PV vs solar THERMAL vs GAS vs Heat Pump ogrzewanie wody

koszt energii elektrycznej, stabilność sieci krajowej i świadomość zrównoważonego życia zmusiły wielu konsumentów do zwrócenia się do technologii energii odnawialnej do podgrzewania wody. Krajowe przepisy budowlane wymagają również, aby co najmniej 50% ogrzewania wody odbywało się za pomocą czegoś innego niż element elektryczny. Ale, podobnie jak w przypadku wielu produktów na rynku, można znaleźć znacznie sprzeczne twierdzenia w odniesieniu do różnych technologii. Wiele z tych twierdzeń jest niczym więcej niż marketingowym ” bla ” i nie ma za nimi żadnych faktów.
w związku z tym postanowiliśmy spróbować rzucić nieco światła na główne technologie ogrzewania wody i oszczędności, które można osiągnąć.

tło technologii

chwilowe gazowe podgrzewacze wody wykorzystują LPG do natychmiastowego podgrzewania wody, dlatego nie jest potrzebny gejzer (zbiornik ciepłej wody). 1kg LPG „zawiera” 13,6 kWh energii i dlatego może wytworzyć 11,5 kWh energii cieplnej, jeśli Nagrzewnica gazowa ma średnią sprawność 85%.
element grzewczy solarny PV wykorzystuje panele słoneczne (panele fotowoltaiczne) do zasilania ogrzewania elektrycznego element.An element elektryczny jest blisko 100% sprawny. Innymi słowy, jeśli jest to element o mocy 1 kw, zużywa 1 kW energii elektrycznej, aby wytworzyć 1 kW mocy cieplnej. Ta moc pochodzi teraz z panelu fotowoltaicznego. Panele fotowoltaiczne muszą być zainstalowane od strony północnej i pod kątem poziomym równym szerokości geograficznej miejsca, a istotne jest, aby nie było cieniowania na panelu. Cieniowanie zaledwie 2% powierzchni panelu może skutkować ponad 50% zmniejszeniem wydajności panelu.
sprawność paneli fotowoltaicznych wynosi około 17% (w warunkach laboratoryjnych z ogniwem w temperaturze 25°C). W prawdziwym życiu, gdy świeci na ogniwie, nagrzeje się i spowoduje spadek mocy wyjściowej o około 8% (0,4%/°C przy 20°CNOCT). Starzenie się paneli zwykle powoduje maksymalną degradację 2,5% w pierwszym roku i do 10% w ciągu 10 lat. Następnie potrzebujesz MPPT, aby zapewnić optymalne przenoszenie mocy z paneli na element. Bardzo goodMPPT jest zwykle około 95% wydajny i dlatego tracisz kolejne 5% dostępnej mocy.
słoneczne podgrzewacze wody wykorzystują promieniowanie słoneczne do generowania ciepła. Rozmiar panelu słonecznego określi, ile energii można zebrać ze słońca. Tak więc, jeśli na przykład mamy panel słoneczny o powierzchni 2, 4m2 podłączony do gejzera, może to dać nam 60°C wody pod koniec ciepłego słonecznego dnia, ale podczas chłodniejszych dni z mniejszym nasłonecznieniem, może być tylko w stanie podgrzać wodę do 35 ° C. sterownik słoneczny użyje Eskom do ogrzania wody do 60°C. Jeśli mamy panel słoneczny, który jest tylko o połowę mniejszy (1.2m2) wyjmiemy tylko połowę energii, a element elektryczny będzie musiał zrobić resztę.
dobrej jakości płaski kolektor słoneczny ma sprawność około 73%. Wydajność kolektora słonecznego termicznegozakres zależy od różnicy temperatur między wodą w kolektorze a temperaturą otoczenia. Praca na delcie średniej temperatury 17,5°C (moc wody od 15°C do 60°C przy 20°Cambient) daje około 10% redukcję wydajności. Straty cieplne rurociągów na izolowanych przewodach łączących panel słoneczny z gejzerem wynoszą około 10W / m.
pompy ciepła ciepłej wody użytkowej wykorzystują niewielką ilość energii elektrycznej, aby wydobyć dużo energii z otaczającego powietrza. Tak więc pompa ciepła również wykorzystuje energię ze słońca, ale tylko pośrednio i może pracować w Dzień Iw Nocy, zimą i latem. Sprawność pompy ciepła nazywa się COP. Wartość COP wynosząca 4 oznacza, że pompa ciepła wytwarza cztery razy więcej energii cieplnej niż energia elektryczna – innymi słowy 75% oszczędności na rachunku za wodę.
niestety COP pompy ciepła jest zależny od temperatury otoczenia i temperatury wody, a więc w praktycznym systemie ciepłej wody użytkowej wykorzystującym dobrze zaprojektowaną pompę ciepła, realistyczna roczna wartość COP wynosi 3 – innymi słowy 66% oszczędności na rachunku za ogrzewanie wody.

praktyczny przykład

czteroosobowa rodzina, która umiarkowanie zużywa około 200L ciepłej wody dziennie. Do ogrzania 200L wody od 15°C do 60°C potrzeba 10,4 kWh. Strata stojąca zbiornika 200L klasy B wynosi 1.6kwh / dzień w laboratorium, ale z dołączonymi orurowaniami instalacyjnymi zwykle wynosi około 3,6 kWh / dzień. W związku z tym całkowite zapotrzebowanie na energię dla ciepłej wody użytkowej wynosi 14kWh/dobę. Jeśli płacą R2 / kWh za energię elektryczną, ich ogrzewanie wody kosztuje ich 840 / miesiąc. Zakładając, że woda hea2ng zwykle stanowi 50% całkowitego rachunku za energię elektryczną, szukamy tutaj rodziny, która wydaje około R1680 miesięcznie na energię elektryczną. Przyjrzyjmy się teraz, co mogą dla nich zrobić różne technologie ogrzewania wody.
chwilowy gazowy podgrzewacz wody oszczędziłby im strat stojących na gejzerze. Będą zatem zużywać tylko 10,4 kWh energii cieplnej dziennie. Przy 85% średniej sprawności spalą 0,9 kg gazu na day.At R23 / kg miesięczny koszt wyniesie R624. Zakładając roczny wzrost taryf elektrycznych o 10%, a także roczny wzrost cen LPG o 10%, zaoszczędzą R16278 w ciągu najbliższych 5 lat na rachunku za ogrzewanie wody.
system elementów grzejnych słonecznych PV zwykle instalowany na gejzerze 200L składa się z paneli 3 x 330W lub 4 x 330wpv. Jeśli są one idealnie skierowane, teoretycznie powinniśmy być w stanie uzyskać maksymalnie około 5 godzin 990 z paneli 3 x 330W (średnia roczna-zimą będziesz miał mniej, ponieważ godziny nasłonecznienia są mniejsze, a latem będziesz miał więcej, co niestety jest niedopasowane do tego, gdy ludzie używają najbardziej gorącej wody).Mamy zatem teoretyczną2cal maksimum 4.95 kWh, ale przy obniżeniu temperatury Panelu, 1-szym roku życia i stratach MPPT moc dostępna dla elementu wyniesie około 4.2 kWh / dzień. Kontroler elementów wykorzysta Eskom do wykonania reszty prac i doprowadzenia zbiornika do temperatury 60°C(SANS 151 wymaga przechowywania wody w temperaturze 60°C w celu zapobiegania chorobom zakaźnym). Miesięczny rachunek Eskom za doprowadzenie tego systemu do 60°C wyniesie R588. Zakładając roczny wzrost taryfy elektrycznej o 10%, zaoszczędzą R18731 w ciągu najbliższych 5 lat na rachunku za ogrzewanie wody.W przypadku systemu panelowego 4 x 330W moc dostępna dla elementu wyniesie około 5,6 kWh / dzień. Miesięczny rachunek za ogrzewanie tego systemu do 60°C wyniesie R504. Zakładając 10% roczny wzrost taryf elektrycznych, w ciągu najbliższych 5 lat zaoszczędzą R24974 na rachunku za wodę.System panelowy 3 x 330W wymaga od strony północnej nie zacienionego dachu o powierzchni 6m2, a system panelowy 4 x 330W 8m2.
słoneczny system podgrzewania wody termalnej zazwyczaj instalowany na gejzerze 200L składa się z panelu słonecznego o powierzchni 2, 4m2 (płaska lub równoważna rura ewakuacyjna). Z raportów z testów TUV Rheinland z solarcollector płaskiej płyty its 2, 4m2 widać, że da moc cieplną około 8.7kWh dla tych samych 5 godzin rocznie średnio użytecznego światła słonecznego dziennie, jak w powyższym przykładzie PV. De-rating to dla różnicowych temperatur i 10M rurociągów instalacyjnych pozostało nam 7,3 kWh / dzień. Miesięczny rachunek Eskom za ogrzewanie tego systemu do 60°C wyniesie zatem R402. Zakładając roczny wzrost taryfy elektrycznej o 10%, zaoszczędzą R32556 przez następne 5 lat na rachunku za ogrzewanie wody.
domowa pompa ciepła ciepłej wody użytkowej pracująca przy średnich Południowo-afrykańskich temperaturach otoczenia pozwoli zaoszczędzić średnio 66% rocznie na każdym systemie, do którego jest podłączona. Miesięczny rachunek Eskom dla tego systemu w temperaturze 60°C wyniesie zatem R280. Zakładając 10% roczny wzrost taryf elektrycznych, w ciągu najbliższych 5 lat zaoszczędzą R41609 na rachunku za ogrzewanie wody.

wnioski

poniższe wykresy pokazują, jak różne systemy mogą oszczędzać 150L, 200L i 300L ciepłej wody użytkowej:

chwilowy gazowy podgrzewacz wody naszym zdaniem ma sens w miejscach, w których nie ma prądu .Ukończony koszt instalacji odpowiedniej jednostki to tylko kilka tysięcy mniej niż płaska płyta z gejzerem, a oszczędzanie z układu słonecznego jest prawie podwójne przy zużyciu ciepłej wody 200L. Gazowe ogrzewanie wody nie dba o odprowadzanie obciążenia, ale należy pamiętać, że mieliśmy braki w dostawach gazu i to pozostawi cię z zimną wodą. W przypadku akumulacyjnych podgrzewaczy wody zrzucanie obciążenia zwykle nie stanowi problemu, chyba że przerwa trwa dłużej niż jeden dzień, ponieważ woda może pozostać ciepła w zbiorniku przez bardzo długi czas, a ponowne ogrzewanie za pomocą elektrycznej pompy ciepła lub pompy ciepła zajmuje tylko kilka godzin. Jeśli używasz 200L wody o temperaturze 60°C dziennie 9kg LPG wystarczy Ci tylko 10 dni, więc będziesz musiał pomyśleć o dostawie gazu i logistyce. Chwilowe gazowe podgrzewacze wody są również doskonałym zapasem Dla słonecznych podgrzewaczy wody zainstalowanych w miejscach bez podłączenia do sieci elektrycznej. Podgrzewacz gazowyw takiej instalacji pokryje tylko niedobór słonecznego systemu podgrzewania wody.

solarny element grzewczy PV w naszym przekonaniu ma sens tylko wtedy, gdy gejzer znajduje się z dala od solarpaneli, jak w wielopiętrowym budynku. Straty cieplne w rurociągach normalnego słonecznego systemu termicznego w instalacji suchan zmniejszą wydajność do takiego poziomu, że ogrzewanie fotowoltaiczne może być bardziej opłacalne. Dla standardowych instalacji, w których gejzer znajduje się w odległości powiedzmy 10 m od panelu słonecznego, system płaskich płyt zapewni znacznie lepszy zwrot z inwestycji. Instalacja 3 x 330W jest nieco droższa niż instalacja płaskiej płyty 2, 4m2, ale w naszym przykładzie płaska płyta pozwoli zaoszczędzić R14k więcej niż 5 lat. Większość systemów słonecznych elementów PV widzimy zainstalowane są całkowicie niewymiarowe i jest wykonywana przez ludzi, którzy po prostu próbują uciec z thenaj możliwą opcją. System termiczny PV, który daje prawie taką samą moc wyjściową jak 2.Płaska płyta o powierzchni 4 m2 będzie wymagała paneli fotowoltaicznych 5 x 330 W, co skutkuje drogim systemem, który wymaga 10 m2 powierzchni dachowej nie zacienionej od strony północnej. Jeśli klient na pewnym etapie będzie chciał zainstalować instalację elektryczną PV, aby stać się bardziej niezależnym od Eskom, najprawdopodobniej nie będzie miał wystarczającej przestrzeni dachowej.

kolejnym dużym problemem związanym z systemami elementów fotowoltaicznych jest obecny brak regulacji instalacji i wyposażenia. Systemy elementów fotowoltaicznych działają na śmiertelnych napięciach DC, a ich instalacja tania i paskudna może potencjalnie być śmiertelna.

system solarnego podgrzewacza wody zapewni duży zwrot z inwestycji, ale ważne jest, aby był prawidłowo zainstalowany. Niestety widzimy również instalatorów, którzy są naciskani na ceny idące za niewymiarowe systemy. Jeśli na przykład przyjrzymy się przykładowi systemu 200L przy użyciu kolektora płaskiego ITS 2m2, Twoje oszczędności będą r26758 w ciągu 5 lat. Wybierając nieco większą płaską płytę 2,4 m2, koszt instalacji wzrośnie o około R400, ale oszczędność w ciągu 5 lat wzrośnie o R5797 do R32556. A 2.Płaska płyta 4m2 jest również przez nomeans zbyt duża na system 150L, więc płaska płyta 2m2 ma sens tylko w przypadku większych systemów, w których wymaga się wielu paneli.

domowa pompa ciepła zapewni najlepszą oszczędność w tym przykładzie. Instalacja pompy ciepła ITS o mocy 4,7 kW będzie kosztować około R5k więcej niż instalacja z płaską płytą 2, 4m2, ale spowoduje lepsze oszczędzanie R9k po 5 latach.

Układ Słoneczny może zapewnić większe oszczędności niż pompa ciepła, ale w tym celu układ słoneczny musi być zbyt duży, a wzorce zużycia wody muszą być dostosowane. Zazwyczaj potrzebujesz podwójnej objętości gorącej wody, którą potrzebowałbyś do normalnego gejzera elektrycznego lub systemu pompy ciepła. Jednak na obszarach przybrzeżnych, takich jak Kapsztad, napromieniowanie zimowe jest znacznie niższe niż napromieniowanie letnie. Oznacza to, że nawet jeśli twój układ słoneczny został dostosowany do 100% zużycia energii słonecznej w lecie, będziesz miał tylko około połowę mocy cieplnej, jakiej potrzebujesz w zimie, a element elektryczny musiałby zrobić resztę. Zima jest również wtedy, gdy ludzie używają najbardziej gorącej wody, więc pompa ciepła prawie zawsze byłaby lepszym rozwiązaniem w obszarach takich jak Kapsztad.

systemy fotowoltaiczne i cieplne mogą „pobierać” energię tylko wtedy, gdy świeci słońce. Dobór systemu odbywa się, aby zapewnić określony procent zapotrzebowania na energię dziennie, który jest oparty na liczbie litrów gorącej wody dziennie. Jeśli niektórzy przyjaciele odwiedzą i zatrzymają się nad dodatkową wymaganą ciepłą wodą, będą musieli ją ogrzać za pomocą Eskom. Dzięki systemowi pompy ciepła Pompa ciepła będzie po prostu kontynuować podgrzewanie większej ilości wody, podczas gdy zużywasz więcej, zapewniając około 66% oszczędności na tym, czego używasz.

aby uzyskać jak najwięcej z fotowoltaicznych systemów fotowoltaicznych i słonecznych systemów grzewczych również wymagają prawidłowego użytkowania. Jeśli młodzież zużywa większość gorącej wody wieczorem, będziesz potrzebować Eskom, aby mieć gorącą wodę rano. Jeśli nie używasz dużej ilości wody rano, układ słoneczny ogrzewa zbiornik, który jest już prawie na temperaturzei więc nie wykorzystasz całej energii dostępnej z układu słonecznego w ciągu dnia. Z pompą ciepła nie ma prawdziwej różnicy, kiedy i w jaki sposób korzystasz z wody.