PV vs solar THERMAL vs GAS vs warmtepomp waterverwarming

de kosten van elektriciteit, de stabiliteit van het nationale net en het bewustzijn voor duurzaam leven hebben veelconsumenten gedwongen om gebruik te maken van hernieuwbare energietechnologie voor het verwarmen van water. De nationale bouwvoorschriften vereisen ook dat ten minste 50% van de waterverwarming wordt gedaan met iets anders dan een elektrisch element. Maar, zoals bij veel producten op de markt, kan men aanzienlijk tegenstrijdige beweringen met betrekking tot de verschillende technologieën vinden. Veel van deze beweringen zijn niets meer dan marketing “blah” en hebben geen feiten achter hen.bij ITS hebben we daarom besloten om te proberen enig licht te werpen op de belangrijkste waterverwarmingstechnologieën en de besparing die kan worden bereikt.

a BACKGROUND TO the TECHNOLOGIES

momentane gasboilers maken gebruik van LPG om water ogenblikkelijk te verwarmen en daarom is er geen geiser (warmwaterreservoir) nodig. 1kg LPG “bevat” 13,6 kWh energie en kan dus 11,5 kWh van de warmte produceren als de gasverwarmer een gemiddeld rendement van 85% heeft.zonne-PV – waterverwarmingselement maakt gebruik van zonne – elektrische panelen (PV-panelen) om een elektrische verwarming aan te drijven element.An elektrisch element is bijna 100% efficiënt. Met andere woorden, als het een element van 1kW is, verbruikt het 1kW elektriciteit om 1kW thermische output te produceren. Deze stroom komt nu van een PV-paneel. PV-panelen moeten naar het noorden gericht worden geïnstalleerd onder een horizontale hoek die gelijk is aan de breedtegraad van de locatie en het is van cruciaal belang dat er geen schaduw op het paneel is. Arcering slechts 2% van het paneel oppervlak kan resulteren in meer dan 50% Paneel outputreductie.de efficiëntie van de PV-panelen is ongeveer 17% (onder laboratoriumomstandigheden met de cel bij 25°C). In het echte leven met de zonneschijn op de cel zal het opwarmen en een afname van het uitgangsvermogen van ongeveer 8% veroorzaken (0,4%/°C met 20°CNOCT). De veroudering van de panelen zal doorgaans resulteren in een maximale degradatie van 2,5% in het eerste jaar en tot 10% in 10 jaar. Vervolgens heb je een MPPT nodig om een optimale krachtoverdracht van de panelen naar het element te garanderen. Een zeer goede MPPT is meestal ongeveer 95% efficiënt en daarom verliest u nog eens 5% van de Beschikbare stroom.warmwaterverwarmingstoestellen op zonne-energie gebruiken de straling van de zon om warmte op te wekken. De grootte van het zonnepaneel zal bepalen hoeveel energie kan worden verzameld van de zon. Dus als we bijvoorbeeld een 2, 4m2 zonnepaneel aan een geiser gekoppeld hebben, kan dit ons 60°C water geven aan het einde van een warme zonnige dag, maar tijdens koelere dagen met minder zon, kan het misschien alleen maar het water verwarmen tot 35°C. De solar controller zal dan Eskom gebruiken om het water te verwarmen tot 60°C. Als we een zonnepaneel hebben dat maar half zo groot is (1.2m2) we zouden maar de helft van de energie eruit halen en een elektrisch element zal de rest moeten doen.
Een vlakke thermische zonnecollector van goede kwaliteit heeft een rendement van ongeveer 73%. De output van een zonnethermelector de-rate gebaseerd op het temperatuurverschil tussen het water in de collector en de omgevingstemperatuur. Werken op een gemiddelde temperatuur delta van 17,5°C (hea2ng water van 15°C tot 60°C @20°Cambient) zal ongeveer 10% vermindering van de output. Leidingen thermische verliezen op de geïsoleerde leidingen connect2ng het zonnepaneel aan de geiser is ongeveer 10W/m.warmtepompen voor huishoudelijk warm water gebruiken een kleine hoeveelheid elektriciteit om veel energie uit de rondgaande lucht te halen. Een warmtepomp gebruikt dus ook de energie van de zon maar alleen indirect en kan dus dag en nacht, winter en zomer werken. De efficiëntie van een warmtepomp heet COP. Een COP-waarde van 4 betekent dat de warmtepomp vier keer zoveel thermische energie produceert als wat hij elektrisch gebruikt – met andere woorden een besparing van 75% op de waterdrukrekening.helaas is de COP van een warmtepomp afhankelijk van de omgevingstemperatuur en de watertemperatuur, zodat in een praktisch warmwatersysteem voor huishoudelijk gebruik dat gebruik maakt van een goed ontworpen warmtepomp, een realistische jaarlijkse COP – waarde 3 is-met andere woorden een besparing van 66% op de verwarmingsrekening van het water.

een praktisch voorbeeld

een familie van 4 die matig water gebruiken gebruikt ongeveer 200L warm water per dag. Voor het verwarmen van 200L water van 15°C tot 60°C is 10,4 kWh nodig. Het permanent verlies van een B-rated 200L tank is 1.6kWh / dag in het lab, maar metinstallatie leidingen inbegrepen is het meestal ongeveer 3,6 kWh / dag. Daarom is de totale energiebehoefte voor het warme water van deze familie 14kWh / dag. Als zij R2/kWh voor elektriciteit betalen, kost hun waterverwarming henr840 / maand. Ervan uitgaande dat water he2ng meestal 50% van de totale elektrische rekening uitmaakt, kijken we hier naar een familie die ongeveer R1680 per maand besteedt aan elektriciteit. Laten we nu kijken naar wat de verschillende waterverwarmingstechnologieën voor hen kunnen doen.een momentane gasboiler zou hen de permanente verliezen op de geiser besparen. Zij zullen daarom slechts 10,4 kWh thermische energie per dag nodig hebben. Met een gemiddeld rendement van 85% zullen ze 0,9 kg gas per day.At R23 / kg de maandelijkse kosten zijn R624. Uitgaande van een 10% jaarlijkse elektrische tariefverhoging evenals een 10% jaarlijkse LPG-prijsstijging zullen zij r16278 besparen in de komende 5 jaar op hun water verwarmingsrekening.een zonne-PV-waterverwarmingselement dat gewoonlijk op een 200L Geiser wordt geïnstalleerd, bestaat uit 3 x 330W of 4 x 330WPV-panelen. Als ze perfect geconfronteerd moeten we in theorie in staat zijn om een maximum van ongeveer 5 uur van 990Wout van de 3 x 330W panelen (jaargemiddelde – winter heb je minder omdat het zonlicht uren zijn minder enin de zomer heb je meer die helaas mismatched voor wanneer mensen het meest warm water gebruiken).We hebben dus een theore2cal maximum van 4,95 kWh maar met Paneel temperatuur de-rating, 1ste jaar aging en MPPT verliezen zal het vermogen beschikbaar voor het element rond 4,2 kWh/dag. De element controller zal Eskom gebruiken om de rest van het werk te doen en de tank te krijgen tot 60°C (SANS 151 vereist dat water wordt opgeslagen bij 60°C voor wetgeving ziektepreventie). De maandelijkse Eskom-rekening voor het krijgen van dit systeem tot 60°C zal R588 zijn. Uitgaande van een 10% jaarlijkse elektrische tariefverhoging zullen ze r18731 besparen in de komende 5 jaar op hun water verwarmingsrekening.Voor het paneelsysteem van 4 x 330W is het vermogen dat beschikbaar is voor het element ongeveer 5,6 kWh / dag. De monthlyEskom factuur voor het verwarmen van dit systeem tot 60°C zal R504. Uitgaande van een 10% jaarlijkse elektrische tariefverhoging zullen ze r24974 in de komende 5 jaar op hun water hea2ng bill.Het 3 x 330W paneel systeem vereist een op het noorden gerichte onbeschadigde dakruimte van 6m2 en het 4 x 330W Paneel systeem8m2. een warmwaterverwarmingssysteem op zonne-energie dat gewoonlijk op een geiser van 200 liter wordt geïnstalleerd, bestaat uit een zonnepaneel van 2,4m2 (platte plaat of gelijkwaardige geëvacueerde buis). Uit de TUV Rheinland testrapporten van de its 2, 4m2 platte plaat solarcollector blijkt dat deze een thermisch vermogen van ongeveer 8 zal leveren.7kWh voor dezelfde 5 uur jaarlijks gemiddeld bruikbaar zonlicht per dag als gebruikt met het PV voorbeeld hierboven. De-rating dit voor differentiële temperaturelosses en 10m van installatiepijpen blijven we over met 7,3 kWh / dag. De maandelijkse Eskom-rekening voor het verwarmen van dit systeem tot 60°C zal derhalve R402 zijn. Uitgaande van een 10% jaarlijkse elektrische tariefverhoging zullen ze besparen R32556over de komende 5 jaar op hun water verwarmingsrekening.een warmwaterpomp voor huishoudelijk gebruik die bij gemiddelde Zuid-Afrikaanse omgevingstemperaturen werkt, zal een jaarlijkse gemiddelde besparing van 66% opleveren op het systeem waarop hij is aangesloten. De maandelijkse Eskom-rekening voor het houden van dit systeem op 60°C zal daarom R280 zijn. Uitgaande van een 10% jaarlijkse elektrische tariefverhoging zullen ze r41609 in de komende 5 jaar op hun water verwarmingsrekening.

conclusies

onderstaande grafieken tonen de besparing die de verschillende systemen kunnen opleveren voor gebruik van warm water van 150 L, 200 L en 300 L per dag:

een momentane gasboiler is naar onze mening zinvol op plaatsen waar geen elektriciteit beschikbaar is.De voltooide geïnstalleerde kosten van een goede eenheid is slechts een paar duizend minder dan een vlakke plaat met geiser en de besparing van het zonnestelsel is bijna het dubbele voor 200L warm water gebruik. Gas waterverwarming geeft niets om het load-shedding van Eskom, maar houd er wel rekening mee dat we een tekort aan gasvoorziening hebben gehad en dat zal u met koud water achterlaten. Met boilers load-shedding is normaal gesproken geen probleem, tenzij de uitval duurt meer dan een dag, omdat het water warm kan blijven in de tank voor zeer lang en herverwarming met behulp van een elektrisch element of warmtepomp duurt slechts een paar uur. Als u 200L van 60°C water per dag gebruikt 9kg LPG zal u slechts 10 dagen duren en dus zult u moeten nadenken over de gaslevering en logistiek. Instantane gas boilers isook een geweldige back-up voor zonneboilers geïnstalleerd op locaties zonder elektrische aansluiting. De gas heaterin een dergelijke installatie zal alleen het tekort van de zonne-water verwarmingssysteem dekken.

Een zonne-PV-waterverwarmingselement heeft volgens ons alleen zin als de geiser ver van de zonnepanelen ligt, zoals in een gebouw met meerdere verdiepingen. De thermische verliezen in de leidingen van het normale zonnewarmtesysteem in een dergelijke installatie zullen de output verminderen tot een zodanig niveau dat de PV-verwarming kosteneffectiever zou kunnen zijn. Voor standaard installaties waar de geiser is binnen zeg 10m van het zonnepaneel de vlakke plaat systeem zal een veel betere return on investment. Een 3 x 330W installatie is iets duurder dan een 2.4m2 platte plaat installatie, maar de platte plaat bespaart R14k meer dan 5 jaar in ons voorbeeld. De meeste zonne-PV-elementen die we zien geïnstalleerd zijn volledig ondermaats en wordt gedaan door mensen die gewoon proberen weg te komen met de goedkoopste optie. Een PV thermisch systeem dat je bijna hetzelfde uitgangsvermogen geeft als een 2.4m2 flatplate heeft 5 x 330W PV panelen nodig, wat resulteert in een duur systeem dat 10m2 op het noorden gerichte niet-afgeschermde dakruimte vereist. Als de klant op een bepaald moment een PV-elektrisch systeem wil installeren om onafhankelijker van Eskom te worden, zal hij waarschijnlijk niet genoeg dakruimte over hebben.

Een andere grote zorg bij PV-elementsystemen is het huidige gebrek aan regulering van de installaties en apparatuur. PV-elementen werken bij dodelijke GELIJKSTROOMSPANNINGEN en het installeren van het goedkoop en vervelend kan mogelijk dodelijk zijn.

een warmwaterverwarmingssysteem op zonne-energie levert een groot rendement op, maar het is belangrijk dat het correct wordt geïnstalleerd. Helaas zien we ook installateurs die worden geduwd voor de prijs gaat voor ondermaatse systemen. Als we bijvoorbeeld kijken naar het 200L systeem voorbeeld met behulp van een its 2m2 platte plaat collector uw besparing zal R26758 over 5 jaar. Door te gaan voor de iets grotere 2.4m2 vlakke plaat uw installatiekosten zal toenemen met ongeveer R400 maar uw besparing over 5 jaar zal toenemen met R5797 tot R32556. Een 2.4m2 vlakke plaat is ook door nomeans te groot voor een 150L systeem en dus een 2m2 vlakke plaat is alleen echt zinvol voor grotere systemen waar u meerdere panelen nodig.

een warmwaterpomp voor huishoudelijk gebruik levert de beste besparing in dit voorbeeld. Een de 4,7 kW warmtepompinstallatie kost u ongeveer R5k meer dan een 2, 4m2 vlakke plaat installatie, maar zal resulteren in een r9k beter te besparen na 5 jaar.

een zonnestelsel kan een grotere besparing opleveren dan een warmtepomp, maar daarvoor moet het zonnestelsel te groot zijn en moeten de watergebruikspatronen worden aangepast. Meestal moet je het dubbele van het volume van warm water dat wat je nodig zou hebben voor een normale elektrische geiser of een warmtepompsysteem. In kustgebieden zoals Kaapstad is de winterbestraling echter veel lager dan in de zomer. Dit betekent dat zelfs als uw zonnestelsel wassized voor 100% van uw zonne-gebruik in de zomer heb je slechts ongeveer de helft van de thermische output die u nodig hebt in de winter en het elektrische element zou moeten doen de rest. De Winter is ook wanneer mensen het meest warm water gebruiken en dus zou een warmtepomp bijna altijd een betere oplossing zijn in gebieden als Kaapstad.

zonne-energie en thermische systemen kunnen alleen energie” oogsten ” terwijl de zon schijnt. Het systeem sizing wordt gedaan om u een bepaald percentage van uw energiebehoefte per dag, die is gebaseerd op hoeveel liter warmwater je gebruikt per dag. Als sommige vrienden bezoeken en blijven over de extra warm water nodig zal moeten worden verwarmd met behulp van Eskom. Met een warmtepompsysteem blijft de warmtepomp gewoon meer water verwarmen terwijl u meer gebruikt, terwijl u ongeveer 66% bespaart op wat u ook gebruikt.

om het maximale uit zonne-PV-en thermische verwarmingssystemen te halen, moet u het ook correct gebruiken. Als je ’s avonds het meeste warm water gebruikt, heb je Eskom nodig om’ s ochtends warm water te hebben. Als je ‘ s ochtends niet veel water gebruikt, verwarmt het zonnestelsel een tank die al bijna op temperatuur is en dus gebruik je niet alle beschikbare energie van je zonnestelsel gedurende de dag. Met een warmtepomp maakt het geen echt verschil wanneer en hoe je het water gebruikt.