太阳能热已死(不是!)
http://www.builditsolar.com/Projects/WaterHeating/Dead/Dead.htm

首先我要说的是，我喜欢Martin Holladay在greenbuildingadvisor.com网站上发表的很多文章。他们经常提出新的观点，促进一些好的想法和对其他地方很少涉及的话题的讨论。

马丁最近写了一篇题为“太阳能热已死”的博客，他在文章中提出了这样一种观点，即安装太阳能光伏系统和热泵热水器的组合比安装太阳能热水加热系统更具成本效益。
我认为他在这篇文章中有些地方错了，因为我一直在问这篇文章，所以我决定列出我不同意他的主张的原因。

我想说的是，我是一个太阳能热的粉丝——我是一个老的飞机工程师，这些系统的简单和效率非常吸引我。所以，就像Martin非常倾向于选择PV + HPWH一样，我可能也会倾向于另一个方向。你可以通读一遍，然后自己做决定。

下面的材料贯穿了整篇文章，并指出了文章最后没有提到的几点。然后它涵盖了DIY建筑商的情况，这是非常不同的。
本文的主要前提:
马丁引用了他与查尔斯·斯蒂芬斯的对话来阐明文章的主要前提:

斯蒂芬斯告诉我:“如果你想做太阳能热水和太阳能空间加热，太阳能热仍然太贵了。”“这并不像使用空气源热泵耦合光伏阵列那样具有成本效益。在我们的气候中，一个适当大小的太阳能热系统可以在夏天为你提供100%的热水，但在冬天就不行了。所以你花了4000美元买了一个能满足你40%或50%热水需求的系统。相反，如果用同样的钱，你只是在屋顶上增加一千瓦的光伏发电，你就可以用空气源热泵全年加热所有的热水。”

对我来说，40%到50%的太阳能比例似乎很低，即使对于俄勒冈州这样恶劣的太阳能气候来说也是如此。RETScreen工具表示，在俄勒冈州波特兰市，一个太阳能热水系统的设计是每天提供48加仑热水，65平方英尺的集热器，将实现72%的太阳能馏分。在丹佛，同样的系统将提供92%的太阳能部分。

RETScreen是一个被广泛认可的工具，被许多机构用于(甚至需要)分析太阳能加热系统。

所以，这似乎是一个1)选择一个非常不典型和糟糕的太阳能位置来进行比较，2)使用一个奇怪的低球数来计算太阳能分数，即使在那个糟糕的位置。

当然，俄勒冈州西部同样糟糕的冬季太阳气候，当然也会减少光伏系统在冬季的输出。

马丁的文章说:一些太阳能加热的水被浪费了

马丁指出，太阳能热系统在夏天产生的热量超过了一个家庭的用电量。这可能是真的，但对我来说并不是什么劣势。一个能满足你所有需求的系统有什么问题?只有当这样一个系统的成本高于满足相同需求的PV +热泵系统的成本时，它才真正起作用。

当然，光伏系统也有同样的特点，即夏季发电量大于需求，冬季发电量小于需求。不同之处在于，与电网相连的系统加上目前大多数的净计量协议，可以有效地利用电网作为季节性存储。你在夏天把多余的电力卖给电网，然后在冬天用电网的电力来弥补短时间的下降。根据目前的净计量协议，公用事业公司通常为房主的光伏发电支付全额零售价值，这对光伏系统的业主(比如我)来说非常慷慨，但这种情况不太可能持续下去。当光伏发电所产生的电力比例增加到显著水平时，向光伏生产商支付全额零售电价的想法显然是不可行的。许多州和公用事业公司已经意识到这一点，正在以某种方式审查和修改净计量协议。我认为这种趋势只会随着时间的推移而增加。这样做的净效果将是将经济优势倾向太阳能热系统。

马丁文章部分:比较太阳能热和光伏系统

“与光伏系统相比，太阳能热系统有几个缺点:

•与光伏系统不同，大多数太阳能热系统都有活动部件(泵和电磁阀)。
•在寒冷气候下，太阳能热系统有时会受到冻伤。
•太阳能热系统需要定期维护，包括更换防冻剂。
•与并网光伏系统的所有者不同，太阳能热系统的所有者不能出售其热水系统的多余夏季产量。
•虽然安装在杆子上的光伏阵列可以包括跟踪机制来跟踪太阳在天空中的路径，但在跟踪器上安装太阳能热收集器几乎是不可能的。
•平均而言，光伏系统的寿命可能比太阳能热系统更长。”

出于这些原因，我认为这是大错特错的……

以排水式太阳能热水系统设计为例-这是非常简单的。它有一个活动部件(泵)。这些泵通常是非常坚固和可靠的塔可或格兰富HVAC泵-它们具有长寿命和可靠运行的声誉。收藏家的寿命非常长，有一个坚实的跟踪记录30年以上的寿命。在一个排水回系统，唯一的其他部分，是受故障的差动控制器和它的传感器。这些控制器的可靠性似乎比人们预期的要差，但如果控制器出现故障，有质量很好的替代控制器，只需100美元。排水系统不需要定期维护。

还有更复杂的太阳能热水系统可能需要更多的关注，但所有这些都比光伏系统加热泵热水器简单得多。
相比之下，PV系统有容易发生故障的PV模块(导致输出减少，通常无法检测到)，非常复杂的逆变器，开关，断路器，组合箱和接线。再加上热泵热水器，它有一个泵(有时与太阳能水加热系统上使用的泵相同)，一个压缩机和压缩机电机，一个风扇，热泵控制器，一个高压制冷剂循环系统。这要比简单的太阳能热水系统复杂好几倍。我简直不能相信这样的系统会比太阳能热水系统更长寿、更无故障。
此外，热泵热水器还有其他不太好的特点:1)在冬天(取决于在房子里的HPWH安装)，有效的COP可以低至1，因为HPWH添加到水中的热量是从室内空气中获取的，只是必须由炉子重新加热- HPWHs在冬天可以像普通的电阻热水器一样低效。2)你所要做的就是在谷歌上搜索一下高压水轮机的可靠性，或者在亚马逊上阅读一些评论，看看至少有一些高压水轮机的性能很差，可靠性低，寿命短。3)高压whs可能会吵得令人恼火。我并不是说高压whs在某些情况下不是一个很好的解决方案，也不是说它们对某些人不起作用，但说它们是某种可靠性、性能和长寿命的典范，对我来说似乎是一个非常大的延伸。
一个太阳能热水系统应该使用30年，很少维护和维修。一般来说，太阳能热水系统中出现故障的部件相对便宜。相比之下，光伏系统中1000多美元的逆变器的预期寿命可能是10到15年?而且，昂贵的高压水电厂的预期寿命是10到12年?
马丁的文章说:让我们算算

在本节中，Martin将一个成本为10,000美元的太阳能热系统与一个1.7千瓦时的光伏系统进行了比较，该系统的价格为7,000美元，外加一个HPWP和3,000美元。他说，价值1万美元的太阳能热系统产生的太阳能比例为63%。他说，PV + HPWH提供了100%的热水需求。所以，他的基本主张是，两种系统的成本大致相同，PV + HPWH的太阳能分数更高，所以为什么不选择它呢?

在我看来，他的光伏系统和高压水电厂的成本以及每年产生的光伏能源都是合理的。

在我看来，太阳能热系统的成本很高。这里是波兹曼，我是当地的太阳能安装工，做高质量的系统，6000美元。我想这个数字因地而异，但1万美元对我来说似乎很高了。检查您所在的两个系统的价格非常简单。

在估计由PV + HPWH加热的水的加仑数时，马丁没有包括这样一个事实，即如果HPWH安装在房屋的任何一个有条件或半有条件的区域，那么HPWH在冬季的有效COP可能远低于2.0。这是因为加热炉必须重新加热HPWH冷却的室内空气。如果HPWH在有条件的空间内，那么整个供暖季的有效COP将更接近1.0而不是2.0。如果算上炉子的低效率，我猜冬天的有效COP可能会降到1.0以下——也就是说，如果高压水电厂从室内空气中带走10K BTU，一个效率80%的炉子将使用12.5K BTU的燃料将这10K BTU添加回室内空气中。

如果你假设5个月的COP为1.0,7个月的COP为2.0，那么年平均COP从当年的2.0下降到1.58，用于热水的PV KWH从4000 KWH下降到3160 KWH。

马丁在波士顿的太阳能热系统中使用的63%的太阳能比例在我看来太低了。
使用RETScreen，波士顿一个65平方英尺的集热器区域每天生产48加仑热水的预测太阳能分数为84%。在丹佛，这个数字是92%。甚至在西雅图也是65%。

我使用了一个典型家庭48加仑的需求，而不是马丁开始时的64加仑，因为我相信这更接近实际的典型家庭需求。

所以，如果你重新做Martin的比较，考虑到上面的段落，结果是这样的:
6000到7000美元(不是10000美元)的太阳能热系统可以满足波士顿一个典型家庭84%(不是63%)的需求，而且它不依赖于当前慷慨的净计量规则。

1万美元的PV + HPWH系统，平均年有效COP为1.58(不是2.0)，每年产生3160千瓦时(不是4000)。这足以平均每天将50加仑的水从50华氏度加热到120华氏度。因此，对于每天48加仑的需求，PV + HPWH的太阳能比例为100%。

比较一下这两种系统:

太阳能热系统的成本为6至7千美元，在波士顿的太阳能利用率为84%。
PV + HPWH系统成本为1万美元，在波士顿生产100%的太阳能部分。
在修订后的比较中，PV + HPWH产生的太阳能分数高出19%，但其初始成本比太阳能热系统高出54%。对我来说，这似乎是太阳能热的净胜利。
同样，PV + HPWH的性能完全依赖于完整的零售净计量，这不太可能以目前的形式继续下去。如果PV + HPWH处于离网状态，需要每天提供48加仑的热水，并且在波士顿的冬季中期COP为1.0，则需要约3.5千瓦时的光伏阵列。这将更加昂贵，并占用250平方英尺的屋顶空间。

至于多年来的维护，在太阳能热系统的30年寿命中，PV + HPWH可能会花费1到2000美元加逆变器，2到3000美元加HPWHs。太阳能热系统在某些时候可能需要一个几百美元的新泵和一个几百美元的差速控制器。在这段时间内，光伏电池板每年都会损失一些输出，其中一些可能会出现密封故障或电池连接故障——这些问题很难检测到，但会降低性能。

马丁的文章中没有提到的一些内容

系统的一些基本物理:
考虑这些系统的一些基本差异是很重要的。
通常考虑PVWatts损失的PV系统的收集效率约为12%。
太阳能热系统的收集效率为50%，取决于环境温度和太阳水平。
因此，热收集器的效率提高了4.2倍。这是一个巨大的差异。如果电池可以通过这一因素得到改善，我们都将驾驶电动汽车。
如果你要比较一个没有安装HPWH以提高整体系统效率的系统，那么你将需要大约270平方英尺的光伏模块来获得与太阳能热系统所需的65平方英尺集热器相同的水加热输出。
即使是COP为2.0的HPWH, PV + HPWH系统的有效效率也只有24%左右，是太阳能热系统的一半。为了得到这个，你必须加上一个复杂的，寿命不长，易维护的高压pwh。
唯一能让PV + HPWH与太阳能热系统竞争的是目前非常慷慨的净计量规则，而这(我认为)是站不住脚的。

我同意Martin的观点:
•我认为商业安装的太阳能热水系统太贵了。该行业应该真正致力于利用太阳能热的所有固有优势，同时致力于低成本设计。在这个方向上有一些工作正在进行，但在过去的30年里，这个行业似乎陷入了困境。是时候开始一个坚实的产品开发工作了，从底层开始，考虑当前设计的每个方面。
•马丁指出，在温暖的气候条件下，可以使用无釉集热器(如Fafco系统)，该系统的成本远低于6000美元。
•对于无法利用净计量的离网系统，太阳能热是明显的赢家。

此外，在北方气候条件下，大部分能源使用是空间供暖，在我看来，做一个联合的空间和水供暖系统是有意义的——共享组件和联合安装可以降低联合系统的价格和复杂性。

说句题外话，我还认为我们往往忽略了一个关于家用热水的基本事实。这是一个非常浪费的过程。我们洗澡时，加热水的东西会消耗大量的能量，把水从50华氏度加热到120华氏度。这些水只从我们身上流过一次，就流进了下水道，带走了我们刚才投入的95%的能量。也许真正的答案是为每个新房子的排水管设计一个简单而低成本的热回收设计?

DIY图片

build - it - solar 90%是一个DIY网站，供那些想建造自己系统的人使用。以上所有讨论仅适用于商用安装的系统。

在商业安装系统的世界里，这两种方法的结果是相同的，但对于DIY的情况，它们甚至都不接近。

DIYer可以用不超过1000美元的价格建造一个相当于6000到10000美元商业系统的太阳能热系统。这并不夸张——我最初的家用热水系统花了1000美元，我听说很多人建造了类似的系统，价格从500美元到2000美元不等。这里详细描述了许多这样的系统。
这些系统的回收期通常只有3年左右，这取决于旧系统的成本、气候和燃料使用。

当然，同样的DIY方法也可以用于PV + HPWH系统，但是自己做的节省并没有那么大，因为现成的组件很贵。

加里
2014年4月23日