图片来源:Martin Holladay
一个能源迷的更多思考
在美国许多地区，一个6千瓦的光伏(PV)系统的安装费用约为1.8万美元。由于有30%的联邦税收抵免，该系统只需花费房主12,600美元——如果公用事业或州政府有退税，甚至更少。
这个6千瓦的系统将在波士顿每年生产约8000千瓦时(价值约1600美元)，在凤凰城每年生产10300千瓦时(价值约1230美元)。这是很大的电力。
如果你想每年节省1200到1600美元的供暖或空调费用，并且你愿意为此投资高达12600美元，你可能会发现增加隔热材料或新窗户并不能让你达到目标。然而，增加一个光伏系统将会。
2006年年底，科罗拉多州麦岭市的一幢“仁人家园”(Habitat for Humanity)住宅成为美国首个实现12个月净零能耗的住宅，实现净零能耗的目标颇具挑战性。11年后，北美各地的建筑商都实现了净零能耗的目标。这是因为设计和建造一个零能耗的房子变得越来越容易了。
更便宜的PV意味着更便宜的热包层
通常设计净零能耗房屋的方法是停止改善房屋的热包络，当包络改善每单位节能的成本高于投资更大的光伏系统时。
2007年，安装1千瓦的光伏发电成本约为8,500美元。如今，同样的光伏系统只需花费3000或3500美元。随着光伏价格的下降，在包线改进方面的投资越来越没有意义。为什么要升级到三层玻璃窗，因为窗户不能像同等投资的光伏那样节省能源?
有了更便宜的光伏，今天优化的净零能耗住宅将有一个性能更差、建造成本更低的热包络…
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26日的评论
光伏发电不给建筑供暖
成本合理的替代方案当然很重要。本文是一个起点。我希望人们不要读这篇文章，然后只是计算PV的成本和隔热的成本，它比这复杂得多。
光伏发电不会给房子供暖或制冷。在与更高绝缘水平的比较中，必须包括更大容量或多个小分裂，电阻电加热或便宜的窗口AC单元的成本。加热和冷却系统的使用寿命不像光伏那样长，需要定期维护，偶尔维修，十年后需要更换。这些费用也需要包括在内。隔热和大多数空气密封的一个很好的特点是(正确安装)它几乎永远持续下去，不需要维护，也不需要占用者的注意。我会将其添加到文章中提供的项目列表中。
清单上的另一项补充内容是:一些人会反对说，我们选择的能源来源和可持续性也需要加以审查，而不仅仅是比较成本。我想，如果我们不仅仅考虑原始成本和回报比较(例如，纤维素，矿棉?)，某些类型的绝缘材料将优于光伏，而其他类型的绝缘材料将表现不佳(例如，XPS?)
有点跑题了…最让我恼火的是，每当提到“绝缘”这个词，人们就会立即提出成本理由。化石燃料加热系统是复杂的，有许多组件，我没有看到他们的报价，整个系统的所有组件的成本，包括每年的维护，偶尔的维修和更换。更不用说健康和安全问题以及全球变暖了。只是为了节省成本。有人愿意提供一个大致的成本范围，或者一篇文章，关于在美国北部气候下，一个普通美国家庭使用化石燃料供暖的总成本吗?一万到一万五买了大量的绝缘材料和空气密封材料。
对Robert Opaluch的回应
罗伯特,
你是对的，当然，PV不会给建筑供暖。就此而言，绝缘也没有。显然，良好的空气密封措施、厚的隔热层和低u系数窗户降低了供暖成本，这就是为什么大湾区一直主张支持这些功能的原因。但即使是被动式房屋也需要投资供暖系统。
在大多数情况下，美国的被动式房屋建筑是用无管道的小隔板加热的——就像大多数“不错”的房子一样。因此，我不期望通过采用被动式房屋的方式在暖通空调部门节省大量资金。在寒冷的气候里，每所房子都需要某种供暖系统。
计算特定加热设备的长期成本是困难的，但尝试这样的计算是有意义的。(例如，我写过几篇关于维护太阳能热系统成本的文章——这是许多人忽略的一项。)电阻热安装成本低，使用寿命长，维护成本低。这是一种“笨得像石头”的系统，有时对高度绝缘的建筑来说是有意义的——但与无管道的小隔间相比，它肯定会增加能源账单。在未来的25年里，电阻加热器是否能在减少维护成本方面节省足够的资金，从而击败无管道的迷你分体式加热器?我对此深表怀疑，但值得一试。
你的标语——“光伏不会给建筑供暖”——是准确的，但这可能会导致一些读者得出结论，他们需要安装一个燃油锅炉。我知道，这不是你的本意——但我认为，我们大多数关心全球气候变化的人都会同意，我们需要把重点放在全电动解决方案上。
——马丁·霍拉迪
对Robert Opaluch的第二个回应
罗伯特,
谢谢你的两个重点建议。你关于绝缘预期使用寿命长于光伏系统预期使用寿命的观点很重要——我在之前的几篇文章中已经讨论过这个问题，但我在写这篇文章的时候一定是老了。这一点属于我的项目列表，我已经添加了它。谢谢你指出这个遗漏。
你建议的第二点——“我们选择的能源来源和可持续性也需要进行检查，而不仅仅是比较成本”——当然是正确的，大湾区多年来一直在追随这一潮流，经常提醒我们的读者放弃XPS，转而选择纤维素。但是，这个主题打开了一个完整的问题舞台，这些问题虽然重要，但与正在讨论的主题无关。我不想在评论区限制对这个问题的讨论，因为这是绿色建设者的一个关键点，但我选择不把它添加到项目列表中。
——马丁·霍拉迪
标准物质
就环境影响而言，在电网过剩期间投入电网的1千瓦时和在高峰使用时间抽出的1千瓦时并不是“净零”。也就是说，一个净正使用的房子可能比一个净零使用的房子更环保。
退后一步，想想自己想要达到的目标是很有意义的。投资公用事业规模的太阳能或向一些政治事业捐款可能会以更少的钱获得更多的收益。
水、生命周期成本和财务/技术学习曲线。
在可以通过安装在房子上的阵列来满足净零能源的家庭中，家庭能源蛋糕中最大的一块是家庭热水。这不会因为更高性能的建筑围护结构而改变。但是，屋顶光伏输出用于水加热作为电力转储的自我消耗是一个非常便宜的成本加法。(~ 100美元/热水器)。
PV的维护成本几乎为零，与维护门窗挡风雨条的成本相当。在20-40年的使用寿命结束时，替换光伏系统可能比初始系统便宜得多(也更可靠)，因为光伏技术的学习曲线达到了惊人的两位数，每增加一倍的制造/安装量，成本就会下降约20%。目前每瓦3美元的成本，到2040年可能低于每瓦0.50美元。这不是天上掉馅饼。在补贴之前，公用事业规模的光伏发电目前的总成本不到1美元/瓦，在过去的几十年里，小规模的屋顶定价只落后于公用事业规模的定价3-5年。到那时，净计量不太可能在新系统中仍然有效，但根据电池技术的学习曲线，在并网系统中使用光伏+电池的自我消费可能比今天的住宅零售价格更便宜。
即使是被动式房屋也需要机械系统来供暖和通风。被动式房屋的3/4吨热泵与典型净零负荷房屋的1.5吨热泵的安装成本差异不到5000美元。维护成本几乎相同。通风系统费用与热水采暖设备费用相同。在15-25年的寿命结束后，更换3/4吨和1.5吨微型分离器的成本差异应该在2000美元以下，效率将提高10-25%，所需的功率甚至更少。
除了在美国气候区7或8区的寒冷边缘，在长时间停电期间，零净值房屋不太可能被冻死。
安慰测量?
Martin，你在文章中提到第二点的六点都是有争议的。我明白第2-6点的好处和/或重要性是有争议的，但我希望一些客观的测量，甚至可能转化为经验法则，可以帮助减少关于R值提供的舒适度的争论。似乎每个气候区的窗口U值和极端温度将是舒适度评估中需要考虑的最相关因素。有什么线索可以找到这方面的研究吗?
米切尔·科斯塔的回应
米切尔,
多年来，有很多关于舒适度的研究，其中一些可以追溯到20世纪50年代和60年代，由ASHRAE和学术研究人员进行。大部分研究都是让大学生穿着内衣坐在那里，研究人员调节恒温器。(字面意思)。后来的研究涉及了各个年龄段的人。
有关此主题的详细信息，请参见什么是舒适?
简而言之:这是有争议的。
如果你召集10个人，穿着相似，把他们都放在一个房间里，不太可能有一个恒温器的设置能让所有10个人都满意。
总的来说，调节恒温器很容易。在美国，几乎每户人家都允许人们把恒温器调高或调低。除了选择恒温器设置之外，还有一些相关问题:
1.漏气率影响舒适度。在寒冷的气候下，漏风率高的房子会有冷地板和热天花板。这就导致了对舒适度的抱怨，所以紧绷的房子往往比漏水的房子更舒适。有关此问题的更多信息，请参见冷地板和暖天花板．
2.房间间的温度不均匀。这个问题很常见，与两个问题有关:(a)暖通空调系统(特别是暖通空调配电系统)设计不良;(b)房间的窗户过大，朝东或(特别是)朝西，窗户SHGC很高。
3.与冷的室内表面有关的辐射不适。在美国家庭中，这个问题仅限于单层或双层玻璃窗，因为干墙、地板和天花板通常处于合适的温度范围内。(也有例外:在炎热的气候里，不保温的天花板会散发热量，但不保温的天花板是违法的。)根据我的经验，在气温降至华氏0度之前，普通的双层氩气低热量玻璃窗基本上对所有人都有效，至少对一些人来说，低于0度的三层玻璃窗就开始起作用了。
关于这个问题还有很多要说的。但我只想说，只要建筑商注意密封性，一个设计合理、建造规范最低的房子很少会让人不舒服。被动式房屋关于舒适问题的说法——你必须遵守被动式房屋标准才能达到舒适——被夸大了。
窗口的安慰
这里有一个很好的窗口舒适度计算器:
http://www.payette.com/building-science/glazing-and-winter-comfort-tool
闲坐在靠近高窗的地方可能会带来通风舒适度问题，尤其是房间一侧的低辐射涂层和轻薄的衣服。但显然，这很容易在室温下修复。
这就是我们成为朋友的原因
质疑权威!检验假设!该死的鱼雷!到街垒去!
对Dan Kolbert的回应
丹,
我只是猜测——[划痕的头——但你可能是在表达对“相当不错的房子”方法的衷心支持吗?
hearty-burny
但是是的
电动汽车会改变这一点吗?
随着大型汽车公司在电动汽车上投入巨资，这将如何影响净零的论点?给两辆电动汽车充电需要多少电力?考虑到这种新的需求，可以提出增加更多的绝缘材料，希望减少供暖需求，如果你使用电动或电动热泵，可以释放更多的电力来给汽车充电。
对凯·福特的回应
个,
Q。“给两辆电动汽车充电需要多少电力?”
下面是两个网站的链接，可以回答这个问题:
http://www.afdc.energy.gov/fuels/electricity_charging_home.html
https://pluginamerica.org/how-much-does-it-cost-charge-electric-car/
一个站点估计每100英里34千瓦时，另一个站点估计每100英里30千瓦时。我们设它为32kwh。
美国汽车平均每年行驶约13500英里。两辆车就是27000英里。这将需要32 x 270 = 8,640千瓦时的电力。所以，如果你的房子有一个6千瓦的光伏系统，你需要安装另一个6千瓦的光伏系统(可能在地面安装的阵列上，或者在你的车库屋顶上)来照顾你的车辆。
马丁，我觉得电动汽车的燃油效率估计太高了。我有一辆LEAF，每100公里的电量一直是13千瓦时。这些读数来自仪表盘上的显示屏。也就是每100英里21千瓦时。我看过特斯拉S型车每100公里20千瓦时的数据，这肯定在你的范围内。
本,
谢谢你提供的数据。因此，任何对这种计算感兴趣的人都应该增加一些PV模块以确保安全。
对凯·福特的第二个回应
个,
Q。“随着大型汽车公司在电动汽车上投入巨资，这将如何影响‘净零’的说法?”
答:净零的论点基于成本效益。如果我们用同样的标准来回答这个问题，“我应该投资一个光伏阵列来给我的汽车充电吗?”相关因素要比零净房屋少。如果我们不考虑环境问题，所有的业主真正关心的是光伏发电是否比电网供电更便宜或更昂贵。
只要当地公用事业公司提供净计量合同，在美国大部分地区，答案是光伏发电更便宜。然而，如果你住在电网供电便宜的地方，这可能不是真的，如果你当地的公用事业公司不提供净计量合同，这肯定是不正确的。
当没有净计量时…
马丁,
唉，我们中的一些人住的地方没有净计量，或者当地公用事业公司不鼓励使用净计量。在我所在的印第安纳州，立法机构刚刚在完全错误的方向上迈出了一大步，他们通过了一项法案，该法案将以批发电价+25%(约0.04美元/千瓦时)而不是零售电价(约0.09美元/千瓦时)来补偿小型发电机。
甚至在此之前，一些公用事业公司(包括我当地的合作社)就通过收取每月约40美元的“额外”接驳费来规避净计量的义务。溢价费用的价格会随公用事业公司的一时兴起而变化，而且只有一个方向(每年上涨)。
对于我们这些被困在这种不愉快的政治气候中的人来说，并非一切都输了。大约花2000到3000美元，一个家庭就可以安装一个小型电池备用系统和一个升级的逆变器，它可以作为负载转移器。白天产生的多余电力储存在电池中，并在夜间(通常)需要时抽出。一旦电池被充分放电，为第二天的预期发电量留下容量，逆变器就会切换回电网供电。
电池组的大小可以优化，以提供足够的容量，以在适当的放电深度(DoD)下“花费”一个阳光明媚的夏日收集的能量。在较短或较少阳光的日子里，DoD将很低(例如25%或更低)，确保电池组的使用寿命长，年化成本低。这种类型的系统有一个附带的好处，即在停电的情况下，从太阳能电池板提供可行的备用电源，这一特性可能证明一些车主认为电池的额外成本是合理的。
布莱恩，到那时你离“断网”还有多远?
我正在看纽约州一块未开发土地上的新建筑，想了解一下新建300英尺的电网连接需要多少钱，以及创建一个离网光伏/电池系统或两个单元的区域是否有意义——尽管其他线程断言这是反社会行为。
对Brian Bailey的回应
布莱恩,
在像你这样的州，当地公用事业公司不提供净计量合同，光伏发电的经济效益发生了重大变化。光伏投资的投资回收期变得更长。
除了你建议的方法——增加一个带有适当逆变器和控制器的电池组——你可以考虑安装第二个电热水器，硬连接到光伏阵列上。光伏阵列的大小必须与水箱的大小相匹配，以避免过热，并且当你去度假时，系统可能不得不断开连接。这种热水器可以通过管道与您现有的热水器串联(作为预热器)。
对Ethan T的回应
伊桑,
在我的场景中，电池组非常小——刚好足以捕获和释放在假设晴朗的6月21日收集的能量，减去“基本负载”功耗，主要是冰箱/冰柜和一些恒定负载，如氡缓解风扇，互联网路由器等。对于我的4.3kW系统，这加起来不到10kWh的总可用电池容量。
对于离网系统，需要一个大得多的电池系统来度过冬天的一段阴天而不过度使用发电机。我猜一个相当吝啬的离网能源消费者可以用一个价值1万美元的电池组。但纽约冬季的能源来源完全是另一回事，马丁从自己的离网生活安排中很清楚这一点。即使有足够的电池容量，仅靠太阳能也不足以在黑暗多云的冬天为灯光和一些电器供电。
对Ethan T的回应(评论16)
伊桑,
Q。“我在看……是否……创建离网光伏/电池系统或双单元区可能是有意义的。”
答:不要这么做。离网电力的成本在每千瓦时50美分到1美元之间。它是昂贵的。最大的开销不是光伏组件——光伏组件很便宜。最大的开支是电池、备用发电机和运行发电机的燃料。
更多信息请点击这里:离网家庭用电池．
一个半标准的自我消费解决方案…
在非净计量的情况下，一种确保自我消费的方法是小型控制器将多余的电力倾倒到电热水器中，否则这些多余的电力将以极低的价格输出到电网。这是否可行/合法取决于公用事业和监管机构。在一些地方，需要100%的输电网和100%的输电网，如果是并网的，就没有合法的自用方式。(在那些滥用的情况下，当光伏发电处于活动状态并且正在使用电力时，客户要为使用“电网”而收费，该“电网”由进出口仪表之间的母线组成——电力甚至从未离开过物业!)
但假设它可以应用，热水器的自我消耗控制器比电池便宜得多!这种方法假定水已经被电加热。
以目前的电池和光伏价格，即使有联邦税收补贴，你也会看到自我消费电力的平均生命周期成本远远超过0.09美元/千瓦时，但到目前为止，它可能低至0.35美元/千瓦时。但有了税收和其他激励措施，光伏发电的平准化成本可以低于0.09美元/千瓦时。在18%的容量系数(典型的印第安纳州)和4%的折扣率下，你需要将所有的安装成本(在奖励之后)降低到2美元/瓦的范围内，才能超过9美分。
但是，即使自我发电的平均成本不是问题，热水器储存的自我消耗也只是电池储存的自我消耗成本的一小部分。
太阳能热水
马丁,黛娜,
谢谢你的评论-我确信要重新考虑用多余的发电来加热水。
您是否知道任何现成的，具有成本效益的硬连线系统解决方案，或者这些解决方案仍然是完全DIY(例如，一个标准的电热水器与改装的直流电阻加热元件)?
对Brian Bailey的回应
布莱恩,
位于科罗拉多州拉斐特的一家名为“下一代能源”的公司，生产了一种太阳能电热水器系统太阳强盗．
这家公司的网站很糟糕，没有提供对技术或控制系统的清晰描述，所以我每次访问都很沮丧地放弃了这个网站。我不知道怎么控制。
以下是该公司FAQ页面上的一些信息:
问:安装Sun Bandit需要净水器吗?
“答:不，太阳土匪微电网技术可以在没有电网的情况下工作，并且在太阳土匪这边没有与电网的接口。”
对布莱恩·贝利的第二个回应
布莱恩,
这里有一篇文章的链接，解释了他们在澳大利亚是如何做到的:
如何将多余的太阳能光伏转移到热水缸．
更多关于澳大利亚的“游击式”解决方案:太阳能安装商正在绕过公用事业公司的限制．
对布莱恩·贝利的第三次回应
布莱恩,
这是在英国销售的包装解决方案:SunAmp光伏．
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