PVT＾用于热水和供暖的光伏太阳能房屋

王欣荣rhdvlfqi 2022-12-07 发布于北京

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陈讲运清洁能源

原创

2022-12-7 07:49 · 来自北京

用于热水和供暖的光伏供暖正变得越来越受欢迎——由于能源价格上涨，太阳能房屋是未来！

随着当前的气候、地缘政治和经济发展，能源转型的时代已经到来。多年来，my-PV一直致力于将太阳能房屋作为未来的愿景。这些迹象从未像今天这样好。但什么是太阳能房屋？本文旨在回答这个问题和许多其他相关问题。

电转热：什么是太阳能房屋？

太阳能房屋是指基于光伏功率尽可能满足其能源需求的住宅建筑。然而，这也意味着空间供暖和热水也被生态可持续的光伏电力所覆盖。此模型通常称为“加热功率”：

当有剩余电力时，总是使用光伏产生热量。这些多余的电力不会馈入电网，而是在内部用于空间供暖或热水。

用电加热——一个图像问题

长期以来，用电取暖被认为是不经济且对气候有害的。今天的情况并非如此！随着能源转型和可再生能源的扩大，电加热正变得高效、经济和环保。但是，必须满足某些要求。

电直接加热系统过去主要从夜间储存加热器时代就被描绘得很糟糕。肮脏的煤炭和核能在夜间被烧毁，因为大型发电厂无法关闭。电力仅以1：1的比例转化为热量，而没有向系统增加环境能源。随着光伏发电进行空间加热，这种平衡发生了变化。

热水锅炉和电地暖是光伏发电产生的热量的有效“存储介质”。不会立即消耗的电力以温水、地暖或经典电池存储（ESS）的形式存储或转移。光伏系统不必进行调节，太阳能全部使用。光伏发电不足时的“备份”来自公共电网。

总而言之，这项技术已经非常成熟，甚至超过了热泵。我们公司大楼是电热技术的完美参考模型 - 包括负运营成本！

有关光伏供暖的更多信息，请点击此处。

所有类型的房屋都值得考虑电采暖吗？

原则上：不可以。有一些基本要求：太阳能供电（不要与经典太阳能热混淆）直接加热空间加热仅在供暖要求低的建筑物中有意义。我们的意思是，物业的能量指数不应超过50 kWh/m²a。

对于使用最新热技术建造或经过专业热修的单户住宅，在安装和材料使用方面，在安装过程中不需要经典的水基供暖系统，并且完全超大。

原因在于水力热分布复杂且失热。另一方面，电加热器直接在需要的地方产生热量，并且使用太阳能发电可以轻松实现所需的三到六千瓦的加热负荷。

对于每年每平方米特定供暖要求低于 50 kWh 的建筑物，有更好、最重要的是更简单的选择。这为建筑服务节省了大量的运营成本，而是使用部分预算来用光伏模块尽可能完全地填充可用的屋顶区域。

因此，重要的是要知道：纯太阳能主供暖系统仅在根据最先进技术建造或热翻新的住宅建筑中才有意义，因此具有 50 kWh/m²a 或更低的特定供暖要求！

图1：传统的水基供暖系统通常尺寸过大，以满足当今单户住宅的低供暖要求（深灰色）。

旧建筑解决方案

对于能源指数较高的房屋，一般建议是：

首先对外壳进行热改造（窗户更换、立面和天花板隔热），然后

然后选择合适的加热系统。

有一点我们很清楚：能源转型和气候保护方面最大的潜力之一是建筑物的热改造。我们期待未来在这一领域有许多令人兴奋的项目。

太阳能房屋中的热水

在未来的太阳能房屋中，不仅将使用基于光伏的电源加热房间，而且还将使用热水（DHW）进行加热。来自太阳能的热水通常只从太阳能热系统中知道。然而，这些是不必要的复杂和高维护，很难有效地工作，特别是在过渡时期和冬季。但是有一种不同且更简单的方法：

精确调制的浸没式加热器使用系统中多余的光伏功率来加热热水储罐。浸入式加热器安装在热水或缓冲储罐中，白天对水进行电加热。这样，为此目的产生的电力可以最大限度地用于家庭。同时，由于该系统中没有热流体回路，因此能量损失保持在较低水平。

您可以在此处阅读有关光伏热水的更多信息。

太阳能房屋的光伏系统必须有多大？

所需光伏系统的大小一方面取决于功耗，另一方面取决于可用的屋顶面积，还取决于盈利能力、自给自足或气候保护等参数。经验表明，家庭住宅中光伏系统的平均尺寸在7至15千瓦之间。

在这种类型的单户住宅中，室内供暖的年能源需求约为 4，000 kWh。因此，它对应于电力、热水发电和电动汽车所需的能量。为了能够在很大程度上从您自己的光伏系统为所有四个部门的能源供应提供，系统输出通常为 10 kWp或更高。

对于现代模块，这只需要50平方米的面积（假设模块输出330 Wp，1.6 m²模块面积）。这种空间通常在单户住宅的屋顶上可用！

热量如何进入太阳能房屋？

通常通过地板、墙壁或天花板上的电加热垫。与水性地板采暖相比，这些有几个优点：

它们便宜得多

这些产品中的大多数都可以铺设在现有熨平板上

在装修的情况下，只需要重做地板，而不必拆除和更换整个结构

与水基地暖一样，电加热垫也具有可以热激活地板质量的优点。因此，这可以用作光伏盈余的日存储，从而很好地补偿发电量的波动。在建筑面积为 120 平方米的房屋中，熨平板仍然可以存储 25 kWh 的能量，温度仅升高 4 度（例如从 22°C 到 26°C）。

如果您喜欢它在短时间内特别舒适和温暖，例如在浴室中，您可以有选择地和临时添加红外面板。然而，对于一般的热量输出，最好使用地板、墙壁或天花板等存储质量。

图2：太阳能房屋的示意图

为什么光伏热比热泵更生态？

热泵“只能”产生热量。它对家庭中的电力消费者没有贡献。相比之下，光伏为普通家庭用电消费者提供优先于热能发电，从而为减少从电网购买的电量做出了重大贡献。当使用功率加热时，自给自足的程度会增加！

在低能耗房屋中，太阳能发电建筑技术在能源效率方面与空气热泵相当。下面显示了热泵系统和线性（！）输出控制的光伏发电之间的比较，使用单户住宅的示例项目。

一般条件

位置：上奥地利州

光伏功率： 10 kWp

生活空间：120 平方米，供暖需求约 30 kWh/m²a

家庭用电量：4，000 kWh/a

没有电池存储，没有电动汽车。

热水需求：200升/天（4人）

图3：无光伏的能量平衡空气热泵

如图3所示，热泵使用绿色能量来提供热量，该能量通过从周围空气中蒸发制冷剂来捕获。它自身的驱动电源始终由主电源供电。这两种能量的总和代表可用于热水制备和建筑供暖的热量输出。无论如何，电力家庭消费者的常规电力需求也必须由公共电网覆盖。总的来说，每年的能源量接近7，000千瓦时，在这种情况下，这些能量来自电网，以便为家庭消费者提供热量。

图4：光伏发热的能量平衡

现在正在考虑在同一栋建筑中使用纯太阳能电力建筑版本。在此示例中，计算中考虑了具有10 kWp的光伏系统。光伏发电现在为家庭用电消费者提供优先于热能发电。除了仅购买 4，800 kWh 的光伏变体的较低电网外，还有约 3，900 kWh 的额外上网电上网功率。

太阳能电力建筑技术的年性能系数为9.59。与热泵一样，该关键数字描述了没有家庭电力消费者的热量输出/电网购买系数。

纯电动建筑技术如何具有年度性能系数？

电热发生器本身没有年度性能系数，就像地板采暖系统的水回路一样。只有整个系统才能实现这样的因素。热泵所需的系统部件有：蒸发器、压缩机、冷凝器和节流阀。环境能量通过蒸发器吸收。对于空气热泵，热源是环境空气。它被太阳加热。

在太阳能 - 电力变体中，光伏系统取代了蒸发器。因此，环境能源的原始来源也是太阳。能源现在是电力而不是制冷剂。细电缆不仅取代了复杂的管道系统，而且取代了没有定期维护就无法实现的技术。

关于太阳能电的概念，光伏具有与蒸发器在热泵的情况下相同的功能。在光伏的情况下，太阳被用作原始能源，将环境能量带入系统。

最大的优势是现在可以用电代替热量进行配电。“电缆代替管道”使系统简单且更具成本效益。这也对维护成本产生了重大影响。

为什么不将热泵和光伏结合起来呢？

原因多种多样：一方面，热泵的电驱动功率一般不是线性可变的，这是与光伏结合的基本要求。然而，将纯电热源与合适的功率控制器结合使用时，发热是“光伏就绪”的。

另一个方面是成本。当然，两个系统（光伏和传统供暖相结合）相应地更昂贵，并且对于广大建筑商和房主来说往往是一个财务障碍。此外，还有维护热泵的金钱费用。

第三点：音量。无需移动部件即可工作的建筑技术不仅维护成本低，而且噪音低。