PV vs SOLARTHERMIE vs GAS vs WÄRMEPUMPE WASSERHEIZUNG

Die Stromkosten, die Stabilität des nationalen Netzes und das Bewusstsein für ein nachhaltiges Leben haben viele gezwungenverbraucher wenden sich zur Erwärmung von Wasser erneuerbaren Energietechnologien zu. Die nationalen Bauvorschriften aucherfordern, dass mindestens 50% der Warmwasserbereitung mit etwas anderem als einem elektrischen Element durchgeführt werden. Aber, wie bei vielen Produkten auf dem Markt, man kann erheblich widersprüchliche Ansprüche in Bezug auf die verschiedenen Technologien finden. Viele dieser Behauptungen sind nichts anderes als Marketing „bla“ und haben keine Fakten dahinter.
Bei ITS haben wir uns daher entschlossen, die wichtigsten Wasserheizungstechnologien und die erzielbaren Einsparungen zu beleuchten.

Ein HINTERGRUND ZU DEN TECHNOLOGIEN

Gas-Durchlauferhitzer verwenden Flüssiggas, um Wasser sofort zu erhitzen, und daher wird kein Geysir (Warmwasserspeicher) benötigt. 1 kg LPG „enthält“ 13,6 kWh Energie und kann daher 11,5 kWh Wärmeenergie erzeugen, wenn die Gasheizung einen durchschnittlichen Wirkungsgrad von 85% hat.
Solar PV wasser heizung element verwendet solar elektrische panels (PV panels) zu power eine elektrische heizung element.An elektrische element ist in der nähe 100% effiziente. Mit anderen Worten, wenn es sich um ein 1-kW-Element handelt, verbraucht es 1 kW Strom, um 1 kW Wärmeleistung zu erzeugen. Dieser Strom kommt jetzt von einem PV-Panel. PV-Module müssen nach Norden und in einem horizontalen Winkel installiert werden, der dem Breitengrad des Standorts entspricht. Schattierung so wenig wie 2% der panel oberfläche kann ergebnis in mehr als 50% panel outputreduction.
Die Effizienz der PV-Module liegen bei rund 17% (unter Laborbedingungen mit der Zelle bei 25°C). Im wirklichen Leben, wenn die Sonne auf die Zelle scheint, erwärmt sie sich und führt zu einer Abnahme der Ausgangsleistung von etwa 8% (0,4% / ° C bei 20 ° C). Die Alterung der Platten führt in der Regel zu einer maximalen Degradation von 2,5% im ersten Jahr und bis zu 10% in 10 Jahren. Als nächstes benötigen Sie einen MPPT, um eine optimale Energieübertragung von den Panels auf das Element zu gewährleisten. Ein sehr guter MPPT ist in der Regel etwa 95% effizient und daher verlieren Sie weitere 5% der verfügbaren Leistung.
Solarthermische Warmwasserbereiter nutzen die Strahlung der Sonne, um Wärme zu erzeugen. Die Größe des Sonnenkollektors wirdbestimmen Sie, wie viel Energie von der Sonne gesammelt werden kann. Wenn wir also zum Beispiel eine 2,4 m2 große Solaranlage an einen Geysir angeschlossen haben, kann dies uns am Ende eines warmen, sonnigen Tages 60 ° C Wasser geben, aber an kühleren Tagen mit weniger Sonnenschein kann es das Wasser möglicherweise nur auf 35 ° C erwärmen. Der Solarregler wird dann Eskom verwenden, um das Wasser auf 60 ° C zu erwärmen. Wenn wir ein Solarpanel haben, das nur halb so groß ist (1.2m2) würden wir nur die Hälfte derenergie und ein elektrisches Element müssen den Rest erledigen.
EINE gute qualität flache platte solar thermische kollektor hat eine effizienz von rund 73%. Die Leistung eines solarthermischen Kollektors hängt von der Temperaturdifferenz zwischen dem Wasser im Kollektor und der Umgebungstemperatur ab. Die Arbeit mit einem durchschnittlichen Temperaturdelta von 17,5 ° C (hea2ng-Wasser von 15 ° C bis 60 ° C bei 20 ° C) führt zu einer Reduzierung der Leistung um etwa 10%. Die Wärmeverluste an den isolierten Rohren, die das Solarpanel mit dem Geysir verbinden, betragen etwa 10 W / m.
Brauchwasser-Wärmepumpen verwendet eine kleine Menge an Strom, um eine Menge Energie aus thesurrounding Luft zu extrahieren. Eine Wärmepumpe nutzt also auch die Energie der Sonne, aber nur indirekt und kann so Tag und Nacht, Winter und Sommer arbeiten. Der Wirkungsgrad einer Wärmepumpe wird COP genannt. Ein COP-Wert von 4 bedeutet, dass die Wärmepumpe viermal so viel Wärmeenergie produziert wie elektrisch – mit anderen Worten eine Einsparung von 75% bei der Wasser-hea2ng-Rechnung.Leider hängt der COP einer Wärmepumpe von der Umgebungstemperatur und der Wassertemperatur ab, und so ist in einem praktischen Warmwassersystem mit einer gut konzipierten Wärmepumpe ein realistischer jährlicher COP-Wert 3 – mit anderen Worten eine Einsparung von 66% bei der Wasserheizungsrechnung.

EIN PRAKTISCHES BEISPIEL

Eine 4-köpfige Familie, die mäßig Wasser verwendet, verbraucht etwa 200 L heißes Wasser pro Tag. Um 200L Wasser von 15 ° C auf 60 ° C zu erhitzen, werden 10,4 kWh benötigt. Der stehende Verlust eines B-bewerteten Behälters 200L ist 1.6 kWh / Tag im Labor, aber ohne Installationsleitungen sind es typischerweise etwa 3,6 kWh / Tag. Daher beträgt der Gesamtenergiebedarf für das Warmwasser dieser Familie 14 kWh / Tag. Wenn sie R2 / kWh für Strom bezahlen, kostet ihre Wasserheizung themR840 / Monat. Unter der Annahme, dass Wasser hea2ng typischerweise 50% der gesamten Stromrechnung ausmacht, suchen wir hier in einer Familie, die etwa R1680 pro Monat für Strom ausgibt. Schauen wir uns nun an, was die verschiedenen Wasserheizungstechnologien können für sie tun.
Ein Gas-Durchlauferhitzer würde ihnen die Standverluste auf dem Geysir ersparen. Sie benötigen daher nur 10,4 kWh Wärmeenergie pro Tag. Mit einem durchschnittlichen Wirkungsgrad von 85% verbrennen sie 0,9 kg Gas pro day.At R23 / kg Die monatlichen Kosten betragen R624. Unter der Annahme einer jährlichen Erhöhung des Stromtarifs um 10% sowie einer jährlichen Erhöhung des Flüssiggaspreises um 10% werden sie in den nächsten 5 Jahren R16278 auf ihrer Wasserheizungsrechnung einsparen.Ein Solar-PV-Wasserheizelement-System, das typischerweise auf einem 200L Geysir installiert ist, besteht aus 3 x 330W oder 4 x 330WPV Panels. Wenn sie perfekt ausgerichtet sind, sollten wir theoretisch in der Lage sein, maximal etwa 5 Stunden 990W von den 3 x 330W Panels zu bekommen (Jahresdurchschnitt – Winter haben Sie weniger, weil die Sonnenstunden weniger sind und im Sommer haben Sie mehr, was leider nicht übereinstimmt, wenn die Leute das meiste heiße Wasser benutzen).Wir haben daher ein co2cal-Maximum von 4.95kWh, aber mit Panel-Temperatur-De-Rating, 1st year agingand MPPT, wird die Energie, die dem Element zur Verfügung steht, etwa 4.2kWh / Tag betragen. Die element controller willuse Eskom zu tun die rest der arbeit und erhalten die tank zu 60 °C (SANS 151 erfordert wasser zu gespeichert werden bei 60 °C forLegislation krankheit prävention). Die monatliche Eskom-Rechnung für die Einstellung dieses Systems auf 60 ° C beträgt R588. Unter der Annahme einer jährlichen Erhöhung des Stromtarifs um 10% werden sie in den nächsten 5 Jahren R18731 auf ihrer Wasserheizungsrechnung einsparen.Für das 4 x 330W-Panel-System wird die dem Element zur Verfügung stehende Leistung etwa 5,6 kWh / Tag betragen. Die monatliche Rechnung für die Beheizung dieses Systems auf 60 ° C beträgt R504. Unter der Annahme einer jährlichen Erhöhung des Stromtarifs um 10% sparen sie in den nächsten 5 Jahren R24974 auf ihrer Wasser-hea2ng-Rechnung.Das 3 x 330W-Panel-System benötigt eine nach Norden ausgerichtete, nicht beschattete Dachfläche von 6m2 und das 4 x 330W-Panel-system8m2. Ein solarthermisches Warmwasserbereitersystem, das typischerweise auf einem 200L-Geysir installiert ist, besteht aus einem 2,4 m2 großen Solarpanel (Flachplatte oder gleichwertiges evakuiertes Rohr). Aus den TÜV Rheinland Prüfberichten des ITS 2.4m2 Flat Plate Solarcollector geht hervor, dass er eine Wärmeleistung von rund 8 ergeben wird.7kWh für die gleichen 5 Stunden annualaverage nutzbares Sonnenlicht pro Tag, wie mit dem PV-Beispiel oben verwendet. De-Rating dies für Differenztemperaturverluste und 10m Installationsleitungen bleiben uns 7,3 kWh / Tag. Die monatliche Eskom-Rechnung für die Heizung diesersystem auf 60° C wird daher R402 sein. Unter der Annahme einer jährlichen Erhöhung des Stromtarifs um 10% sparen sie in den nächsten 5 Jahren R32556 auf ihrer Wasserheizungsrechnung.
Eine Warmwasser-Wärmepumpe, die bei durchschnittlichen südafrikanischen Umgebungstemperaturen arbeitet, wird konservativ eine jährliche durchschnittliche Einsparung von 66% für jedes System liefern, an das sie angeschlossen ist. Die monatliche Eskom-Rechnung fürDie Aufbewahrung dieses Systems bei 60 ° C beträgt daher R280. Unter der Annahme einer jährlichen Erhöhung des Stromtarifs um 10% sparen sie in den nächsten 5 Jahren R41609 auf ihrer Wasserheizungsrechnung.

SCHLUSSFOLGERUNGEN

Die folgenden Grafiken zeigen die Einsparung, die die verschiedenen Systeme für 150L, 200L und 300L Warmwasserverbrauch pro Tag bieten können:

Ein Gas-Durchlauferhitzer ist aus unserer Sicht dort sinnvoll, wo kein Strom zur Verfügung steht.Die fertig installierten Kosten einer richtigen Einheit sind nur ein paar Tausend weniger als eine flache Platte mit Geysir und die Einsparung von der Solaranlage ist fast doppelt für 200L Warmwasserverbrauch. Gas-Wasser-Heizung kümmert sich nicht umeskom Lastabwurf, aber denken Sie daran, dass wir Gasversorgungsengpässe hatten und das wird Sie mit kaltem Wasser verlassen. Bei Warmwasserspeichern ist der Lastabwurf normalerweise kein Problem, es sei denn, der Ausfall dauert mehr als einen Tag, da das Wasser im Tank sehr lange warm bleiben kann und das Nachheizen mit einem elektrischen Element oder einer Wärmepumpe nur wenige Stunden dauert. Wenn Sie 200L 60 ° C Wasser pro Tag verwenden, halten 9kg LPG nur 10 Tage und so müssen Sie über die Gasversorgung und Logistik nachdenken. Momentane Gas-Wasser-Heizungen isalso große Backup für Solar-Wasser-Heizungen an Orten ohne Stromnetzanschluss installiert. Die Gasheizungin einer solchen Anlage wird nur das Defizit der solaren Wasserheizung decken.

Ein Solar-PV-Wasserheizelement macht aus unserer Sicht nur dann Sinn, wenn der Geysir wie in einem mehrstöckigen Gebäude weit von den Solarpanels entfernt ist. Die thermischen Verluste in den Rohrleitungen der normalen solarthermischen Anlage in einer solchen Installation werden die Leistung auf ein solches Niveau reduzieren, dass die PV-Heizung kostengünstiger sein könnte. Bei Standardinstallationen, bei denen sich der Geysir innerhalb von etwa 10 m vom Solarpanel befindet, bietet das Flachplattensystem eine viel bessere Kapitalrendite. EINE 3 x 330W installation ist etwas teurer als eine 2,4m2 flache plateinstallation aber die flache platte wird sparen R14k mehr über 5 jahre in unserem beispiel. Die meisten Solar-PV-Elementsysteme, die wir installiert sehen, sind völlig unterdimensioniert und werden von Leuten gemacht, die einfach versuchen, mit der günstigsten möglichen Option davonzukommen. Ein PV-Wärmesystem, das Ihnen fast die gleiche Ausgangsleistung wie ein 2.4m2 Flatplate benötigt 5 x 330W PV-Module, was zu einem teuren System führt, das 10m2 nach Norden ausgerichteten, nicht schattierten Dachraum benötigt. Sollte der Kunde irgendwann eine PV-Anlage installieren wollen, um unabhängiger von Eskom zu werden, wird er höchstwahrscheinlich nicht mehr genügend Dachfläche haben.

Ein weiteres großes Problem bei PV-Elementsystemen ist die derzeitige mangelnde Regulierung der Anlagen undAusrüstung. PV-Elementsysteme arbeiten mit tödlichen Gleichspannungen und die Installation billig und böse könnte potentiell tödlich sein.

Ein solarthermisches Warmwasserbereitersystem bietet einen hohen Return on Investment, aber es ist wichtig, dass es korrekt installiert ist. Leider sehen wir auch Installateure, die für Preis gehen für undersizedsystems gedrängt werden. Wenn wir uns zum Beispiel das 200L-Systembeispiel mit einem ITS 2m2-Flachkollektor ansehen, wird Ihre Ersparnis R26758 über 5 Jahre betragen. Wenn Sie sich für die etwas größere 2.4m2 flache Platte entscheiden, erhöhen sich Ihre Installationskosten um etwa R400, aber Ihre Ersparnis über 5 Jahre erhöht sich um R5797 auf R32556. EIN 2.4m2 flache platte ist auch durch nomeans zu groß für ein 150L system und so eine 2m2 flache platte ist nur wirklich sinnvoll für größere systeme where you erfordern mehrere panels.

Eine Warmwasser-Wärmepumpe bietet in diesem Beispiel die beste Einsparung. Eine ITS 4.7kW Wärmepumpeinstallation kostet Sie etwa R5k mehr als eine 2.4m2 Flachplatteninstallation, führt aber nach 5 Jahren zu einer besseren R9k-Einsparung.

Eine Solaranlage kann eine größere Ersparnis bieten als eine Wärmepumpe, aber dafür muss die Solaranlage überdimensioniert und die Wasserverbrauchsmuster angepasst werden. In der Regel benötigen Sie doppelt so viel heißes Wasser wie für einen normalen elektrischen Geysir oder ein Wärmepumpensystem. In Küstengebieten wie Kapstadt ist die Winterbestrahlung jedoch viel geringer als die Sommerbestrahlung. Dies bedeutet, dass selbst wenn Ihr Solarsystem für 100% Ihres Solarverbrauchs im Sommer ausgelegt wäre, Sie nur etwa die Hälfte der Wärmeleistung haben, die Sie im Winter benötigen, und das elektrische Element den Rest erledigen müsste. Der Winter ist auch, wenn die Menschen am meisten heißes Wasser benutzen und so wäre eine Wärmepumpe fast immer eine bessere Lösung in Gebieten wie Kapstadt.

Solar-PV und thermische Systeme können nur Energie „ernten“, während die Sonne scheint. Die Systemauslegung erfolgt, um Ihnen einen bestimmten Prozentsatz Ihres Energiebedarfs pro Tag zu geben, der darauf basiert, wie viele Liter heißes Wasser Sie pro Tag verbrauchen. Wenn einige freunde besuchen und bleiben über die extra heißer wasser erforderlich müssen heatedusing Eskom. Mit einem Wärmepumpensystem erwärmt die Wärmepumpe einfach weiter mehr Wasser, wenn Sie mehr verbrauchen, und spart dabei rund 66% bei allem, was Sie verwenden.

Um das Beste aus Solar-PV- und solarthermischen Heizsystemen herauszuholen, müssen Sie es auch richtig verwenden. Wenn Sie den größten Teil des heißen Wassers am Abend verwenden, benötigen Sie Eskom, um morgens heißes Wasser zu haben. Wenn Sie morgens nicht viel Wasser verbrauchen, heizt die Solaranlage einen Tank auf, der bereits fast auf Temperatur ist, und Sie werden daher tagsüber nicht die gesamte Energie nutzen, die von Ihrer Solaranlage zur Verfügung steht. Mit einer Wärmepumpe itmake keinen wirklichen Unterschied, wann und wie Sie das Wasser verwenden.