Czy ogrzewanie wody energią słoneczną jest wydajne?

Ogrzewanie wody energią słoneczną staje się coraz popularniejszym rozwiązaniem dla gospodarstw domowych poszukujących oszczędności i ekologicznych alternatyw. Zanim jednak zdecydujesz się na instalację systemu solarnego podgrzewania wody, kluczowe jest zrozumienie, czy jest to rozwiązanie wydajne i opłacalne w Twoim przypadku. Niniejszy artykuł ma na celu rozwianie wątpliwości i dostarczenie kompleksowej wiedzy na temat efektywności ogrzewania wody energią słoneczną, pomagając Ci podjąć świadomą decyzję.

Jak ocenić wydajność systemu solarnego podgrzewania wody?

Przed zakupem systemu solarnego podgrzewania wody, istotne jest oszacowanie rocznych kosztów operacyjnych i porównanie różnych dostępnych opcji. Pozwoli to na określenie potencjalnych oszczędności energii i czasu zwrotu inwestycji w system, który może mieć wyższą cenę zakupu, ale oferować lepszą efektywność energetyczną w dłuższej perspektywie.

Aby móc dokonać wyboru i porównać koszty różnych systemów, należy najpierw określić rozmiar systemu odpowiedni dla Twojego domu. Następnie, aby oszacować roczny koszt operacyjny systemu solarnego podgrzewania wody, potrzebne są następujące informacje:

• Współczynnik energii słonecznej (SEF) systemu.
• Rodzaj paliwa (gaz lub energia elektryczna) i koszty zbiornika pomocniczego (lokalny dostawca mediów może dostarczyć aktualne stawki).

Dysponując tymi danymi, można przystąpić do obliczeń.

Obliczanie rocznego kosztu operacyjnego

Pierwszym krokiem jest obliczenie ilości energii potrzebnej do podgrzania wody. Można to zrobić na dwa sposoby: na podstawie zużycia paliwa lub ilości potrzebnej ciepłej wody.

System z gazowym zbiornikiem pomocniczym

Dzienne zużycie energii na ogrzewanie wody

Paliwa takie jak gaz ziemny są często sprzedawane w jednostkach „termów”. Jeden (1) term odpowiada 100 000 brytyjskich jednostek cieplnych (BTU). Przejrzyj swoje rachunki za media i sprawdź, ile paliwa zużywasz w miesiącach letnich, kiedy gaz nie jest używany do ogrzewania pomieszczeń. Jeśli używasz gazu do gotowania i suszarki do ubrań, możesz przyjąć około 60% całkowitego zużycia letniego jako energię zużywaną na ogrzewanie wody.

Współczynnik efektywności energetycznej konwencjonalnego podgrzewacza wody to Uniform Energy Factor (UEF), który określa ilość ciepłej wody wyprodukowanej na jednostkę zużytego paliwa w standardowym teście. Im wyższa wartość UEF, tym bardziej wydajny jest podgrzewacz wody. UEF jest określany metodą testową Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych. Domowe gazowe podgrzewacze wody muszą mieć UEF co najmniej 0,64. Dla podgrzewaczy elektrycznych UEF przyjmuje się jako 1,0, ponieważ cała energia elektryczna jest przekształcana w ciepło wody.

Dzienne zużycie energii na ogrzewanie wody można obliczyć wzorem:

Dzienne zużycie energii na ogrzewanie wody = (Letnie miesięczne zużycie paliwa) * UEF * 0,6 / (liczba dni w miesiącach letnich)

Zużycie paliwa jest związane z ilością zużytej wody i temperaturą. Definicja BTU to energia potrzebna do podniesienia temperatury jednego funta (lbs) wody o jeden stopień Fahrenheita (F).

Dzienne zużycie energii na ogrzewanie wody można również obliczyć na podstawie zużycia wody:

Dzienne zużycie energii na ogrzewanie wody = (galony ciepłej wody dziennie) * (8,35 lbs/galon) * (1 BTU/lbs/F) * (Temperatura ciepłej wody - Temperatura zimnej wody)

Dzienne zużycie energii na ogrzewanie wody, oparte na procedurze testowej DOE dla podgrzewaczy wody, zakłada temperaturę wody wlotowej 58°F (około 14°C), temperaturę ciepłej wody 135°F (około 57°C) i całkowitą produkcję ciepłej wody 64,3 galonów dziennie, co jest średnim zużyciem dla gospodarstwa domowego składającego się z trzech osób. Daje to dzienne zużycie energii na ogrzewanie wody w wysokości 0,4105 termów/dzień, jeśli używany jest gaz ziemny, lub 12,03 kWh/dzień, jeśli używana jest energia elektryczna.

Często zaleca się dobieranie wielkości systemu solarnego na podstawie takich benchmarkowych obciążeń lub na podstawie liczby sypialni w domu, zamiast obecnego zużycia, które zależy od zmieniającej się liczby i zachowania mieszkańców domu.

Roczny koszt konwencjonalnego ogrzewania gazem

Roczny koszt paliwa do konwencjonalnego ogrzewania zależy od dziennego zużycia energii na ogrzewanie wody, sprawności konwencjonalnego podgrzewacza i ceny paliwa.

Roczny koszt ogrzewania wody = (365 dni/rok) * (Dzienne zużycie energii na ogrzewanie wody w termach/dzień) / UEF * Koszt paliwa ($/term)

Dla przykładu, przy założeniu benchmarkowych wartości dziennego zapotrzebowania na energię, UEF 0,64 i ceny gazu ziemnego 1,10 USD/term:

Roczny koszt ogrzewania wody = (365 dni/rok) * (0,4105 termów/dzień) / (0,64 UEF) * (1,10 USD/term) = 257,52 USD/rok

Obliczanie oszczędności dzięki systemowi solarnemu

Aby obliczyć oszczędności wynikające z zastosowania systemu solarnego, wykorzystujemy współczynnik SEF. Roczny koszt operacyjny z systemem solarnym można oszacować, modyfikując powyższy wzór:

Roczny koszt ogrzewania wody z systemem solarnym = (365 dni/rok) * (Dzienne zużycie energii na ogrzewanie wody w termach/dzień) / SEF * Koszt paliwa ($/term)

Przykład: Zakładając SEF 1,1 i koszt gazu 1,10 USD/term:

Roczny koszt ogrzewania wody z systemem solarnym = 365 * 0,4105 / 1,1 * 1,10 USD = 149,83 USD

Oszczędność roczna wynosi zatem: 257,52 USD - 149,83 USD = 107,69 USD.

System z elektrycznym zbiornikiem pomocniczym

Roczny koszt ogrzewania elektrycznego

W przypadku elektrycznego zbiornika pomocniczego, należy znać lub przeliczyć jednostkowy koszt energii elektrycznej na kilowatogodziny (kWh). Średnia cena energii elektrycznej w USA w 2021 roku wynosiła 10,42 centa za kilowatogodzinę. Hawaje mają najwyższą średnią cenę energii elektrycznej – 30,55 centa za kilowatogodzinę. Luizjana ma najniższą średnią cenę energii elektrycznej – 7,01 centa za kilowatogodzinę. Przy UEF wynoszącym 1,0 i cenie energii elektrycznej 0,1042 USD/kWh, roczny koszt ogrzewania elektrycznym podgrzewaczem wody wynosi:

Roczny koszt ogrzewania wody = (365 dni/rok) * 12,03 kWh/dzień / SEF * (0,1042 USD)

Przykład: Zakładając SEF 1,0 (dla uproszczenia, w praktyce SEF systemu solarnego będzie wyższy) i cenę energii elektrycznej 0,1042 USD/kWh:

Roczny koszt ogrzewania wody = (365 dni/rok) * 12,03 kWh/dzień / (1,0) * (0,1042 USD) = 457,54 USD/rok

Ten przykład pokazuje, że energia elektryczna jest często droższa niż gaz ziemny, co jest powszechne.

Korzyści z ogrzewania wody energią słoneczną

Oprócz potencjalnych oszczędności finansowych, ogrzewanie wody energią słoneczną oferuje szereg innych korzyści:

• Oszczędność kosztów energii: Jak pokazano w przykładach, systemy solarne mogą znacząco obniżyć roczne rachunki za energię, zwłaszcza w regionach o dużym nasłonecznieniu.
• Ochrona środowiska: Energia słoneczna jest źródłem odnawialnym i czystym, co oznacza redukcję emisji gazów cieplarnianych i mniejszy negatywny wpływ na środowisko.
• Niezależność energetyczna: Korzystanie z energii słonecznej zmniejsza zależność od tradycyjnych źródeł energii i wahań cen paliw.
• Wzrost wartości nieruchomości: Instalacja systemu solarnego może zwiększyć wartość Twojej nieruchomości.
• Długoterminowa inwestycja: Systemy solarne są trwałe i mogą służyć przez wiele lat, generując oszczędności przez cały okres eksploatacji.

Czynniki wpływające na wydajność systemu solarnego

Wydajność systemu solarnego podgrzewania wody zależy od wielu czynników, w tym:

• Lokalizacja geograficzna i klimat: Nasłonecznienie, temperatura otoczenia i zachmurzenie mają kluczowy wpływ na ilość energii słonecznej dostępnej dla systemu. Polska, choć nie jest krajem o ekstremalnie wysokim nasłonecznieniu, ma wystarczające zasoby słoneczne, aby systemy solarne były efektywne, szczególnie w miesiącach letnich.
• Rozmiar i typ systemu: Dobór odpowiedniego rozmiaru systemu do zapotrzebowania na ciepłą wodę w gospodarstwie domowym jest kluczowy. Istnieją różne typy systemów solarnych, takie jak systemy aktywne i pasywne, systemy z bezpośrednim i pośrednim przepływem czynnika grzewczego, które różnią się wydajnością i kosztami.
• Orientacja i kąt nachylenia kolektorów słonecznych: Prawidłowe ustawienie kolektorów w kierunku południowym i pod odpowiednim kątem nachylenia względem poziomu zapewnia maksymalne wykorzystanie energii słonecznej.
• Izolacja termiczna zbiornika i rurociągów: Dobra izolacja minimalizuje straty ciepła i zwiększa ogólną wydajność systemu.
• Konserwacja i regularne przeglądy: Regularne czyszczenie kolektorów, sprawdzanie stanu instalacji i ewentualna konserwacja są niezbędne dla utrzymania wysokiej wydajności systemu przez długi czas.

Podsumowanie

Ogrzewanie wody energią słoneczną jest wydajnym i opłacalnym rozwiązaniem, szczególnie w dłuższej perspektywie. Chociaż początkowy koszt instalacji może być wyższy niż w przypadku tradycyjnych systemów, długoterminowe oszczędności na rachunkach za energię, korzyści dla środowiska i rosnąca niezależność energetyczna czynią z systemów solarnych atrakcyjną inwestycję. Przed podjęciem decyzji, warto dokładnie oszacować zapotrzebowanie na ciepłą wodę, porównać dostępne systemy i skonsultować się z specjalistami w dziedzinie instalacji solarnych, aby dobrać rozwiązanie optymalnie dopasowane do Twoich potrzeb i warunków.