Il riscaldamento dell'acqua solare termica è una cosa capricciosa. L'acqua pesa molto, si espande quando si congela e può causare danni incrostati ai tubi quando bolle. I sistemi solari termici sono meravigliosamente efficienti e alcuni sistemi funzionano bene per decenni, ma anche questi richiedono un'ispezione regolare. Quando un sistema solare termico si guasta, tuttavia, si autodistrugge ed è chiaro da tempo che il riscaldamento dell'acqua solare termica non è la via del futuro, tranne che per un utilizzo di calore di fascia molto bassa, come le piscine.
Per molto tempo, la saggezza è stata che il vantaggio relativo in termini di efficienza della tecnologia solare termica per il riscaldamento dell'acqua supera di più la convenienza del riscaldamento elettrico dell'acqua. La capacità del solare termico di raccogliere più energia per piede quadrato significa che un sistema elettrico solare che alimenta da solo uno scaldabagno elettrico convenzionale non potrà mai competere con un sistema solare termico.
Di recente, tuttavia, la riduzione dei costi dell'energia solare (FV) e la maturazione della tecnologia delle pompe di calore aria-acqua hanno fornito un nuovo modello: il riscaldamento dell'acqua a pompa di calore assistita dall'energia solare (HPWH). HPWH presenta meno inconvenienti rispetto al solare termico, con un prezzo inferiore per le applicazioni residenziali.
Le informazioni seguenti presuppongono l'uso di uno scaldacqua a pompa di calore con un fattore di efficienza (EF di 2,5) e una potenza nominale di 1.800 kWh all'anno, con da 1 a 1,3 kW di FV collegato alla rete aggiunto all'impianto o sistema esistente in una regione in cui il Il fotovoltaico produce almeno 1.400 kWh/kW/anno.
Vantaggi FV
Costo iniziale inferiore: dato che i sistemi aperti a basso costo si sono dimostrati inadatti per il riscaldamento dell'acqua sanitaria, il costo dell'installazione del solare termico dovrebbe essere basato su un sistema a circuito chiuso (glicole o drainback), a due serbatoi (o storage plustankless), completamente installato. Il prezzo medio per un tale sistema, progettato per una famiglia di quattro persone, è compreso tra $ 7.000 e $ 10.000 prima degli incentivi. Lo scaldacqua a pompa di calore alimentato da fotovoltaico costerà tra $ 1.000 e $ 2.000 per la pompa di calore più la manodopera e tra $ 3.500 e $ 6.000 per il fotovoltaico aggiuntivo (a un sistema collegato alla rete esistente), quindi un costo totale di installazione compreso tra $ 5.000 e $ 8.500 prima degli incentivi .
Più facile da installare: sostituire uno scaldabagno con un altro serbatoio singolo e aggiungere da tre a cinque moduli aggiuntivi a un sistema fotovoltaico è molto più semplice rispetto alla sostituzione di un singolo serbatoio con due serbatoi e tubazioni del fluido termovettore ai pesanti pannelli del tetto che devono essere testati e caricati a pressione dopo l'installazione. Ciò si traduce in minori opportunità di errore dell'installatore.
Occupa meno spazio: Per evitare che l'impianto solare termico competa con la fonte di backup (che limita la frazione solare a circa il 60%), sono necessari due serbatoi: uno per il backup e uno per il solare. È possibile risparmiare spazio, con grande spesa, con l'uso di un riscaldatore senza serbatoio purché il riscaldatore senza serbatoio sia in grado di modulare il flusso di calore fino a un punto molto basso pur essendo in grado di soddisfare anche la massima richiesta.
Non necessita di manutenzione: Il tallone d'Achille del solare termico è che se l'impianto smette di funzionare, non si limita a produrre energia: si autodistrugge. Senza flusso i pannelli possono congelare o ristagnare e surriscaldarsi (vedi sotto). Il controller differenziale elettronico e la/e pompa/e di circolazione devono essere ispezionate ogni anno per assicurarsi che funzionino correttamente e che non siano iniziate incrostazioni o corrosione che possano causare guasti al sistema. Anche le tubazioni dovrebbero essere controllate, specialmente per i sistemi di drenaggio negli edifici più vecchi che possono depositarsi nel tempo e intrappolare il fluido nelle linee. Queste ispezioni annuali devono essere eseguite da un professionista e costeranno la metà del risparmio annuale di gas.
Non può congelare: poiché un pannello solare termico può congelare a temperature fino a 42ºF, è necessaria una protezione antigelo in tutti gli Stati Uniti continentali per i sistemi solari termici. Ad eccezione dei sistemi di drenaggio, i sistemi di protezione antigelo sono “attivi”. Ciò significa che richiedono un dispositivo per funzionare in risposta alla bassa temperatura. Di conseguenza, e poiché raramente sono necessari per funzionare, i guasti alla protezione antigelo sono sia comuni che catastrofici, con conseguenti danni per migliaia di dollari al campo di collettori.
Non può surriscaldarsi: il surriscaldamento è un problema spesso trascurato con i sistemi solari termici. A luglio viene fornita circa il doppio dell'energia solare rispetto a gennaio. Pertanto, qualsiasi sistema che farà una differenza significativa nel costo dell'acqua calda a gennaio avrà prestazioni superiori a luglio. Ciò si traduce in periodi di stagnazione in cui non viene utilizzato il calore solare e nessun flusso attraverso i pannelli. In questa condizione, i pannelli si riscalderanno fino a circa 400ºF all'interno. Ciò può provocare danni e accelerare il deterioramento delle parti del collettore. Ci sono sistemi di radiatori che sono stati aggiunti ai pannelli per mitigare questo effetto, ma non ci sono dati solidi su quanto radiatore è necessario per raffreddare un collettore stagnante in una giornata calda.
Nessun accumulo di calcare: la bilancia è il nemico numero 1 degli scaldacqua di qualsiasi tipo. Il calore fa precipitare i solidi disciolti dall'acqua dove si raccolgono sulla superficie calda. Anche con l'uso di un fluido di trasferimento sul lato del collettore, il calcare può essere un problema con lo scambiatore di calore intasando i tubi attraverso i quali l'acqua scorre per guadagnare calore. Le temperature più basse utilizzate per riscaldare l'acqua con una pompa di calore riducono la tendenza alla formazione di incrostazioni nel serbatoio.
Frazione solare del 100% raggiungibile: a causa dei capricci del tempo e dell'impossibilità di immagazzinare grandi volumi di acqua calda, nessun sistema solare termico che offra un'affidabilità del 100% può avere una frazione solare del 100%. I sistemi più valutati secondo il protocollo SRCC OG300 hanno una frazione solare del 90%. L'utilizzo del fotovoltaico collegato alla rete come fonte solare per lo scaldacqua a pompa di calore consente al sistema di "immagazzinare" energia nella rete per utilizzarla fino a un anno dopo. Il confronto dei prezzi sopra si basa su un sistema termico con una frazione solare dell'80% rispetto a un offset del 100% FV per il riscaldamento dell'acqua.
Gestione della domanda di rete: sebbene il riscaldamento dell'acqua con pompa di calore aggiunga un carico alla rete quando viene utilizzato per sostituire un'unità a gas o propano, il fotovoltaico aggiunge energia alla rete durante le ore di punta diurne dove è più probabile che sia necessaria dalla comunità. La maggior parte dell'acqua calda domestica viene utilizzata al mattino presto e alla sera, quando c'è meno richiesta di energia elettrica a livello di comunità. Se l'utilità decide di utilizzare questo vantaggio, potrebbe anche aggiungere la possibilità di surriscaldare lo scaldabagno tramite il contatore intelligente quando l'elettricità in eccesso è disponibile sulla rete. Utilizzato in conduzione con valvola miscelatrice per proteggere la casa dalle scottature dell'acqua, “accumula” efficacemente l'acqua calda e può ritardare l'attivazione della pompa di calore.
Nessuna emissione di CO2: qualsiasi uso di gas naturale o propano, indipendentemente da quanto sia efficiente o economico, comporta l'aggiunta di CO2 nell'atmosfera, che è il fattore di rischio numero 1 per la civiltà odierna. Uno scaldacqua a pompa di calore alimentato al 100% (o compensato) dal fotovoltaico non contribuisce a questo problema.
Svantaggi
Efficienza netta della rete rispetto all'uso diretto del gas: la presunzione standard quando si confronta l'uso del gas con l'uso elettrico è che, dopo aver tenuto conto delle perdite di conversione e trasmissione, sono necessarie tre unità di energia da combustibili fossili (gas, petrolio, carbone) per fornire un'unità di energia elettrica.Quindi la logica che se il gas può essere consegnato al punto di utilizzo, è più efficiente usare il gas che usare l'elettricità.Poiché la maggior parte degli scaldacqua alimentati a combustibili fossili sono efficienti solo per circa il 60 percento, questo effetto è solo la metà significativo come appare. Inoltre, gli scaldacqua alimentati a combustibili fossili non riescono a sfruttare gli standard del portafoglio rinnovabile che riducono ulteriormente il rapporto tra il gas utilizzato e l'elettricità fornita.
Aria calda richiesta: L'efficienza dello scaldacqua a pompa di calore dipende dalla fonte di calore disponibile che di solito è l'aria nell'ambiente in cui è collocato il riscaldatore. Installato in spazi non riscaldati in climi temperati, questo non presenta problemi. Tuttavia, se lo spazio dello scaldabagno viene riscaldato o scende sotto i 55º-60ºF per gran parte dell'anno, sarà necessario l'elemento di riserva e l'efficienza ne risentirà. Al contrario, lo scaldacqua a pompa di calore raffresca e deumidifica lo spazio in cui si trova. Questa potrebbe essere una caratteristica desiderabile.
Più recente sul mercato: sebbene il riscaldamento dell'acqua con pompa di calore aria-acqua utilizzi solo concetti collaudati, HPWH per uso domestico ha avuto solo una ventina di anni di sviluppo sul mercato dei consumatori: abbastanza a lungo da essere sicuri della sua efficienza e facilità, ma non abbastanza a lungo per essere diffuso. Mentre ci sono circa cinquecento modelli solari termici e seicento scaldacqua ("istantanei") riconosciuti dal sistema Energy Star del DOE, attualmente ci sono solo 23 modelli HPWH riconosciuti.
Per quello che era, la tecnologia solare termica rappresentava un miglioramento. Ha ancora alcune applicazioni legittime, anche. Tuttavia, il riscaldamento solare dell'acqua a livello domestico presenta così tanti inutili inconvenienti che è chiaro che il futuro è in un'altra direzione. Il solare fotovoltaico è una fonte altamente efficace per un sistema di riscaldamento dell'acqua a pompa di calore. Presto le pompe di calore acqua-acqua potrebbero essere disponibili sul mercato, ma gli odierni sistemi aria-acqua sono la scelta ottimale per molte famiglie, a seconda del clima e della configurazione.
