Solarno grijanje termalne vode je temperamentna stvar. Voda puno teži, širi se kada se smrzne, a može uzrokovati oštećenje cijevi kada prokuha. Solarni toplinski sustavi su izvrsno učinkoviti, a neki sustavi rade sasvim dobro desetljećima, ali čak i oni trebaju redovitu inspekciju. Međutim, kada solarni termalni sustav zakaže, kreće se uništavati, a već je neko vrijeme jasno da solarno grijanje termalne vode nije put budućnosti, osim vrlo niske potrošnje topline, poput bazena.
Već dugo vremena mudrost je bila da relativna prednost učinkovitosti solarne toplinske tehnologije za grijanje vode više nego nadmašuje praktičnost grijanja električne vode. Sposobnost solarne termalne da prikupi više energije po kvadratnom metru znači da solarni električni sustav koji sam pokreće konvencionalni električni bojler nikada neće konkurirati solarnom termalnom sustavu.
Nedavno su, međutim, smanjenja troškova solarne električne energije (PV) i sazrijevanje tehnologije toplinske pumpe zrak-voda pružili novi model: solarno-električno potpomognuto grijanje vode toplinskom pumpom (HPWH). HPWH dolazi s manje nedostataka od solarne termalne, s manjom cijenom za stambene primjene.
Informacije u nastavku pretpostavljaju uporabu grijača vode s toplinskom pumpom s faktorom učinkovitosti (EF od 2,5) i ocjenom od 1.800 kWh godišnje, pri čemu je postojećoj instalaciji ili sustavu u regiji u kojoj fotonaponska mreža proizvodi najmanje 1.400 kWh/kW godišnje dodano 1 do 1,3 kW fotonaponske energije.
PV prednosti
Niži troškovi unaprijed: S obzirom na to da su se otvoreni sustavi s nižim troškovima pokazali neprikladnima za grijanje vode u kućanstvu, instalirani trošak solarne toplinske energije trebao bi se temeljiti na zatvorenoj petlji (glikol ili odvod), sustavu s dva spremnika (ili skladištenju plus bez spremnika), potpuno instaliranom. Prosječna cijena takvog sustava, namijenjenog četveročlanoj obitelji, iznosi između 7.000 i 10.000 dolara prije poticaja. Grijač vode s fotonaponskim napajanjem koštat će između 1.000 i 2.000 dolara za toplinsku pumpu plus rad i između 3.500 i 6.000 dolara za dodatnu fotonaponsku mrežu (za postojeći sustav vezan za mrežu), dakle ukupni instalirani trošak između 5.000 i 8.500 dolara prije poticaja.
Jednostavnije za ugradnju: Zamjena bojlera drugim jednim spremnikom i dodavanje tri do pet dodatnih modula U fotonaponski sustav daleko je lakše nego zamijeniti jedan spremnik s dva spremnika i cjevovodnom tekućinom za prijenos topline na teške krovne ploče koje se moraju testirati pod tlakom i napuniti nakon ugradnje. To rezultira manjim brojem prilika za pogrešku instalacijskog programa.
Koristi manje prostora: Kako bi se izbjeglo da se Sunčev termalni sustav natječe s rezervnim izvorom (koji ograničava sunčevu frakciju na oko 60%), potrebna su dva spremnika: jedan za sigurnosnu kopiju i jedan za Sunce. Moguće je uštedjeti prostor, uz velike troškove, uz korištenje grijača bez spremnika sve dok grijač bez spremnika može modulirati protok topline do vrlo niske točke, a istovremeno može zadovoljiti maksimalnu potražnju.
Ne treba održavanje: Ahilova peta solarne termalne je da ako sustav prestane raditi, ne samo da ne uspijeva proizvesti energiju: ona postavlja vlastito samouništenje. Bez protoka paneli mogu zamrznuti ili stagnirati i pregrijati se (vidi dolje). Elektronički diferencijalni regulator i cirkulatorske pumpe moraju se pregledavati svake godine kako bi se osiguralo da ispravno funkcioniraju i da nisu započeli razmjeri ili korozije koji će dovesti do kvara sustava. Cjevovode također treba provjeriti, posebno za sustave odvoda u starijim zgradama koji se mogu s vremenom naseliti i zarobiti tekućinu u linijama. Ove godišnje preglede mora obaviti stručnjak, a koštat će polovicu godišnje uštede plina.
Ne može se zamrznuti: Budući da se solarna termalna ploča može zamrznuti na temperaturama do 42ºF, potrebna je zaštita od smrzavanja diljem kopnenog SAD-a za solarne toplinske sustave. Osim sustava za odvod, sustavi zaštite od zamrzavanja su "aktivni". To znači da zahtijevaju da uređaj radi kao odgovor na nisku temperaturu. Kao posljedica toga, a budući da su rijetko potrebni za funkcioniranje, kvarovi zaštite od zamrzavanja su uobičajeni i katastrofalni, što rezultira tisućama dolara štete na kolektorskom polju.
Ne može se pregrijati: Pregrijavanje je često previđen problem sa solarnim toplinskim sustavima. U srpnju se isporučuje otprilike dvostruko više solarne energije nego u siječnju. Dakle, svaki sustav koji će napraviti značajnu razliku u cijeni tople vode u siječnju će pretjerano funkcionirati u srpnju. To rezultira razdobljima stagnacije u kojima nema koristi od sunčeve topline i nema protoka kroz panele. Pod tim uvjetima, paneli će se zagrijati na oko 400ºF unutra. To može dovesti do oštećenja i ubrzati propadanje dijelova kolektora. Postoje sustavi radijatora koji su dodani panelima kako bi se ublažio taj učinak, ali nema čvrstih podataka o tome koliko je radijatora potrebno za hlađenje stajaćeg kolektora na vrući dan.
Nema nakupljanja razmjera: Vaga je #1 neprijatelj bojlera bilo koje vrste. Toplina čini da se otopljene krutine talože iz vode gdje se skupljaju na vrućoj površini. Čak i uz korištenje tekućine za prijenos na kolektorsku stranu, vaga može biti problem s izmjenjivačem topline začepljenjem cijevi kroz koje voda teče kako bi dobila toplinu. Niže temperature koje se koriste za zagrijavanje vode toplinskom pumpom smanjuju tendenciju nakupljanja vage u spremniku.
100 posto sunčeva frakcija dostižna: Zbog hirovitosti vremena i nepraktičnosti skladištenja velikih količina tople vode, nijedan solarni toplinski sustav koji nudi 100 posto pouzdanosti ne može imati 100 posto sunčevu frakciju. Sustavi koji su najviše ocijenjeni prema protokolu SRCC OG300 imaju 90 posto solarne frakcije. Korištenje fotonaponske mreže vezane za mrežu kao solarnog izvora za grijač vode s toplinskom pumpom omogućuje sustavu da "pohrani" energiju u mrežu za uporabu do godinu dana kasnije. Gornja usporedba cijena temelji se na toplinskom sustavu s 80 posto solarne frakcije u odnosu na 100-postotni fotonaponski pomak za grijanje vode.
Upravljanje potražnjom za mrežom: Iako grijanje vode s toplinskom pumpom dodaje opterećenje mreži kada se koristi za zamjenu plinske ili propanske jedinice, fotonaponska energija dodaje energiju mreži tijekom vršnog dnevnog svjetla gdje je najvjerojatnije da će biti potrebna zajednici. Većina tople vode u kućanstvu koristi se rano ujutro i navečer kada je manja potražnja za električnom vodom u cijeloj zajednici. Ako uslužni program odluči iskoristiti tu prednost, također bi mogao dodati mogućnost pregrijavanja bojlera kroz pametni mjerač kada je višak električne energije dostupan na mreži. Koristi se u provodljivosti s ventilom za miješanje kako bi se kuća zaštitila od opečene vode, učinkovito "bankira" toplu vodu i može odgoditi potrebu za uključivanjem toplinske pumpe.
Nema emisija CO2: Svaka uporaba prirodnog plina ili propana, bez obzira na to koliko je učinkovita ili jeftina, rezultira dodavanjem CO2 atmosferi koja je #1 faktor rizika s kojim se danas suočava civilizacija. Grijač vode s toplinskom pumpom koji je 100 posto pogonjen (ili neutraliziran) fotonaponom ne doprinosi tom problemu.
Nedostaci
Neto učinkovitost mreže u odnosu na izravnu uporabu plina: Standardna pretpostavka pri usporedbi uporabe plina s električnom uporabom jest da su, nakon uzimanja u obzir gubitaka pretvorbe i prijenosa, potrebne tri jedinice energije iz fosilnih goriva (plin, nafta, ugljen) za isporuku jedne jedinice električne energije. Dakle, obrazloženje da ako se plin može isporučiti do trenutka uporabe, učinkovitije je koristiti plin nego koristiti električnu energiju. Budući da je većina grijača vode na fosilna goriva samo oko 60 posto učinkovita, ovaj učinak je samo upola značajniji nego što se čini. Osim toga, grijači vode na fosilna goriva ne iskorištavaju standarde portfelja obnovljivih izvora energije koji dodatno smanjuju omjer plina koji se koristi za isporučenu električnu energiju.
Potreban topli zrak: Učinkovitost grijača vode toplinske pumpe ovisi o dostupnom izvoru topline koji je obično zrak u prostoru u kojem se nalazi grijač. Instaliran u negrijanim prostorima u umjerenim klimatskim uvjetima, to ne predstavlja problem. Međutim, ako se prostor bojlera zagrije ili padne ispod 55º-60ºF veći dio godine, bit će potreban rezervni element i učinkovitost će patiti. Suprotno tome, grijač vode s toplinskom pumpom ohladit će i odvlažiti prostor u kojem se nalazi. To može biti poželjna značajka.
Novije na tržištu: Iako grijanje vode iz zraka u vodu koristi samo provjerene koncepte, HPWH kućanstva imao je samo dvadesetak godina razvoja na potrošačkom tržištu: dovoljno dugo da bude siguran u njegovu učinkovitost i jednostavnost, ali ne dovoljno dugo da bude široko rasprostranjen. Iako postoji oko pet stotina solarnih toplinskih modela i šest stotina grijača vode bez spremnika ("instant") koje prepoznaje DOE-ov sustav Energy Star, trenutno postoje samo 23 priznata HPWH modela.
Za ono što je bilo, solarna termalna tehnologija predstavljala je poboljšanje. Još uvijek ima neke legitimne primjene, čak. Međutim, solarno grijanje vode na razini kućanstva dolazi s toliko nepotrebnih nedostataka da je jasno da budućnost leži u drugom smjeru. Solarni fotonaponski je vrlo učinkovit izvor za sustav grijanja vode s toplinskom pumpom. Uskoro bi toplinske pumpe za vodu i vodu mogle biti dostupne na tržištu, ali današnji sustavi zrak-voda optimalan su odabir za mnoga kućanstva, ovisno o klimi i konfiguraciji.