태양열 온수 난방은 변덕스러운 일입니다. 물은 무게가 많이 나가 얼면 팽창하고 끓을 때 배관에 스케일 손상을 일으킬 수 있습니다. 태양열 시스템은 놀랍도록 효율적이며 일부 시스템은 수십 년 동안 제대로 작동하지만 이러한 시스템도 정기적인 검사가 필요합니다. 그러나 태양열 시스템이 고장나면 자체적으로 파괴되기 시작하며, 태양열 온수 난방은 수영장과 같은 매우 낮은 열 사용을 제외하고는 미래의 방식이 아니라는 것이 얼마 동안 분명해졌습니다.
오랜 시간 동안 물 가열에 대한 태양열 기술의 상대적 효율성 이점이 전기 온수 난방의 편리함보다 더 크다는 것이 지혜였습니다. 평방 피트당 더 많은 에너지를 수집하는 태양열의 능력은 기존의 전기 온수기에 전력을 공급하는 태양열 전기 시스템이 태양열 시스템과 결코 경쟁할 수 없음을 의미합니다.
그러나 최근에 태양열 전기(PV) 비용의 감소와 공기 대 물 열 펌프 기술의 성숙은 태양열 전기 보조 열 펌프 물 가열(HPWH)이라는 새로운 모델을 제공했습니다. HPWH는 태양열보다 단점이 적고 주거용 애플리케이션의 경우 가격표가 더 낮습니다.
아래 정보는 효율 계수(EF 2.5) 및 연간 정격이 1,800kWh인 히트 펌프 온수기를 사용하는 것으로 가정하며 1~1.3kW의 계통 연계 PV가 기존 설비 또는 시스템에 추가된 지역의 시스템입니다. PV는 최소 1,400kWh/kW/년을 생산합니다.
PV 장점
초기 비용 절감: 저렴한 개방형 시스템이 가정용 온수 난방에 적합하지 않은 것으로 입증되었기 때문에 태양열 설치 비용은 폐쇄 루프(글리콜 ordrainback), 2 탱크(또는 저장 플러스 탱크가 없는) 시스템, 완전 설치되었습니다. 4인 가족용으로 설계된 이러한 시스템의 평균 가격은 인센티브 적용 전 $7,000에서 $10,000 사이입니다. PV로 구동되는 열 펌프 온수기는 열 펌프에 노동력을 더한 경우 $1,000~$2,000, 추가 PV(기존 계통 연결 시스템에 대해)에 대해 $3,500~$6,000의 비용이 소요되므로 인센티브를 적용하기 전에 총 설치 비용은 $5,000~$8,500입니다. .
더 쉬운 설치: 온수기를 다른 단일 탱크로 교체하고 PV 시스템에 3~5개의 추가 모듈을 추가하는 것은 단일 탱크를 2개의 탱크로 교체하고 압력 테스트 및 충전이 필요한 무거운 옥상 패널에 열 전달 유체를 배관하는 것보다 훨씬 쉽습니다. 설치 후. 그 결과 설치 프로그램 오류가 발생할 가능성이 줄어듭니다.
적은 공간 사용: 태양열 시스템이 백업 소스와 경쟁하지 않도록(태양열 비율을 약 60%로 제한) 두 개의 탱크가 필요합니다. 하나는 백업용이고 다른 하나는 태양열용입니다. 무탱크 히터가 최대 수요를 충족할 수 있는 동시에 매우 낮은 지점까지 열 흐름을 조절할 수 있는 한 무탱크 히터를 사용하여 많은 비용을 들여 공간을 절약할 수 있습니다.
유지 보수가 필요하지 않습니다.태양열의 아킬레스건은 시스템이 작동을 멈추면 에너지 생성에 실패하는 것이 아니라 자체적으로 파괴된다는 것입니다. 흐름이 없으면 패널이 얼거나 정체되어 과열될 수 있습니다(아래 참조). 전자식 차동 컨트롤러와 순환기 펌프는 제대로 작동하고 시스템 고장으로 이어질 스케일이나 부식이 시작되지 않았는지 확인하기 위해 매년 검사해야 합니다. 배관도 점검해야 합니다. 특히 오래된 건물의 배수 시스템은 시간이 지나면서 가라앉고 배관에 유체가 갇힐 수 있습니다. 이러한 연간 검사는 전문가가 수행해야 하며 연간 가스 절감 비용의 절반이 됩니다.
동결 불가:태양열 패널은 최고 42ºF의 온도에서 동결될 수 있으므로 미국 본토 전역에서 태양열 시스템의 동결 방지가 필요합니다. 배수 시스템을 제외하고 동결 방지 시스템은 "활성"입니다. 즉, 저온에 반응하여 작동하는 장치가 필요합니다. 결과적으로, 작동하는 데 거의 필요하지 않기 때문에 동결 방지 오류는 일반적이고 치명적이어서 수집기 어레이에 수천 달러의 손상이 발생합니다.
과열 불가: 과열은 태양열 시스템에서 자주 간과되는 문제입니다. 7월에 전달되는 태양 에너지는 1월에 비해 약 두 배입니다. 따라서 1월에 온수 비용이 크게 달라지는 시스템은 7월에 성능이 초과됩니다. 이로 인해 태양열을 사용하지 않고 패널을 통한 흐름이 없는 정체 기간이 발생합니다. 이 조건에서 패널은 내부에서 약 400ºF로 가열됩니다. 이는 손상을 초래하고 수집기 부품의 열화를 가속화할 수 있습니다. 이 효과를 완화하기 위해 패널에 추가된 라디에이터 시스템이 있지만 더운 날 정체된 수집기를 냉각하는 데 필요한 라디에이터의 양에 대한 확실한 데이터는 없습니다.
스케일 축적 없음: 스케일은 모든 유형의 온수기의 #1 적입니다. 열은 뜨거운 표면에 모이는 물에서 용해된 고체를 침전시킵니다. 수집기 측에 전달 유체를 사용하더라도 열을 얻기 위해 물이 흐르는 튜브를 막음으로써 열교환기에 스케일이 문제가 될 수 있습니다. 열 펌프로 물을 가열하는 데 사용되는 낮은 온도는 탱크에 스케일이 축적되는 경향을 줄입니다.
100퍼센트 태양열 분율 달성 가능: 날씨의 변화와 많은 양의 온수를 저장하는 비실용성으로 인해 100퍼센트 신뢰성을 제공하는 태양열 시스템은 100퍼센트 태양열 분율을 가질 수 없습니다. SRCC OG300 프로토콜에서 가장 높은 평가를 받은 시스템은 태양광 비율이 90%입니다. 열 펌프 온수기의 태양열 소스로 계통 연결 PV를 사용하면 시스템이 최대 1년 후에 사용할 수 있도록 계통에 전력을 "저장"할 수 있습니다. 위의 가격 비교는 태양열 분율이 80%인 열 시스템과 온수 난방을 위한 100% PV 오프셋을 기반으로 합니다.
그리드 수요 관리: 열 펌프 온수 난방은 가스 또는 프로판 장치를 교체하는 데 사용될 때 그리드에 부하를 추가하지만 PV는 지역 사회에서 가장 필요할 가능성이 높은 피크 일광 시간 동안 그리드에 전력을 추가합니다. 대부분의 가정용 온수는 지역사회 전체의 전기 수요가 적은 이른 아침과 저녁에 사용됩니다. 유틸리티가 이 이점을 사용하기로 선택하면 그리드에서 초과 전력을 사용할 수 있을 때 스마트 미터를 통해 온수기를 과열시키는 기능을 추가할 수도 있습니다. 뜨거운 물로부터 집을 보호하기 위해 혼합 밸브와 함께 전도에 사용되는 이 밸브는 뜨거운 물을 효과적으로 "저장"하고 열 펌프를 켜야 할 필요성을 지연시킬 수 있습니다.
CO2 배출 없음: 천연 가스 또는 프로판을 사용하면 효율성이나 비용에 관계없이 오늘날 문명이 직면한 #1 위험 요소인 대기에 CO2가 추가됩니다. PV에 의해 100% 전력이 공급되는(또는 상쇄되는) 히트 펌프 온수기는 이러한 문제에 기여하지 않습니다.
단점
순 그리드 효율성 대 직접 가스 사용: 가스 사용과 전기 사용을 비교할 때의 표준 가정은 변환 및 전송 손실을 고려한 후 1단위의 전력을 공급하는 데 3단위의 화석 연료 에너지(가스, 석유, 석탄)가 필요하다는 것입니다. 전기 에너지. 따라서 가스를 사용 지점까지 전달할 수 있다면 전기를 사용하는 것보다 가스를 사용하는 것이 더 효율적이라는 근거 보이는 것처럼 중요합니다. 또한 화석 연료 온수기는 공급되는 전기에 사용되는 가스의 비율을 추가로 줄이는 재생 가능 포트폴리오 표준을 활용하지 못합니다.
필요한 따뜻한 공기: 히트 펌프 온수기의 효율은 사용 가능한 열원(일반적으로 히터가 배치된 공간의 공기)에 따라 다릅니다. 온대 기후의 가열되지 않은 공간에 설치하면 문제가 없습니다. 그러나 온수기 공간이 연중 많이 가열되거나 55º-60ºF 아래로 떨어지면 백업 요소가 필요하고 효율성이 저하됩니다. 반대로 히트 펌프 온수기는 그것이 위치한 공간을 냉각시키고 제습합니다. 이것은 바람직한 기능일 수 있습니다.
최신 제품: 공랭식 히트 펌프 온수 난방은 검증된 개념만을 사용하지만 가정용 HPWH는 소비자 시장에서 약 20년 동안만 개발되었습니다. 그러나 널리 퍼질 만큼 길지는 않다. DOE의 Energy Star 시스템이 인정하는 태양열 모델은 약 500개, 탱크가 없는("즉석") 온수기는 600개 있지만 현재 인정되는 HPWH 모델은 23개뿐입니다.
그것이 무엇인지, 태양열 기술은 개선을 나타냅니다. 그것은 여전히 일부 합법적 인 응용 프로그램을 가지고 있습니다. 그러나 가정용 태양열 온수기는 불필요한 단점이 너무 많아 미래가 다른 방향에 있음이 분명합니다. 태양광 발전은 열 펌프 온수 시스템을 위한 매우 효과적인 공급원입니다. 머지 않아 물 대 물 열 펌프가 시장에 출시될 수 있지만 오늘날의 공기 대 물 시스템은 기후와 구성에 따라 많은 가정에 최적의 선택입니다.
