrre 11,5 kWh di energia termica se la stufa a gas ha un’efficienza media dell ‘ 85%.
L’elemento riscaldante solare dell’acqua di PV usa i pannelli elettrici solari (pannelli di PV) per alimentare un riscaldamento elettrico element.An l’elemento elettrico è vicino a 100% efficiente. In altre parole, se è un elemento 1kW consumerà 1kW di elettricità per produrre 1kW di potenza termica. Questa potenza ora proviene da un pannello fotovoltaico. I pannelli fotovoltaici devono essere installati rivolti a nord e ad un angolo orizzontale uguale alla latitudine della posizione ed è fondamentale che non vi sia alcuna ombreggiatura sul pannello. L’ombreggiatura fino al 2% della superficie del pannello può comportare una riduzione dell’output del pannello superiore al 50%.
L’efficienza dei pannelli fotovoltaici è intorno al 17% (in condizioni di laboratorio con la cella a 25°C). Nella vita reale con il sole splendente sulla cella si riscalda e provoca una diminuzione della potenza di uscita di circa l ‘ 8% (0,4%/°C con 20°CNOCT). L’invecchiamento dei pannelli si tradurrà in genere in un degrado massimo del 2,5% nel primo anno e fino al 10% in 10 anni. Successivamente è necessario un MPPT per garantire un trasferimento di potenza ottimale dai pannelli all’elemento. Un goodMPPT è in genere essere intorno 95% efficiente e quindi si perde un altro 5% della potenza disponibile.
Scaldacqua solari termici utilizzano la radiazione dal sole per generare calore. La dimensione del pannello solare saràdeterminare quanta energia può essere raccolta dal sole. Quindi, se ad esempio abbiamo un pannello solare di 2,4 m2 collegato a un geyser, questo potrebbe darci acqua a 60°C alla fine di una calda giornata di sole, ma, durante i giorni più freddi con meno sole, potrebbe essere in grado di riscaldare l’acqua solo a 35°C. Il regolatore solare utilizzerà Eskom per riscaldare l’acqua a 60°C. Se abbiamo un pannello solare che è solo la metà delle dimensioni (1.2m2) usciremmo solo metà dell’energia e un elemento elettrico dovrà fare il resto.
Un collettore solare termico a piastra piana di buona qualità ha un’efficienza di circa il 73%. L’uscita di un solar thermalcollector de-rate in base alla differenza di temperatura tra l’acqua nel collettore e l’ambienttemperature. Lavorare su un delta medio di temperatura di 17,5°C (hea2ng acqua da 15°C a 60°C @20°Cambient) darà circa una riduzione del 10% in uscita. Le perdite termiche delle tubazioni sui tubi isolati connec2ng il pannello solare al geyser è di circa 10W / m.
Pompe di calore acqua calda sanitaria utilizza una piccola quantità di energia elettrica per estrarre un sacco di energia da thesurrounding aria. Quindi una pompa di calore utilizza anche l’energia del sole ma solo indirettamente e quindi può funzionare giorno e notte, inverno ed estate. L’efficienza di una pompa di calore è chiamata COP. Un valore COP di 4 significa che la pompa di calore produce quattro volte più energia termica di quella che utilizza elettricamente-in altre parole un risparmio del 75% sulla bolletta dell’acqua hea2ng.
Sfortunatamente il COP di una pompa di calore dipende dalla temperatura ambiente e dalla temperatura dell’acquae quindi, in un pratico sistema di acqua calda sanitaria che utilizza una pompa di calore ben progettata, un valore annuo di COP realistico è 3 – in altre parole un risparmio del 66% sulla bolletta del riscaldamento dell’acqua.
UN ESEMPIO PRATICO
Una famiglia di 4 persone che utilizzano moderatamente acqua utilizza circa 200L di acqua calda al giorno. Per riscaldare 200L di acqua da 15°C a 60 ° C sono necessari 10,4 kWh. La perdita diritta di un carro armato B-rated 200L è 1.6kWh / giorno in laboratorio ma con le tubazioni di installazione incluse è in genere di circa 3,6 kWh / giorno. Pertanto il fabbisogno energetico totale per questol’acqua calda della famiglia è 14kWh / giorno. Se stanno pagando R2 / kWh per l’elettricità il loro riscaldamento dell’acqua sta costando themR840 / mese. Supponendo che l’acqua hea2ng in genere costituisce il 50% della bolletta elettrica totale stiamo cercando qui una famiglia che spende circa R1680 al mese per l’elettricità. Diamo ora un’occhiata a ciò che il diverso riscaldamento dell’acquale tecnologie possono fare per loro.
Uno scaldabagno a gas istantaneo salverebbe loro le perdite in piedi sul geyser. Avranno quindi solo bisogno di 10,4 kWh di energia termica al giorno. Con un’unità media di efficienza di 85% bruceranno 0.9 kg di gas per day.At R23 / kg il costo mensile sarà R624. Supponendo un aumento annuale della tariffa elettrica del 10% e un aumento annuale del prezzo del GPL del 10%, risparmieranno R16278 nei prossimi 5 anni sulla bolletta del riscaldamento dell’acqua.
Un sistema solare dell’elemento riscaldante dell’acqua di PV installato tipicamente su un geyser 200L consiste di 3 x 330W o di 4 x 330WPV pannelli. Se sono perfettamente rivolti dovremmo in teoria essere in grado di ottenere un massimo di circa 5 ore di 990Wout dei pannelli 3 x 330W (media annuale – inverno avrai meno perché le ore di luce solare sono meno e in estate ne avrai di più che purtroppo non è corrispondente per quando le persone usano l’acqua più calda).Abbiamo quindi un massimo teorico di 2cal di 4,95 kWh ma con la temperatura del pannello, l’invecchiamento del 1 ° anno e le perdite di MPPT la potenza disponibile per l’elemento sarà di circa 4,2 kWh/giorno. L’elemento controller willuse Eskom per fare il resto del lavoro e ottenere il serbatoio a 60°C (SANS 151 richiede acqua per essere conservato a 60 ° C forLegislation prevenzione delle malattie). La fattura mensile Eskom per ottenere questo sistema a 60°C sarà R588. Supponendo un aumento annuale della tariffa elettrica del 10%, risparmieranno R18731 nei prossimi 5 anni sulla bolletta del riscaldamento dell’acqua.Per il sistema a pannelli 4 x 330W la potenza disponibile per l’elemento sarà di circa 5,6 kWh / giorno. La fattura mensile per il riscaldamento di questo sistema a 60°C sarà R504. Supponendo un aumento annuale della tariffa elettrica del 10%, risparmieranno R24974 nei prossimi 5 anni sulla loro bolletta dell’acqua.Il sistema a pannelli 3 x 330W richiede uno spazio del tetto non ombreggiato rivolto a nord di 6m2 e il sistema a pannelli 4 x 330w8m2.
Un sistema solare scaldabagno termico tipicamente installato su un geyser 200L sono costituiti da un pannello solare 2.4m2 (flatplate o equivalente tubo evacuato). Dai rapporti di prova TUV Rheinland del suo solarcollector piatto piano 2.4m2 si può vedere che darà una potenza termica di circa 8.7kWh per le stesse 5 ore di luce solare utilizzabile annualaverage al giorno come usato con l’esempio di PV sopra. De-valutazione questo per differenziale temperaturelosses e 10m di tubazioni di installazione siamo lasciati con 7.3 kWh / giorno. La fattura mensile Eskom per il riscaldamento di questosistema a 60°C sarà quindi R402. Supponendo un aumento annuale della tariffa elettrica del 10%, risparmieranno R32556 nei prossimi 5 anni sulla bolletta del riscaldamento dell’acqua.
Una pompa di calore ad acqua calda sanitaria che funziona a temperature ambiente medio sudafricane conservativelyprovide un risparmio medio annuo del 66% su qualsiasi sistema è collegato a. La fattura mensile Eskom peril mantenimento di questo sistema a 60°C sarà quindi R280. Supponendo un aumento annuale della tariffa elettrica del 10%, risparmieranno R41609 nei prossimi 5 anni sulla bolletta del riscaldamento dell’acqua.
CONCLUSIONI
I grafici qui sotto mostrano il risparmio che i diversi sistemi possono fornire per 150L, 200L e 300L acqua calda usageper giorno:
Uno scaldabagno istantaneo a gas a nostro avviso ha senso in luoghi dove non c’è elettricità disponibile.Il costo installato completato di un’unità adeguata è soltanto alcune migliaia di di meno che un piatto piano con il geyser e thesaving dal sistema solare è quasi doppio per uso dell’acqua calda 200L. Riscaldamento dell’acqua a gas non si preoccupa aboutEskom load-shedding, ma non tenere a mente che abbiamo avuto carenze di approvvigionamento di gas e che vi lascerà withcold acqua. Con scaldacqua di stoccaggio carico-spargimento non è normalmente un problema a meno che l’interruzione ultima formore di un giorno poiché l’acqua può rimanere caldo nel serbatoio per molto tempo e ri-riscaldamento utilizzando un electricalelement o pompa di calore richiede solo poche ore. Se usi 200L di acqua a 60°C al giorno 9kg di GPL dureranno solo 10 giorni e quindi dovrai pensare alla fornitura di gas e alla logistica. Scaldacqua a gas istantanei isalso grande backup per scaldacqua solari installati in luoghi senza connessione alla rete elettrica. Il gas heaterin tale installazione coprirà solo il deficit del sistema di riscaldamento dell’acqua solare.
Un elemento riscaldante solare fotovoltaico a nostro avviso ha senso solo quando il geyser si trova lontano dai pannelli solari come in un edificio a più piani. Le perdite termiche nelle tubazioni del normale sistema solare termico in tale installazione ridurranno l’uscita a un livello tale che il riscaldamento fotovoltaico potrebbe essere più conveniente. Le installazioni di Forstandard dove il geyser è all’interno dicono 10m dal pannello solare il sistema di piatto piano providea molto migliore ritorno su investimento. Un 3 x 330W installazione è leggermente più costoso di un 2. 4m2 piatto plateinstallation ma la piastra piana salverà R14k più oltre 5 anni nel nostro esempio. La maggior parte dei sistemi di elementi fotovoltaici solari vediamo installati sono completamente sottodimensionati ed è fatto da persone che stanno semplicemente cercando di farla franca con l’opzione possibile thecheapest. Un sistema termico fotovoltaico che vi darà quasi la stessa potenza di uscita di un 2.4m2 flatplate avrà bisogno di 5 x 330W pannelli fotovoltaici con conseguente un sistema costoso che richiede 10m2 di spazio del tetto nonshaded rivolto a nord. Se il cliente a un certo punto desidera installare un impianto elettrico fotovoltaico per diventare piùindipendente da Eskom, molto probabilmente non avrà abbastanza spazio sul tetto.
Un’altra grande preoccupazione per i sistemi di elementi fotovoltaici è l’attuale mancanza di regolamentazione degli impianti e delle attrezzature. I sistemi di elementi fotovoltaici funzionano a tensioni cc letali e installarlo a buon mercato e brutto potrebbe potenzialmente essere mortale.
Un sistema di riscaldamento solare termico fornirà un grande ritorno sull’investimento, ma è importante che sia installato correttamente. Purtroppo stiamo anche vedendo gli installatori che sono spinti per il prezzo di andare per undersizedsystems. Se ad esempio guardiamo l’esempio del sistema 200L utilizzando un collettore piatto piano ITS 2m2, il tuo risparmio sarà R26758 in 5 anni. Andando per il piatto piano leggermente più grande 2. 4m2 il vostro costo dell’installazione aumenterà byabout R400 ma il vostro risparmio in 5 anni aumenterà da R5797 a R32556. A 2.4m2 piatto piano è anche da nomeans troppo grande per un sistema di 150L e così un piatto piano di 2m2 è davvero senso solo per i sistemi più grandi whereyou richiedono più pannelli.
Una pompa di calore per acqua calda sanitaria fornirà il miglior risparmio in questo esempio. Un SUO 4.7 kW pompa di calore installazione vi costerà circa R5k più di un 2. 4m2 piastra piana di installazione, ma si tradurrà in un R9k bettersaving dopo 5 anni.
Un sistema solare può fornire un risparmio maggiore di una pompa di calore, ma per questo il sistema solare deve essere sovradimensionato e i modelli di utilizzo dell’acqua devono essere regolati. In genere è necessario raddoppiare il volume di acqua calda che whatyou avrebbe bisogno di un geyser elettrico normale o un sistema a pompa di calore. Tuttavia, nelle zone costiere come Città del Capol’irradiazione invernale è molto inferiore a quella estiva. Ciò significa che anche se il vostro sistema solare wassized per 100% del vostro utilizzo solare in estate si avrà solo circa la metà della potenza termica è necessario in inverno e l’elemento elettrico avrebbe bisogno di fare il resto. L’inverno è anche quando le persone usano l’acqua più calda e quindi una pompa di calore sarebbe quasi sempre una soluzione migliore in aree come Città del Capo.
I sistemi solari fotovoltaici e termici possono “raccogliere” energia solo mentre il sole splende. Il dimensionamento del sistema è fatto per darti una certa percentuale del tuo fabbisogno energetico al giorno che si basa su quanti litri di acqua calda usi al giorno. Se alcuni amici visitano e rimangono sopra l’acqua calda supplementare richiesta dovrà essere heatedusing Eskom. Con un sistema a pompa di calore, la pompa di calore continuerà semplicemente a riscaldare più acqua mentre si utilizza di più, fornendo circa il 66% di risparmio su qualsiasi cosa si utilizzi.
Per ottenere il massimo dal solare fotovoltaico e dai sistemi di riscaldamento solare termico è necessario utilizzarlo correttamente. Se youthen usa la maggior parte dell’acqua calda la sera avrai bisogno di Eskom per avere acqua calda al mattino. Se lei arenot usando molta acqua di mattina, il sistema solare sta riscaldando un serbatoio che è già quasi su temperatureand così Lei non userà tutta l’energia disponibile dal Suo sistema solare durante il giorno. Con una pompa di calore itmake nessuna differenza reale quando e come si utilizza l’acqua.