L’escalfament solar tèrmic d’aigua és una cosa temperamental. L’aigua pesa molt, s’expandeix quan es congela i pot causar danys a l’escala a les canonades quan bull. Els sistemes solars tèrmics són meravellosament eficients i alguns sistemes funcionen bé durant dècades, però fins i tot necessiten una inspecció regular. No obstant això, quan falla un sistema solar tèrmic, es comença a destruir a si mateix i fa temps que queda clar que l’escalfament solar tèrmic de l’aigua no és el camí del futur, excepte per a un ús de calor molt baix, com les piscines.
Des de fa molt de temps, la saviesa és que l’avantatge d’eficiència relativa de la tecnologia solar tèrmica per escalfar l’aigua supera la comoditat de la calefacció elèctrica per aigua. La capacitat de la solar tèrmica per recollir més energia per peu quadrat significa que un sistema solar elèctric que alimenti un escalfador d’aigua elèctric convencional mai mai competirà amb un sistema solar tèrmic.
Recentment, però, les reduccions dels costos de l'energia solar (PV) i la maduració de la tecnologia de la bomba de calor aire-aigua han proporcionat un nou model: la calefacció d'aigua de la bomba de calor assistida solar-elèctrica (HPWH). HPWH té menys inconvenients que la solar tèrmica, amb un preu més baix per a aplicacions residencials.
La informació següent suposa l’ús d’un escalfador d’aigua amb bomba de calor amb un factor d’eficiència (EF de 2,5) i una potència nominal de 1.800 kWh a l’any, amb 1 a 1,3 kW de PV connectat a la xarxa afegit a la instal·lació o sistema existents en una regió on El PV produeix almenys 1.400 kWh / kW / any.
Avantatges PV
Cost inicial inferior: tenint en compte que els sistemes oberts de menor cost han demostrat que no són adequats per a la calefacció d’aigua domèstica, el cost instal·lat de la solar tèrmica s’ha de basar en un sistema de bucle tancat (glicol ordrainback), de dos tancs (o d’emmagatzematge sense plustank), completament instal·lat. El preu mitjà d’aquest sistema, dissenyat per a una família de quatre persones, oscil·la entre els 7.000 i els 10.000 dòlars abans dels incentius. L’escalfador d’aigua amb bomba de calor amb energia fotovoltaica costarà entre 1.000 i 2.000 dòlars per a la bomba de calor més mà d’obra i entre 3.500 i 6.000 dòlars per al PV addicional (a un sistema existent connectat a la xarxa), per tant un cost instal·lat total d’entre 5.000 i 8.500 dòlars abans d’incentius .
Més fàcil d’instal·lar: substituir un escalfador d’aigua per un altre dipòsit únic i afegir de tres a cinc mòduls addicionals a un sistema fotovoltaic és molt més fàcil que substituir un únic dipòsit per dos dipòsits i canalitzar el fluid de transferència de calor a panells pesats del terrat que s’han de provar i carregar a la pressió. després de la instal·lació. Això provoca menys oportunitats d'error d'instal·lació.
Utilitza menys espai: per evitar que el sistema solar tèrmic competeixi amb la font de reserva (que limita la fracció solar a aproximadament el 60%), es necessiten dos dipòsits: un per a la còpia de seguretat i un per al solar. És possible estalviar espai, amb una gran despesa, amb l’ús d’atanklessheater, sempre que el tanklesslessheater pugui modular el flux de calor fins a un punt molt baix, alhora que pugui satisfer la màxima demanda.
No necessita manteniment: el taló d’Aquil·les de la solar tèrmica és que, si el sistema deixa de funcionar, no deixa de produir energia: s’autodestrueix. Sense flux, els panells poden congelar-se o estancar-se i sobreescalfar-se (vegeu més avall). El controlador diferencial electrònic i les bomba (s) de circulador (s) s’han d’inspeccionar anualment per assegurar-se que funcionen correctament i que no ha començat cap balança ni corrosió que provoqui un error del sistema. També s'hauria de comprovar la canonada, especialment per als sistemes de drenatge en edificis antics que es poden assentar amb el pas del temps i atrapar el fluid a les línies. Aquestes inspeccions anuals han de ser realitzades per un professional i costaran la meitat de l’estalvi anual de gas.
No es pot congelar: atès que un panell solar tèrmic pot congelar-se a temperatures de fins a 42ºF, es requereix protecció per congelació a tota la zona continental dels EUA per als sistemes solars tèrmics. A excepció dels sistemes de drenatge, els sistemes de protecció contra congelació són "actius". Això significa que requereixen un dispositiu per funcionar en resposta a la baixa temperatura. Com a conseqüència, i atès que poques vegades es requereix que funcionin, les fallades de protecció contra congelacions són freqüents i catastròfiques, cosa que provoca danys a la matriu de col·lectors de milers de dòlars.
No es pot sobreescalfar: el sobreescalfament és un problema que sovint es passa per alt amb els sistemes solars tèrmics. Hi ha aproximadament el doble d’energia solar distribuïda al juliol que al gener. Per tant, qualsevol sistema que generi una diferència significativa en el cost de l'aigua calenta al gener tindrà un rendiment excessiu al juliol. Això provoca períodes d’estancament en què no s’utilitza la calor solar i no hi ha flux a través dels panells. En aquesta condició, els panells s'escalfaran a uns 400 ºF a l'interior. Això pot provocar danys i accelerar el deteriorament de les peces del col·lector. Hi ha sistemes de radiadors que s’han afegit als panells per mitigar aquest efecte, però no hi ha dades sòlides sobre la quantitat de radiador necessària per refredar un col·lector estancat en un dia calorós.
No s’acumulen escales: l’escala és l’enemic número 1 dels escalfadors d’aigua de qualsevol tipus. La calor fa que els sòlids dissolts precipitin de l’aigua on es recullen a la superfície calenta. Fins i tot amb l’ús d’un fluid de transferència al costat del col·lector, l’escala pot ser un problema amb l’intercanviador de calor en obstruir els tubs que travessa l’aigua per guanyar calor. Les temperatures més baixes que s’utilitzen per escalfar aigua amb una bomba de calor redueixen la tendència de l’escala a acumular-se al tanc.
100 fraccions percentuals assolibles: a causa dels capricis del temps i de la poca pràctica d’emmagatzemar grans volums d’aigua calenta, cap sistema solar tèrmic que ofereixi una percentabilitat de 100 pot tenir una fracció de 100 percentsolars. Els sistemes més ben valorats segons el protocol SRCC OG300 tenen una fracció solar del 90%. L’ús de fotovoltaic connectat a la xarxa com a font solar per a l’escalfador d’aigua de la bomba de calor permet al sistema “emmagatzemar” energia a la xarxa per utilitzar-la fins un any després. La comparació de preus anterior es basa en un sistema tèrmic amb una fracció del 80% en comparació amb un desplaçament del 100% de CV per a l’escalfament de l’aigua.
Gestió de la demanda de xarxa: tot i que l’escalfament d’aigua per bomba de calor afegeix una càrrega a la xarxa quan s’utilitza per substituir una unitat de gas o propà, el PV afegeix energia a la xarxa durant les hores punta de llum del dia on és més probable que la comunitat la necessiti. La majoria de l’aigua calenta domèstica s’utilitza a primera hora del matí i al vespre quan hi ha menys demanda elèctrica a tota la comunitat. Si la companyia utilitza aquest avantatge, també podria afegir la possibilitat de sobreescalfar l'escalfador d'aigua a través del comptador intel·ligent quan hi hagi excés d'electricitat a la xarxa. Utilitzat en conducció amb una vàlvula de mescla per protegir la casa de l’aigua escaldant, efectivament “bancs” d’aigua calenta i pot endarrerir la necessitat que s’activi la bomba de calor.
Sense emissions de CO2: qualsevol ús de gas natural o propà, independentment de la seva eficiència o de la seva qualitat, resulta en l’addició de CO2 a l’atmosfera, que és el factor de risc número 1 a què s’enfronta la civilització actualment. Un escalfador d’aigua amb bomba de calor alimentat (o compensat) pel 100% pel PV no contribueix a aquest problema.
Desavantatges
Eficiència neta de la xarxa v. Ús directe de gas: la presumpció estàndard en comparar l’ús de gas amb l’ús elèctric és que, després de tenir en compte les pèrdues de conversió i transmissió, es necessiten tres unitats d’energia de combustibles fòssils (gas, petroli, carbó) per lliurar una unitat de Per tant, la raó per la qual si el gas es pot subministrar fins al punt d’ús, és més eficient utilitzar el gas que l’electricitat. Com que la majoria d’escalfadors d’aigua amb combustibles fòssils només tenen un 60% percentual, aquest efecte és només la meitat significatiu segons sembla. A més, els escalfadors d’aigua amb combustibles fòssils no aprofiten les normes de cartera renovables que redueixen encara més la proporció de gas utilitzat respecte a l’electricitat subministrada.
Calència d’aire calent: l’eficiència de l’escalfador d’aigua de la bomba de calor depèn de la font de calor disponible que sol ser l’aire de l’espai on es col·loca l’escalfador. Instal·lat en espais no climatitzats en climes temperats, això no presenta cap problema. No obstant això, si l’espai del calentador d’aigua s’escalfa o cau per sota de 55º-60ºF gran part de l’any, caldrà l’element de còpia de seguretat i l’eficiència en ressentirà. Per contra, l'escalfador d'aigua de la bomba de calor refredarà i deshumidificarà l'espai on es troba. Pot ser una característica desitjable.
Més recent al mercat: tot i que la calefacció per aigua de la bomba de calor aire-aigua només utilitza conceptes provats, HPWH domèstic només ha tingut uns vint anys de desenvolupament al mercat de consum: el temps suficient per confiar en la seva eficiència i facilitat, però no prou llarg per ser generalitzat. Tot i que hi ha aproximadament cinc-cents models solars tèrmics i sis escalfadors d’aigua sense tanc (“instantanis”) reconeguts pel sistema Energy Star del DOE, actualment només hi ha 23 models HPWH reconeguts.
Pel que era, la tecnologia solar tèrmica va representar una millora. Encara té algunes aplicacions legítimes, fins i tot. No obstant això, la calefacció solar d'aigua a nivell domèstic presenta tants inconvenients innecessaris que és evident que el futur es troba en una altra direcció. El solar fotovoltaic és una font altament eficaç per a un sistema de calefacció d’aigua amb bomba de calor. Aviat, aquesta bomba de calor aigua-a-aigua pot estar disponible al mercat, però els sistemes aire-aigua actuals són la selecció òptima per a moltes llars, segons el clima i la configuració.