PV vs solvärme vs GAS vs värmepump vattenuppvärmning
kostnaden för el, stabiliteten i det nationella nätet och medvetenheten om hållbart boende har tvingat mångakonsumenterna att vända sig till förnybar energiteknik för uppvärmning av vatten. De nationella byggbestämmelserna ocksåkräver att minst 50% av vattenuppvärmningen görs med något annat än ett elektriskt element. Men som med många produkter på marknaden kan man hitta betydligt motsägelsefulla påståenden när det gäller de olika teknikerna. Många av dessa påståenden är inget annat än marknadsföring ”bla” och har inga fakta bakom dem.
på ITS har vi därför beslutat att försöka sprida lite ljus över de viktigaste vattenuppvärmningsteknikerna och besparingarna som kan uppnås.
en bakgrund till teknologierna
momentana gasvattenberedare använder LPG för att värma vatten omedelbart och därför behövs ingen geyser (varmvattenlagringstank). 1 kg LPG ”innehåller” 13,6 kWh energi och kan därför producera 11,5 kWh avtermisk energi om gasvärmaren har en genomsnittlig effektivitet på 85%.
Solar PV vatten värmeelement använder sol elektriska paneler (PV paneler) för att driva en elektrisk uppvärmning element.An det elektriska elementet är nära 100% effektivt. Med andra ord, om det är ett 1KW-element kommer det att förbruka 1kW avelektricitet för att producera 1kw termisk effekt. Denna kraft kommer nu från en PV-panel. PV-paneler måste varainstallerad mot norr och i en horisontell vinkel lika med platsens Latitud och det är viktigt att det inte finns någon skuggning på panelen. Skuggning så lite som 2% av panelytan kan resultera i mer än 50% panelutgångreduktion.
effektiviteten hos PV-panelerna är cirka 17% (under laboratoriebetingelser med cellen vid 25 kcal C). I verkliga livet medsol skiner på cellen kommer det att värma upp och orsaka en minskning av uteffekten på ca 8% (0,4%/20 cnoct C / 20 cnoct c / c / c / c / c / c / c / c / c / c / c / c / c / c / c / c / c / c / c / c / c). Panelåldring kommer vanligtvis att resultera i en maximal nedbrytning av 2.5% under det första året och upp till 10% i 10years. Därefter behöver du en MPPT för att säkerställa optimal kraftöverföring från panelerna till elementet. En mycket goodMPPT är vanligtvis runt 95% effektiv och därför förlorar du ytterligare 5% av den tillgängliga effekten.
Solvärmevärmare använder strålningen från solen för att generera värme. Storleken på solpanelen kommer attbestämma hur mycket energi som kan samlas in från solen. Så om vi till exempel har en 2.4m2 solpanel som är ansluten till en gejser kan detta ge oss 60 kg C vatten i slutet av en varm solig dag, men under kallare dagarmed mindre solsken kan det bara värma vattnet till 35 kg C. solkontrollen använder sedan Eskom för att värma vattnet till 60 kg C. Om vi har en solpanel som bara är halva storleken (1.2m2) vi skulle bara få ut halvenergi och ett elektriskt element kommer att behöva göra resten.
en bra kvalitet platta solvärmeuppsamlare har en effektivitet på cirka 73%. Utsignalen från en solvärmekollektor de-rate baserat på temperaturskillnaden mellan vattnet i kollektorn och ambienttemperatur. Att arbeta på ett medeltemperaturdelta på 17,5 C (hea2ng vatten från 15 C till 60 C @20 C Cambient) ger ungefär 10% minskning av produktionen. Rörledningar termiska förluster på de isolerade rören connec2ng solpanelen till gejsern är ca 10w / m.
varmvatten Värmepumpar använder en liten mängd el för att utvinna mycket energi från omgivande luft. Så en värmepump använder också energin från solen men bara indirekt och så kan den fungera dag och natt, vinter och sommar. Effektiviteten hos en värmepump kallas COP. Ett COP-värde på 4 betyder attvärmepumpen producerar fyra gånger så mycket termisk energi som vad den använder elektriskt – med andra ord en 75% besparing på vattenhea2ng-räkningen.
tyvärr COP av en värmepump är beroende av omgivningstemperaturen och vattentemperaturenoch så, i en praktisk tappvarmvattensystem med hjälp av en väl utformad värmepump, en realistisk årlig COP valueis 3 – med andra ord en 66% besparing på vattnet uppvärmning räkningen.
ett praktiskt exempel
en familj på 4 som använder vatten måttligt använder cirka 200 liter varmt vatten per dag. För att värma 200L vatten från 15 cc60 CCB kräver 10,4 kWh. Den stående förlusten av en b-Klassad 200L tank är 1.6kWh / dag i labbet men med installationsrör ingår det vanligtvis runt 3,6 kWh/dag. Därför är det totala energibehovet för thisfamiljens varmvatten 14kWh / dag. Om de betalar R2 / kWh för el kostar deras vattenuppvärmning themR840 / månad. Förutsatt att vatten hea2ng typiskt utgör 50% av den totala elräkningen ser vi här på en familj som spenderar cirka R1680 per månad på El. Låt oss nu titta på vad de olika vattenuppvärmningarnateknik kan göra för dem.
en momentan gas varmvattenberedare skulle spara dem stående förluster på gejser. De kommer därför barabehöver 10,4 kWh termisk energi per dag. Med en 85% Genomsnittlig effektivitetsenhet kommer de att bränna 0,9 kg gas per day.At R23 / kg månadskostnaden blir R624. Om man antar en årlig elektrisk tullhöjning på 10% samt en årlig LPG-prisökning på 10% kommer de att spara R16278 under de kommande 5 åren på sin vattenuppvärmningsräkning.ett solcellsvattenvärmeelementsystem som vanligtvis installeras på en 200L geyser består av 3 x 330W eller 4 x 330wpv-paneler. Om de står perfekt inför borde vi i teorin kunna få högst 5 timmar av 990Wout av 3 x 330W – panelerna (årligt genomsnitt-vinter du kommer att ha mindre eftersom solljuset är mindre och på sommaren kommer du att ha mer som tyvärr inte matchar när människor använder mest varmt vatten).Vi har därför en theore2cal Max 4.95 kWh men med paneltemperatur de-rating, 1: A år agingand MPPT förluster den effekt som är tillgänglig för elementet kommer att vara runt 4.2 kWh/dag. Elementet controller willuse Eskom att göra resten av arbetet och få tanken att 60 CCB (SANS 151 kräver vatten som skall lagras vid 60 CCB för lagstiftning sjukdom förebyggande). Den månatliga Eskom-fakturan för att få detta system till 60 kcal C kommer att vara R588. Förutsatt A10% årlig elektrisk tullhöjning kommer de att spara R18731 under de kommande 5 åren på deras vattenuppvärmningsräkning.För 4 x 330W-panelsystemet kommer effekten som är tillgänglig för elementet att vara cirka 5, 6 kWh/dag. Den monthlyEskom räkningen för uppvärmning av detta system till 60 C kommer att vara r504. Om man antar en årlig elektrisk tullhöjning på 10% kommer de att spara R24974 under de kommande 5 åren på deras vatten hea2ng-räkning.3 x 330W-panelsystemet kräver ett norrläge oskuggat takutrymme på 6m2 och 4 x 330W-panelsystemet8m2.
ett solvärmesystem för varmvattenberedare som vanligtvis installeras på en 200L geyser består av en 2.4m2 solpanel (plattplatta eller motsvarande evakuerat rör). Från TUV Rheinland testrapporter från ITS 2.4m2 flat plate solarcollector kan man se att det kommer att ge en termisk effekt på cirka 8.7kWh för samma 5 timmar av annualaverage användbar solljus per dag som används med PV exemplet ovan. De-rating detta för differentialtemperaturförluster och 10m installationsrör vi är kvar med 7,3 kWh/dag. Den månatliga Eskom-fakturan för uppvärmning av dettasystemet till 60 kcal C kommer därför att vara R402. Om man antar en årlig elektrisk tullhöjning på 10% kommer de att spara R32556under de kommande 5 åren på sin vattenuppvärmningsräkning.en varmvatten värmepump som arbetar vid genomsnittliga Sydafrikanska omgivningstemperaturer kommer konservativt att ge en årlig genomsnittlig besparing på 66% på vilket system det är anslutet till. Den månatliga Eskom-fakturan för att hålla detta system vid 60 kcal C kommer därför att vara R280. Om man antar en årlig elektrisk tullhöjning på 10% kommer de att spara R41609 under de kommande 5 åren på deras vattenuppvärmningsräkning.
slutsatser
graferna nedan visar spara de olika systemen kan ge för 150L, 200L och 300L varmvatten usageper dag:
en momentan gasvattenberedare enligt vår uppfattning är meningsfull på platser där det inte finns någon el tillgänglig.Den färdiga installerade kostnaden för en riktig enhet är bara några tusen mindre än en platt platta med geyser och att spara från solsystemet är nästan dubbelt för 200L varmvattenanvändning. Gas vattenuppvärmning bryr sig inte about Eskom belastning-shedding men tänk på att vi har haft brist på gasförsörjning och som kommer att lämna dig withcold vatten. Med lagring varmvattenberedare belastning-shedding är normalt inte ett problem om avbrottet sista former än en dag eftersom vattnet kan hålla sig varm i tanken för mycket lång och åter uppvärmning med hjälp av en electricalelement eller värmepump tar bara några timmar. Om du använder 200L 60 C C vatten per dag 9 kg gasol kommer att pågå youonly 10 dagar och så du kommer att behöva tänka på gas och logistik. Momentana gasvattenberedare ärockså bra backup för solvattenberedare installerade på platser utan elnätanslutning. Gasvärmareni en sådan installation kommer endast att täcka bristen på solvattenvärmesystemet.
ett sol-PV-vattenvärmeelement är enligt vår mening endast meningsfullt när gejsaren ligger långt från solpanelerna som i en byggnad med flera våningar. De termiska förlusterna i rören i det normala solvärmesystemet i sådaninstallation kommer att minska produktionen till en sådan nivå att PV-uppvärmningen kan vara mer kostnadseffektiv. Forstandardinstallationer där gejsern ligger inom säg 10m från solpanelen kommer plattplattsystemet att ge en mycket bättre avkastning på investeringen. En 3 x 330W-installation är något dyrare än en 2.4m2 platt plattinstallation men den platta plattan sparar R14k mer över 5 år i vårt exempel. De flesta solcellselement systemvi ser installerade är helt underdimensionerade och görs av människor som helt enkelt försöker komma undan med det lägsta möjliga alternativet. Ett PV-termiskt system som ger dig nästan samma uteffekt som en 2.4m2 platta behöver 5 x 330W PV-paneler vilket resulterar i ett dyrt system som kräver 10m2 norrläge, icke-skuggat takutrymme. Om kunden i något skede vill installera ett PV-elsystem för att bli meroberoende från Eskom kommer han sannolikt inte att ha tillräckligt med takutrymme kvar.
ett annat stort problem med PV-elementsystem är den nuvarande bristen på reglering av installationerna och utrustningen. PV-elementsystem arbetar med dödliga likspänningar och installerar det billigt och otäckt kan potentiellt vara dödligt.
ett solvärmesystem kommer att ge en bra avkastning på investeringen men det är viktigt att det installeras korrekt. Tyvärr ser vi också installatörer som drivs för pris som går för undersizedsystems. Om vi till exempel tittar på 200L-systemexemplet med en 2M2 platt plattkollektor kommer din besparing att vara R26758 över 5 år. Genom att gå till den något större 2.4m2 platta plattan kommer din installationskostnad att öka byabout R400 men din besparing över 5 år kommer att öka med R5797 till R32556. A 2.4m2 platt platta är också av nomeans för stor för ett 150L-system och så är en 2m2 platt platta bara meningsfull för större system där du behöver flera paneler.
en varmvatten värmepump kommer att ge den bästa besparingen i detta exempel. En dess 4.7 kW värmepumpinstallation kommer att kosta dig om R5k mer än en 2.4m2 platt platta installation men kommer att resultera i en R9k bettersaving efter 5 år.
ett solsystem kan ge en större besparing än en värmepump men för det måste solsystemet överdimensioneras och vattenanvändningsmönster måste justeras. Vanligtvis behöver du dubbla volymen varmt vatten som vaddu skulle behöva för en vanlig elektrisk gejser eller ett värmepumpsystem. I kustområden som Kapstadenvinterbestrålningen är dock mycket lägre än sommarbestrålning. Det betyder att även om ditt solsystem wassized för 100% av din solanvändning på sommaren har du bara ungefär hälften av den termiska effekten du behöver på vintern och det elektriska elementet skulle behöva göra resten. Vintern är också när människor använder mest varmvatten och så en värmepump skulle nästan alltid vara en bättre lösning i områden som Kapstaden.
solceller och termiska system kan bara” skörda ” energi medan solen skiner. Systemstorleken görs för att ge dig en viss procentandel av ditt energibehov per dag vilket är baserat på hur många liter varmvatten du använder per dag. Om några vänner besöker och stannar över det extra heta vattnet som krävs måste värmas uppmed Eskom. Med ett värmepumpsystem fortsätter värmepumpen helt enkelt att värma mer vatten när du använder mer samtidigt som du sparar cirka 66% på vad du än använder.
för att få ut det mesta av solceller och solvärmesystem kräver du också att du använder den korrekt. Om du använder det mesta av varmvattnet på kvällen behöver du Eskom att ha varmt vatten på morgonen. Om du inte använder mycket vatten på morgonen värmer solsystemet en tank som redan är nästan på temperaturoch så kommer du inte att använda all energi som finns tillgänglig från ditt solsystem under dagen. Med en värmepump gör det ingen verklig skillnad när och hur du använder vattnet.