การทำน้ำร้อนด้วยความร้อนจากแสงอาทิตย์เป็นสิ่งที่เจ้าอารมณ์ น้ำมีน้ำหนักมาก มันจะขยายตัวเมื่อเย็นตัว และอาจทำให้ท่อเสียหายจากการปรับขนาดเมื่อเดือด ระบบระบายความร้อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์มีประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม และบางระบบก็ใช้งานได้ดีมานานหลายทศวรรษ แต่ระบบเหล่านี้ยังต้องได้รับการตรวจสอบเป็นประจำ อย่างไรก็ตาม เมื่อระบบความร้อนจากแสงอาทิตย์ล้มเหลว มันจะทำลายตัวเอง และเป็นที่แน่ชัดมาระยะหนึ่งแล้วว่าการทำน้ำร้อนจากแสงอาทิตย์ไม่ใช่หนทางแห่งอนาคต ยกเว้นการใช้ความร้อนต่ำมาก เช่น สระว่ายน้ำ
เป็นเวลานานแล้วที่ภูมิปัญญาได้รับว่าข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพสัมพัทธ์ของเทคโนโลยีความร้อนจากแสงอาทิตย์สำหรับการทำน้ำร้อนมากกว่าความสะดวกในการทำน้ำร้อนไฟฟ้า ความสามารถของความร้อนจากแสงอาทิตย์ในการรวบรวมพลังงานเพิ่มเติมต่อตารางฟุตหมายความว่าระบบไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ที่ให้พลังงานกับเครื่องทำน้ำอุ่นไฟฟ้าแบบธรรมดาเพียงอย่างเดียวจะไม่สามารถแข่งขันกับระบบระบายความร้อนด้วยแสงอาทิตย์ได้
อย่างไรก็ตาม เมื่อเร็ว ๆ นี้ การลดต้นทุนการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ (PV) และการเติบโตของเทคโนโลยีปั๊มความร้อนจากอากาศสู่น้ำได้ทำให้เกิดรูปแบบใหม่: เครื่องทำน้ำร้อนด้วยปั๊มความร้อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ (HPWH) HPWH มาพร้อมกับข้อเสียน้อยกว่าความร้อนจากแสงอาทิตย์ โดยมีป้ายราคาที่เล็กกว่าสำหรับการใช้งานในที่พักอาศัย
ข้อมูลด้านล่างถือว่าใช้เครื่องทำน้ำอุ่นแบบปั๊มความร้อนที่มีปัจจัยด้านประสิทธิภาพ (EF 2.5) และอัตรา 1,800 kWh ต่อปี โดยเพิ่ม PV แบบผูกกับกริด 1 ถึง 1.3 กิโลวัตต์ในการติดตั้งหรือระบบที่มีอยู่ในภูมิภาคที่ PV ผลิตไฟฟ้าอย่างน้อย 1,400 kWh/kW/ปี
ข้อดีของ PV
ค่าใช้จ่ายล่วงหน้าที่ต่ำกว่า: เนื่องจากระบบเปิดที่มีต้นทุนต่ำกว่าได้พิสูจน์แล้วว่าไม่เหมาะสมสำหรับการทำน้ำร้อนในประเทศ ต้นทุนการติดตั้งของความร้อนจากแสงอาทิตย์ควรขึ้นอยู่กับระบบวงปิด (ไกลคอล ordrainback) สองถัง (หรือการจัดเก็บ plustankless) อย่างเต็มที่ ติดตั้ง ราคาเฉลี่ยสำหรับระบบดังกล่าว ซึ่งออกแบบมาสำหรับครอบครัวสี่คน อยู่ระหว่าง 7,000 ถึง 10,000 ดอลลาร์ ก่อนมีสิ่งจูงใจ เครื่องทำน้ำอุ่นแบบปั๊มความร้อนแบบใช้พลังงาน PV จะมีราคาระหว่าง 1,000 ถึง 2,000 ดอลลาร์สำหรับปั๊มความร้อนพร้อมค่าแรง และระหว่าง 3,500 ถึง 6,000 ดอลลาร์สำหรับ PV เพิ่มเติม (สำหรับระบบที่ผูกกับกริดที่มีอยู่) ดังนั้นต้นทุนการติดตั้งทั้งหมดระหว่าง 5,000 ถึง 8,500 ดอลลาร์สหรัฐฯ ก่อนมีแรงจูงใจ .
ติดตั้งง่ายกว่า: การเปลี่ยนเครื่องทำน้ำอุ่นด้วยถังเดียวและเพิ่มโมดูลเพิ่มเติมสามถึงห้าโมดูลให้กับระบบ PV ง่ายกว่าการเปลี่ยนถังเดียวด้วยถังสองถังและท่อส่งของเหลวถ่ายเทความร้อนไปยังแผงหลังคาหนักที่ต้องผ่านการทดสอบแรงดันและชาร์จ หลังการติดตั้ง ส่งผลให้มีโอกาสเกิดข้อผิดพลาดในการติดตั้งน้อยลง
ใช้พื้นที่น้อยลง:เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้ระบบความร้อนจากแสงอาทิตย์แข่งขันกับแหล่งสำรอง (ซึ่งจำกัดเศษส่วนของแสงอาทิตย์ไว้ที่ประมาณ 60%) จำเป็นต้องมีถังสองถัง: หนึ่งถังสำหรับสำรองและอีกถังสำหรับพลังงานแสงอาทิตย์ เป็นไปได้ที่จะประหยัดพื้นที่โดยเสียค่าใช้จ่ายมากด้วยการใช้ atanklessheater ตราบเท่าที่ thetanklessheater สามารถปรับการไหลของความร้อนลงไปยังจุดที่ต่ำมากในขณะที่ยังสามารถตอบสนองความต้องการสูงสุดได้อีกด้วย
ไม่ต้องการการบำรุงรักษา: จุดอ่อนของความร้อนจากแสงอาทิตย์คือหากระบบหยุดทำงาน ระบบจะไม่เพียงแค่ผลิตพลังงานล้มเหลวเท่านั้น แต่ยังตั้งค่าเกี่ยวกับการทำลายตัวเองด้วย แผงอาจหยุดนิ่งหรือนิ่งและร้อนเกินไป (ดูด้านล่าง) หากไม่มีการไหล ตัวควบคุมดิฟเฟอเรนเชียลแบบอิเล็กทรอนิกส์และปั๊มหมุนเวียนต้องได้รับการตรวจสอบทุกปีเพื่อให้มั่นใจว่าทำงานได้อย่างถูกต้องและไม่มีระดับหรือการกัดกร่อนเริ่มต้นขึ้นที่จะนำไปสู่ความล้มเหลวของระบบ ควรตรวจสอบท่อด้วย โดยเฉพาะ fordrainbacksystems ในอาคารเก่าที่อาจตกตะกอนเมื่อเวลาผ่านไปและดักจับของเหลวในท่อ การตรวจสอบประจำปีเหล่านี้ต้องดำเนินการโดยผู้เชี่ยวชาญ และจะมีค่าใช้จ่ายครึ่งหนึ่งของการประหยัดก๊าซรายปี
ไม่สามารถแช่แข็งได้: เนื่องจากแผงระบายความร้อนด้วยแสงอาทิตย์สามารถแช่แข็งที่อุณหภูมิสูงถึง 42 องศาฟาเรนไฮต์ จึงจำเป็นต้องมีระบบป้องกันความเย็นทั่วทั้งแผ่นดินใหญ่ของสหรัฐอเมริกาสำหรับระบบระบายความร้อนด้วยแสงอาทิตย์ ยกเว้นระบบระบายน้ำ ระบบป้องกันการแช่แข็งจะ "ทำงานอยู่" ซึ่งหมายความว่าพวกเขาต้องการอุปกรณ์เพื่อตอบสนองต่ออุณหภูมิต่ำ ผลที่ตามมา และเนื่องจากแทบไม่มีความจำเป็นในการทำงาน ความล้มเหลวในการป้องกันการแช่แข็งจึงเกิดขึ้นได้บ่อยและเป็นหายนะ ส่งผลให้เกิดความเสียหายหลายพันดอลลาร์ต่ออาร์เรย์ของตัวรวบรวม
ไม่สามารถทำให้ร้อนมากเกินไป:ความร้อนสูงเกินไปเป็นปัญหาที่มักถูกมองข้ามกับระบบระบายความร้อนด้วยแสงอาทิตย์ มีการส่งมอบพลังงานแสงอาทิตย์มากเป็นสองเท่าในเดือนกรกฎาคมเมื่อเทียบกับเดือนมกราคม ดังนั้นระบบใด ๆ ที่จะสร้างความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในราคาน้ำร้อนในเดือนมกราคมจะมีประสิทธิภาพมากเกินไปในเดือนกรกฎาคม ส่งผลให้เกิดช่วงซบเซาซึ่งไม่มีประโยชน์สำหรับความร้อนจากแสงอาทิตย์และไม่มีการไหลผ่านแผง ภายใต้เงื่อนไขนี้ แผงจะมีความร้อนภายในประมาณ 400 องศาฟาเรนไฮต์ ซึ่งอาจส่งผลให้เกิดความเสียหายและเร่งการเสื่อมสภาพของชิ้นส่วนสะสม มีระบบหม้อน้ำที่เพิ่มเข้าไปในแผงเพื่อลดผลกระทบนี้ แต่ไม่มีข้อมูลที่แน่ชัดว่าต้องใช้หม้อน้ำมากแค่ไหนในการทำให้ตัวสะสมที่หยุดนิ่งในวันที่อากาศร้อน
ไม่มีการสร้างสเกล: เครื่องชั่งเป็นศัตรูอันดับ 1 ของเครื่องทำน้ำอุ่นทุกประเภท ความร้อนทำให้ของแข็งที่ละลายน้ำตกตะกอนจากน้ำที่สะสมอยู่บนผิวที่ร้อน แม้จะมีการใช้ของเหลวถ่ายเทที่ด้านตัวสะสม ตะกรันอาจเป็นปัญหากับตัวแลกเปลี่ยนความร้อนโดยการอุดตันท่อที่น้ำไหลผ่านเพื่อให้ได้รับความร้อน อุณหภูมิที่ต่ำกว่าที่ใช้ทำน้ำร้อนด้วยปั๊มความร้อนช่วยลดแนวโน้มที่จะเกิดตะกรันในถัง
เศษส่วนแสงอาทิตย์ที่ทำได้ 100 เปอร์เซ็นต์: เนื่องจากสภาพอากาศแปรปรวนและการเก็บน้ำร้อนปริมาณมากทำไม่ได้จริง ระบบระบายความร้อนจากแสงอาทิตย์ที่ให้ความเชื่อถือได้ 100 เปอร์เซ็นต์ไม่สามารถมีเศษส่วนแสงอาทิตย์ได้ 100 เปอร์เซ็นต์ ระบบที่ได้รับการจัดอันดับสูงสุดภายใต้โปรโตคอล SRCC OG300 มีเศษส่วนแสงอาทิตย์ 90 เปอร์เซ็นต์ การใช้ PV ที่ผูกกับกริดเป็นแหล่งพลังงานแสงอาทิตย์สำหรับเครื่องทำน้ำอุ่นปั๊มความร้อนช่วยให้ระบบสามารถ "เก็บ" พลังงานในกริดเพื่อใช้งานได้ถึงหนึ่งปีต่อมา การเปรียบเทียบราคาด้านบนอิงตามระบบระบายความร้อนที่มีเศษส่วนแสงอาทิตย์ 80 เปอร์เซ็นต์ เทียบกับค่าชดเชย PV 100 เปอร์เซ็นต์สำหรับการทำน้ำร้อน
การจัดการความต้องการใช้กริด: แม้ว่าเครื่องทำน้ำร้อนจากปั๊มความร้อนจะเพิ่มภาระให้กับกริดเมื่อใช้แทนหน่วยก๊าซหรือโพรเพน แต่ PV จะเพิ่มพลังงานให้กับกริดในช่วงเวลากลางวันที่มีผู้ใช้บริการสูงสุด ซึ่งชุมชนมักต้องการใช้มากที่สุด น้ำร้อนในครัวเรือนส่วนใหญ่ใช้ในตอนเช้าและตอนเย็นเมื่อมีความต้องการไฟฟ้าในชุมชนน้อยลง หากยูทิลิตี้เลือกใช้ข้อได้เปรียบนี้ ก็สามารถเพิ่มความสามารถในการทำให้เครื่องทำน้ำอุ่นร้อนเกินไปผ่านมิเตอร์อัจฉริยะเมื่อมีไฟฟ้าส่วนเกินบนกริด ใช้ในการนำไฟฟ้าด้วยวาล์วผสมเพื่อป้องกันบ้านจากน้ำร้อนลวก น้ำร้อนจะ "กักเก็บ" อย่างมีประสิทธิภาพ และอาจชะลอความจำเป็นในการเปิดปั๊มความร้อน
ไม่มีการปล่อย CO2: การใช้ก๊าซธรรมชาติหรือโพรเพนใดๆ ไม่ว่าจะมีประสิทธิภาพหรือราคาถูกเพียงใด จะส่งผลให้มีการเพิ่ม CO2 สู่ชั้นบรรยากาศ ซึ่งเป็นปัจจัยเสี่ยงอันดับ 1 ที่อารยธรรมต้องเผชิญในปัจจุบัน เครื่องทำน้ำอุ่นแบบปั๊มความร้อนที่ใช้พลังงาน 100 เปอร์เซ็นต์ (หรือออฟเซ็ต) โดย PV ไม่ได้มีส่วนทำให้เกิดปัญหาดังกล่าว
ข้อเสีย
ประสิทธิภาพกริดสุทธิ v. การใช้ก๊าซโดยตรง:ข้อสันนิษฐานมาตรฐานเมื่อเปรียบเทียบการใช้ก๊าซกับการใช้ไฟฟ้าคือ หลังจากการบัญชีสำหรับการสูญเสียการแปลงและการส่งผ่าน พลังงานเชื้อเพลิงฟอสซิลสามหน่วย (ก๊าซ น้ำมัน ถ่านหิน) เพื่อส่งมอบหนึ่งหน่วยของ พลังงานไฟฟ้า ดังนั้น เหตุผลที่ว่าหากสามารถส่งก๊าซไปยังจุดใช้งานได้ การใช้ก๊าซจะมีประสิทธิภาพมากกว่าการใช้ไฟฟ้า เนื่องจากเครื่องทำน้ำอุ่นที่ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลส่วนใหญ่มีประสิทธิภาพเพียงประมาณ 60 เปอร์เซ็นต์ ผลกระทบนี้มีเพียงครึ่งเดียวเท่านั้น สำคัญอย่างที่เห็น นอกจากนี้ เครื่องทำน้ำร้อนที่ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลยังไม่สามารถใช้ประโยชน์จากมาตรฐานพอร์ตโฟลิโอทดแทนได้ ซึ่งจะช่วยลดอัตราส่วนของก๊าซที่ใช้กับไฟฟ้าที่ส่งได้
ต้องใช้ลมอุ่น: ประสิทธิภาพของเครื่องทำน้ำร้อนจากปั๊มความร้อนขึ้นอยู่กับแหล่งความร้อนที่มีอยู่ ซึ่งมักจะเป็นอากาศในพื้นที่ที่วางเครื่องทำความร้อน ติดตั้งในพื้นที่ที่ไม่มีเครื่องทำความร้อนในสภาพอากาศอบอุ่น ไม่มีปัญหา อย่างไรก็ตาม หากพื้นที่เครื่องทำน้ำอุ่นได้รับความร้อนหรือลดลงต่ำกว่า 55º-60ºF เกือบทั้งปี ส่วนประกอบสำรองจะมีความจำเป็นและประสิทธิภาพจะลดลง ในทางกลับกันเครื่องทำน้ำอุ่นของปั๊มความร้อนจะทำให้เย็นและลดความชื้นในพื้นที่ที่ตั้งอยู่ นี่อาจเป็นคุณสมบัติที่พึงประสงค์
ใหม่กว่าในตลาด:แม้ว่าเครื่องทำน้ำร้อนจากปั๊มความร้อนจากอากาศสู่น้ำใช้แนวคิดที่ได้รับการทดสอบแล้วและเป็นจริง แต่ HPWH ในครัวเรือนมีการพัฒนาในตลาดผู้บริโภคเพียงประมาณยี่สิบปี: นานพอที่จะมั่นใจในประสิทธิภาพและความสะดวก แต่ไม่นานพอที่จะแพร่หลาย แม้ว่าจะมีแบบจำลองความร้อนจากแสงอาทิตย์ประมาณห้าร้อยรุ่นและเครื่องทำน้ำอุ่นแบบไม่ใช้ถัง ("ทันที") จำนวนหกเครื่องที่ระบบ Energy Star ของ DOE รับรอง แต่ในปัจจุบันมีเพียง 23 รุ่น HPWH ที่รู้จักเท่านั้น
เทคโนโลยีความร้อนจากแสงอาทิตย์แสดงถึงการปรับปรุงสำหรับสิ่งที่เป็นอยู่ มันยังคงมีแอปพลิเคชั่นที่ถูกกฎหมายอยู่บ้าง อย่างไรก็ตาม การทำน้ำร้อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ในระดับครัวเรือนนั้นมาพร้อมกับข้อเสียที่ไม่จำเป็นมากมาย ซึ่งทำให้เห็นได้ชัดว่าอนาคตอยู่ในอีกทิศทางหนึ่ง โซลาร์เซลล์แสงอาทิตย์เป็นแหล่งที่มีประสิทธิภาพสูงสำหรับระบบทำน้ำร้อนด้วยปั๊มความร้อน ในไม่ช้า ปั๊มความร้อนแบบน้ำต่อน้ำอาจมีวางจำหน่ายตามท้องตลาด แต่ระบบอากาศสู่น้ำในปัจจุบันเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมที่สุดสำหรับครัวเรือนจำนวนมาก ขึ้นอยู่กับสภาพอากาศและการกำหนดค่า
