חימום מים תרמיים סולאריים הוא דבר הפכפך. מים שוקלים הרבה, הם מתרחבים כאשר הם קופאים, וזה יכול לגרום נזק קנה מידה צינורות כאשר הוא רותח. מערכות סולאריות תרמיות יעילות להפליא, ומערכות מסוימות פועלות בסדר גמור במשך עשרות שנים, אך אפילו אלה זקוקות לבדיקה סדירה. עם זאת, כאשר מערכת תרמית סולארית נכשלת, היא מתחילה להרוס את עצמה, והיה ברור כבר זמן מה שחימום מים תרמיים סולאריים אינו דרכו של העתיד למעט שימוש בחום נמוך מאוד, כמו בריכות שחייה.
במשך זמן רב, החוכמה הייתה כי היתרון היעיל היחסי של טכנולוגיה תרמית סולארית לחימום מים יותר עולה על הנוחות של חימום מים חשמלי. היכולת של תרמי סולארי לאסוף יותר אנרגיה למטר מרובע פירושה שמערכת חשמלית סולארית המפעילה דוד מים חשמלי קונבנציונלי לבדה לעולם לא תתחרה במערכת תרמית סולארית.
לאחרונה, עם זאת, הפחתות בעלויות החשמל הסולארי (PV) והבשלת טכנולוגיית משאבת חום אוויר-למים סיפקו דגם חדש: חימום מים במשאבת חום בסיוע סולארית (HPWH). HPWH מגיע עם פחות חסרונות מאשר תרמי סולארי, עם תג מחיר קטן יותר עבור יישומי מגורים.
המידע שלהלן מניח את השימוש בחום מים משאבת חום עם גורם יעילות (EF של 2.5) ודירוג של 1,800 קוט"ש לשנה, עם 1 עד 1.3 קילוואט של PV הקשור לרשת שנוספו להתקנה או למערכת קיימים באזור שבו ה- PV מייצר לפחות 1,400 קוט"ש / קוט"ש / שנה.
יתרונות PV
עלות מראש נמוכה יותר: בהתחשב בכך שמערכות פתוחות בעלות נמוכה יותר הוכיחו שאינן מתאימות לחימום מים מקומי, העלות המותקנת של תרמי סולארי צריכה להתבסס על לולאה סגורה (גליקול או ניקוז), מערכת שני טנקים (או אחסון בתוספת טנקים), מותקנת במלואה. המחיר הממוצע עבור מערכת כזו, המיועדת למשפחה בת ארבע, הוא בין 7,000 ל -10,000 דולר לפני תמריצים. דוד המים של משאבת החום המופעל על ידי PV יעלה בין $1,000 ל-$2,000 עבור משאבת החום בתוספת עבודה ובין 3,500 ל-6,000 דולר עבור ה- PV הנוסף (למערכת קיימת הקשורה לרשת), ובכך עלות מותקנת כוללת של בין $5,000 ל-$8,500 לפני תמריצים.
קל יותר להתקנה: החלפת דוד מים במיכל יחיד נוסף והוספת שלושה עד חמישה מודולים נוספים למערכת PV קלה בהרבה מהחלפת מיכל יחיד בשני מיכלים ונוזל העברת חום צנרת ללוחות גג כבדים שיש לבדוק ולהטעין לאחר ההתקנה. התוצאה היא פחות הזדמנויות עבור שגיאת התקנה.
משתמש בפחות מקום: כדי למנוע את מערכת התרמית הסולארית להתחרות עם מקור הגיבוי (המגביל את השבר הסולארי לכ -60%), נדרשים שני טנקים: אחד לגיבוי ואחד לאנרגיה סולארית. ניתן לחסוך מקום, על חשבון גדול, עם שימוש בתנור ללא טנקים כל עוד התנור ללא טנק יכול לווסת את זרימת החום עד לנקודה נמוכה מאוד תוך יכולת גם לענות על הביקוש המרבי.
לא צריך תחזוקה: עקב אכילס של תרמי סולארי הוא שאם המערכת מפסיקה לעבוד, זה לא רק להיכשל לייצר אנרגיה: זה קובע על ההרס העצמי שלה. ללא זרימה החלוניות יכולות להקפיא או לקפוא ולהתחמם יתר על המידה (ראה להלן). בקר דיפרנציאל אלקטרוני ומשאבות מחזור חייב להיבדק כל שנה כדי להבטיח שהם מתפקדים כראוי וכי לא החל קנה מידה או קורוזיה שיובילו לכשל במערכת. יש לבדוק גם את הצנרת, במיוחד עבור מערכות ניקוז בבניינים ישנים יותר שעשויים להתיישב עם הזמן ולתפוס נוזלים בקווים. בדיקות שנתיות אלה חייבות להתבצע על ידי איש מקצוע, ויעלו מחצית מחיסכון הגז השנתי.
לא יכול לקפוא: מאז פאנל תרמי סולארי יכול לקפוא בטמפרטורות גבוהות ככל 42ºF, הגנה מפני קיפאון נדרש ברחבי ארה"ב היבשתית עבור מערכות תרמיות סולאריות. למעט מערכות ניקוז, מערכות הגנה מפני הקפאה הן "פעילות". משמעות הדבר היא שהם דורשים מכשיר לפעול בתגובה לטמפרטורה נמוכה. כתוצאה מכך, ומכיוון שהם נדרשים לעתים רחוקות לתפקד, כשלי הגנה להקפיא הם נפוצים וקטסטרופליים, וכתוצאה מכך אלפי דולרים של נזק למערך האספנים.
לא יכול להתחמם יתר על המידה: התחממות יתר היא בעיה לעתים קרובות התעלמו עם מערכות תרמיות סולאריות. בחודש יולי מועברת אנרגיה סולארית בערך פי שניים מהאנרגיה הסולארית. לפיכך, כל מערכת שתבצע שינוי משמעותי בעלות המים החמים בינואר תבצע יתר על המידה ביולי. התוצאה היא תקופות של קיפאון שבו אין שימוש בחום השמש ואין זרימה דרך הפאנלים." במצב זה, הלוחות יחממו סביב 400 מעלות צלזיוס בפנים. זה יכול לגרום נזק ומאיץ את ההידרדרות של חלקי האספן. ישנן מערכות רדיאטור שנוספו ללוחות כדי למתן את האפקט הזה, אבל אין נתונים מוצקים על כמה רדיאטור נדרש כדי לקרר אספן עומד ביום חם.
אין הצטברות בקנה מידה: קנה המידה הוא האויב #1 של דודי מים מכל סוג שהוא. חום גורם מוצקים מומסים לזרז ממים שבו הם אוספים על פני השטח החמים. אפילו עם השימוש בנוזל העברה בצד האספן, קנה המידה יכול להיות בעיה עם מחליף החום על ידי סתימת הצינורות שהמים זורמים דרכם כדי להשיג חום. הטמפרטורות הנמוכות יותר המשמשות לחימום מים עם משאבת חום מפחיתות את הנטייה של קנה המידה להצטבר במיכל.
100 אחוז שבר סולארי בר השגה: בשל גחמות מזג האוויר ואת חוסר מעשיות של אחסון כמויות גדולות של מים חמים, אין מערכת תרמית סולארית המציעה 100 אחוז אמינות יכול להיות שבר סולארי 100 אחוז. המערכות המדורגות ביותר תחת פרוטוקול SRCC OG300 יש שבר סולארי 90 אחוז. שימוש ב- PV קשור לרשת כמקור השמשי לתנור המים של משאבת החום מאפשר למערכת "לאחסן" חשמל ברשת לשימוש עד שנה לאחר מכן. השוואת המחירים לעיל מבוססת על מערכת תרמית עם שבר סולארי של 80 אחוז לעומת קיזוז PV של 100 אחוז לחימום המים.
ניהול ביקוש לרשת: למרות חימום מים משאבת חום מוסיף עומס לרשת כאשר נעשה שימוש להחלפת גז או יחידת פרופן, PV מוסיף כוח לרשת בשעות השיא של אור היום שבו סביר להניח שיהיה צורך על ידי הקהילה. רוב המים החמים הביתיים משמשים בשעות הבוקר והערב המוקדמות כאשר יש פחות ביקוש חשמלי ברחבי הקהילה. אם השירות בוחר להשתמש ביתרון זה, זה יכול גם להוסיף את היכולת לחמם יתר על המידה את דוד המים דרך המונה החכם כאשר חשמל עודף זמין על הרשת. משמש בהולכת עם שסתום ערבוב כדי להגן על הבית מפני מים רותחים, זה ביעילות "בנקים" מים חמים והוא יכול לעכב את הצורך משאבת החום להפעיל.
אין פליטת CO2: כל שימוש בגז טבעי או פרופאן, ללא קשר ליעילות או זולה, מביא להוספת CO2 לאטמוספירה שהיא גורם הסיכון #1 העומד בפני הציוויליזציה כיום. דוד מים משאבת חום כי הוא 100 אחוז מופעל (או קוזז) על ידי PV לא עושה שום תרומה לבעיה זו.
חסרונות
יעילות רשת נטו v. שימוש ישיר בגז: ההנחה הסטנדרטית בעת השוואת השימוש בגז עם שימוש בחשמל היא שלאחר התחשבות בהפסדי המרה והולכה, נדרשות שלוש יחידות של אנרגיית דלק מאובנים (גז, נפט, פחם) כדי לספק יחידה אחת של אנרגיה חשמלית. לכן הרציונל שאם ניתן להעביר גז לנקודת השימוש, יעיל יותר להשתמש בגז מאשר להשתמש בחשמל. מאחר שרוב דודי המים המתודלקים במאובנים יעילים בכ-60 אחוז בלבד, השפעה זו משמעותית רק בחצי ממה שהיא נראית. בנוסף, דודי מים המתודלקים במאובנים אינם מצליחים לנצל את תקני הפורטפוליו המתחדשים המפחיתים עוד יותר את יחס הגז המשמש לחשמל המועבר.
נדרש אוויר חם: היעילות של דוד המים משאבת החום תלויה במקור החום הזמין שהוא בדרך כלל האוויר בחלל שבו ממוקם התנור. מותקן בחללים לא מחוממים באקלים ממוזג, זה לא מציג שום בעיה. עם זאת, אם שטח דוד המים מחומם או יורד מתחת 55º-60ºF רוב השנה, אלמנט הגיבוי יהיה צורך ויעילות תסבול. לעומת זאת, דוד המים משאבת חום יתקרר ויבטל את הלחות של החלל שבו הוא ממוקם. זו עשויה להיות תכונה רצויה.
חדש יותר בשוק: למרות שחימום המים במשאבת חום אוויר למים משתמש רק במושגים ניסה ואמיתי, ל-HPWH הביתית היו רק כעשרים שנות פיתוח בשוק הצרכני: מספיק זמן כדי להיות בטוחים ביעילות ובקלות שלה, אך לא מספיק זמן כדי להיות נפוצים. אמנם ישנם כחמש מאות דגמים תרמיים סולאריים ושש מאות דודי מים ללא טנקים ("מיידיים") המזוהים על ידי מערכת כוכב האנרגיה של DOE, ישנם כיום רק 23 דגמי HPWH מוכרים.
כפי שזה היה, טכנולוגיה תרמית סולארית ייצגה שיפור. עדיין יש לו כמה יישומים לגיטימיים, אפילו. עם זאת, חימום מים סולאריים ברמה הביתית מגיע עם כל כך הרבה חסרונות מיותרים, כי ברור העתיד טמון בכיוון אחר. פוטו-וולטאי סולארי הוא מקור יעיל ביותר למערכת חימום מים במשאבת חום. בקרוב, משאבות חום מים למים עשויות להיות זמינות בשוק, אך מערכות האוויר למים של היום הן הבחירה האופטימלית עבור משקי בית רבים, בהתאם לאקלים ולתצורה.
