光伏优于太阳能热水吗？

最初发布在Hal Slater网站上。

太阳能热水是一种气质的东西。水的重量很大，结冰时会膨胀，沸腾时会引起水垢损坏。太阳能热系统效率极高，有些系统可以正常工作数十年，但即使是这些系统也需要定期检查。但是，当太阳能供热系统发生故障时，它将开始自毁，并且一段时间以来，人们已经很清楚，太阳能供热系统已不再是未来的发展之路，除了游泳池等低端热量的使用。

长期以来，人们一直认为，太阳能热技术用于水加热的相对效率优势远远超过了电热水的便利性。太阳热能每平方英尺收集更多能量的能力意味着，仅为常规电热水器供电的太阳能系统将永远无法与太阳能热系统竞争。

但是，最近，太阳能发电成本的降低和空对地热泵技术的成熟提供了一种新模式：太阳能辅助热泵水加热（HPWH）。与太阳能相比，HPWH的缺点更少，而住宅应用的价格却更低。

在2011年9月26日星期一在华盛顿特区举行的美国能源部2011年十项全能竞赛中，米德伯里学院房子的太阳能电池板将太阳能电池板和太阳能热水器组合在一起。（信用：Stefano Paltera /美国能源部太阳能十项全能

以下信息假定使用效率因子（EF）为2.5且每年额定功率为1800 kWh的热泵热水器，并且在以下地区的现有安装或系统中增加了1至1.3 kW并网光伏发电光伏发电量至少为1400 kWh / kW /年。

光伏优势

较低的前期成本–鉴于低成本的开放式系统已被证明不适合用于家庭热水，太阳能热能的安装成本应基于闭环（乙二醇或回油），两罐式（或存储加无水箱）系统，完全安装。这种为四口之家设计的系统的平均价格在扣除激励措施之前在7,000美元至10,000美元之间。光伏驱动的热泵热水器的热泵加人工成本在$ 1,000到$ 2,000之间，额外的PV（对于现有的并网系统）成本在$ 3,500到$ 6,000之间，因此，奖励前的总安装成本在$ 5,000到$ 8,500之间。

易于安装–用另一个单独的水箱替换热水器，并在光伏系统中增加三到五个附加模块，比用两个水箱替换单个水箱并将传热流体输送到必须经过压力测试和填充的重型屋顶板上要容易得多。安装后。这样会减少安装错误的机会。

使用更少的空间–为避免太阳能热系统与备用电源竞争（将太阳能比例限制在60％以内），需要两个水箱：一个用于备用，另一个用于太阳能。只要使用无罐加热器，只要将罐中的热量调节到非常低的水平，同时又能满足最大需求，就可以节省大量空间。

无需维护–太阳热能的致命弱点是，如果系统停止工作，它不仅会产生能量，还会自我毁灭。没有流动，面板可能会冻结或停滞以及过热（请参阅下文）。电子差速控制器和循环泵必须每年检查一次，以确保它们运转正常，并且没有结垢或腐蚀开始，不会导致系统故障。还应检查管道，特别是对于较老的建筑物中的排水系统，这些系统可能会随着时间的流逝而沉降并在管路中积存液体。这些年度检查必须由专业人员进行，并且将花费每年节省气体的一半。

无法冻结–由于太阳能热板可以在高达42ºF的温度下冻结，因此在美国大陆各地需要对太阳能热系统进行防冻保护。除回排系统外，防冻系统是“活动的”。这意味着他们需要一种能够响应低温的设备。结果，由于很少需要使用它们，因此防冻保护故障既常见又是灾难性的，导致对收集器阵列造成数千美元的损失。

不能过热–过热是太阳能热系统经常被忽视的问题。7月交付的太阳能大约是1月的两倍。因此，任何在1月份对热水成本产生重大影响的系统都将在7月份表现不佳。这导致停滞期，在此期间不使用太阳能，也没有流过面板的流量。在这种情况下，面板内部的温度将升高到约400ºF。这可能会导致损坏，并加速收集器部件的老化。面板上已添加了一些散热器系统以减轻这种影响，但是在炎热的天气中，没有多少数据可以用来冷却停滞的集热器。

没有积垢–积垢是任何类型热水器的第一大敌人。热量使溶解的固体从水中沉淀出来，并聚集在热的表面上。即使在集热器侧使用转移流体，通过堵塞水流经的管道以获取热量，结垢也可能成为热交换器的问题。用于通过热泵加热水的较低温度降低了水垢在水箱中堆积的趋势。

可获得100％的太阳能分数–由于天气的变化和存储大量热水的不现实性，没有100％可靠性的太阳能热系统可以拥有100％的太阳能分数。根据SRCC OG300协议获得最高评价的系统的太阳能比例为90％。将并网的PV用作热泵热水器的太阳能源，可以使系统在电网中“存储”电力以供一年后使用。上面的价格比较基于一个热力系统​​，该系统的太阳能百分含量为80％，而水加热的PV偏移量为100％。

电网需求管理–尽管当用热泵水代替燃气或丙烷装置时会给电网增加负荷，但光伏发电在高峰时段（白天最有可能被社区使用）为电网供电。当社区范围内的电力需求减少时，大多数家庭热水会在清晨和傍晚使用。如果公用事业选择使用此优势，则当电网上有可用电时，它还可增加通过智能电表使热水器过热的能力。与混合阀配合使用，可防止房屋被水烫伤，可有效地“蓄积”热水，并可以延迟打开热泵的时间。

无二氧化碳排放–不论使用何种天然气或丙烷，无论其效率或廉价程度如何，都会向大气中添加二氧化碳，这是当今文明面临的第一大风险因素。由PV 100％供电（或补偿）的热泵热水器对这一问题没有帮助。

缺点

净电网效率与直接用气量的比较–将用气量与用电量进行比较时的标准假设是，在考虑了转换和输电损失后，需要三单位的化石燃料能源（天然气，石油，煤炭）来输送一单位的能源。电能。因此，如果可以将气体输送到使用点，则使用该气体比使用电力更为有效。由于大多数化石燃料热水器的效率仅约60％，因此这种效果仅是表面效果的一半。此外，化石燃料热水器无法利用可再生能源投资组合标准，该标准进一步降低了天然气与所输送电能的比率。

需要暖空气–热泵热水器的效率取决于可用的热源，通常是放置加热器的空间中的空气。安装在温带气候的非加热空间中，这没有问题。但是，如果一年中大部分时间热水器空间被加热或降至55º-60ºF以下，则将需要备用元件，效率会受到影响。相反，热泵热水器将对其所在的空间进行冷却和除湿。这可能是理想的功能。

市场上的更新–尽管空气到水热泵热水仅使用了经过实践检验的概念，但是家用HPWH在消费市场上仅发展了大约20年：足够长的时间对其效率和易用性充满信心，但还不够长，无法广泛传播。尽管美国能源部的能源之星系统认可了大约五百种太阳能热模型和六百种无水箱（即热）热水器，但目前只有23种公认的HPWH模型。

噪音水平–由于热泵使用压缩机，空气源热泵需要风扇以确保足够的空气流过蒸发器，因此热泵热水器产生的噪声与现代冰箱一样多。与空气的热源问题一样，如果将设备放置在内部，则声音可能很小。

无论如何，太阳能热技术代表了一种进步。即使它仍然有一些合法的应用程序。但是，家庭级太阳能热水系统具有许多不必要的缺点，因此很明显，未来将朝着另一个方向发展。太阳能光伏是热泵水加热系统的高效资源。很快，水对水热泵可能会在市场上出售，但是根据气候和配置，当今的空气对水系统是许多家庭的最佳选择。

2013年9月9日–我在LinkedIn的许多讨论中发布了这篇文章的链接，这是迄今为止收到的最佳回复：

这是一个讨论，将拥有与读者一样多的意见。散热不良的一个原因是我们80年代的过去历史，当时带有冷冻阀或太阳阀的开环系统出现故障，系统冻结。然后，我们遇到了乙二醇停滞问题的实例，这些问题会变成酸性并变成类似于凝胶的凝胶状物质，从而堵塞了热交换器。在佛罗里达州，由于各种原因，我们看到了水质问题。从碳酸钙和铜腐蚀（从盐水侵入到淡水源）的结垢。通常，钙和氯不是住宅管道中的大问题，但是当您在开环系统中对水进行管道输送并通过可能停滞至250F的集水器时，可以显着加快反应速度。然而，我们现在有一些策略可以处理这些系统，即闭环回水系统。这些在管道和泵的布置上需要多加考虑，但设计合理的系统几乎无需维护。考虑使用具有终身保修的HTP不锈钢罐。排污系统中的铜吸收器收集器可以使用30年以上，因为您使用的是相同的水并且不会添加更多的污染物。此外，请考虑减少收集器的屋顶面积。我家有一个4.86kW光伏阵列，需要27个面板。我的热敏阵列是2qty 4×8面板，并产生相同的等效图像。为什么我要用电这样的珍贵和复杂的产品来加热水呢？两种技术的使用确实是最好的。关于热泵热水器，新数据表明，有一些重要的考虑因素，包括但不限于：1.。单元的重量，在某些情况下需要加固地板2。维护方面，它是带有过滤器的空调，需要更换3。不能将其放置在阻碍空气流动的墙壁旁边4。设计生活；虽然HVAC侧将像热泵一样持续使用15年，但实际耐用性仅与钢制储罐的寿命一样长。然后，在6到10年内，与使用SS的太阳能电池相比，您要进行昂贵的替换不生锈的水箱或使用简单的钢衬玻璃水箱的DX排水系统5。您需要添加一条冷凝水管线，如A / C系统。根据油箱在房屋中的位置，这可能并不总是很方便。它在炎热的气候下效果最佳。在北方地区，由于水温低，该单元的工作原理几乎像标准的电热水器，因为周围空气中的潜热能量不足以转移到水箱中的水上。这是同样的原因，即在北方气候中，热泵通常不用于空间供热，COP太低而无法传递热量。7。您要求谁服务？水管工不能维修HVAC系统。

最近有很多关于光伏驱动的电热水器的话题，但是为什么要采用一种可以产生多功能（电）产品并将其用于加热水的技术呢？对于那些阅读此评论的人来说，谢谢在您的时间里，请继续推动太阳能热水。

AET Solar，LLC工程和商业项目体育经理John L Alger