图片来源:Martin Holladay
能源宅男的更多思考
在美国，安装一个6千瓦的光伏(PV)系统大约需要1.8万美元。由于有30%的联邦税收抵免，这套系统只需要房主花费12600美元——如果有公用事业公司或州政府的退税，甚至更少。
这个6千瓦的系统将在波士顿每年产生约8000千瓦时(价值约1600美元)，在凤凰城每年产生约10300千瓦时(价值约1230美元)。那可是很大的电啊。
如果你想每年节省1200到1600美元的暖气或空调费用，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达到你的目标。然而，增加一个光伏系统将。
早在2006年底，位于科罗拉多州麦特里奇(Wheat Ridge)的仁爱家园(Habitat for Humanity)成为美国首个实现12个月能源净零使用的房屋，当时的净零目标颇具挑战性。11年过去了，北美的建筑商们已经实现了净零能耗的目标。这是因为设计和建造净零能耗房屋正变得越来越容易。
更便宜的PV意味着更便宜的热包络
设计净零能耗住宅的通常方法是，当住宅热围护结构的改善所节省的单位能源成本高于投资一个更大的光伏系统时，停止改善住宅的热围护结构。
在2007年，安装1千瓦光伏的成本约为8,500美元。如今，同样的光伏系统只需3000美元或3500美元。随着PV价格的下降，投资于外壳的改进越来越没有意义。为什么要升级到三层玻璃的窗户，当窗户不能节省与PV相同的能源投资时?
有了更便宜的光伏，今天优化的净零能耗住宅将有一个热围护结构，性能更差，建造成本更低……
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26日的评论
PV不能为建筑供暖
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，然后只计算PV成本和绝缘成本，它比那要复杂得多。
PV不能加热或冷却一个家庭。与较高的绝缘水平相比，更大容量或多个小分离器的成本，电阻电加热，或廉价的窗口交流机组都必须包括在内。加热和冷却系统不像PV那样持久，需要定期维护，偶尔维修，十年后需要更换一些。这些成本也需要计算在内。绝缘和大多数空气密封的一个很好的特点是(正确安装)它几乎可以永远使用，不需要维护，不需要使用者的注意。我会把它添加到文章提供的项目列表中。
清单上的另一项:有些人会反对，我们的选择也需要检查能源的来源和可持续性，而不仅仅是比较成本。我想，如果我们看的不仅仅是原始成本和回报的比较，某些类型的绝缘将优于PV(例如，纤维素，矿物棉?)，而其他类型的情况会很糟糕(例如，XPS?)
有点跑题了…最让我恼火的是，只要一提到“绝缘”这个词，人们马上就会提出成本论证。化石燃料供暖系统由许多部件组成，非常复杂，我没有看到关于整个系统包括所有部件的成本报价，包括每年的维护、偶尔的维修和更换。更不用说健康安全问题和全球变暖问题了。只是合理化绝缘。有没有人愿意提供一个大致的成本范围，或者一篇文章，说明在美国北部气候条件下，一个普通美国家庭使用化石燃料供暖的总成本?一万五千块就能买到大量的隔热和密封材料。
回复Robert Opaluch
罗伯特,
你说得对，PV当然不能给建筑供暖。就这一点而言，绝缘也不重要。很明显，良好的空气密封措施、厚的绝缘材料和低u系数的窗户可以降低供暖成本，这就是为什么GBA一直主张支持这些功能。但即使是被动式建筑也需要投资供暖系统。
在大多数情况下，美国的被动屋建筑是用无管道的小裂缝供暖的——就像大多数“相当不错”的房子一样。因此，我并不认为采用被动式空调的方法会为暖通空调部门节省大量资金。寒冷气候下的每栋房子都需要某种类型的供暖系统。
计算特定供暖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——这是一个很多人忽略的项目。)电阻热安装成本低，使用时间长，维护成本低。这是一个“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——但与没有管道的迷你裂缝相比，它肯定会增加能源费用。在未来的25年里，电阻加热器在降低维护成本方面是否能节省足够的钱来击败无管道的迷你裂缝?我对此深表怀疑，但值得一算。
你的标语——“PV不能给建筑物供暖”——是准确的，但它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，这不是你的意图，但我认为，我们大多数关心全球气候变化的人都会同意，我们需要专注于全电力解决方案。
——马丁Holladay
对Robert Opaluch的第二个回应
罗伯特,
谢谢你的两个要点建议。你关于绝缘的预期使用寿命比PV系统的预期使用寿命长的观点很重要——我在之前的几篇文章中讨论过这个问题，但我写这篇文章的时候一定是年纪大了。这一点应该在我的要点清单上，我把它加了进去。谢谢你指出这个遗漏。
你提出的第二点——“我们选择的能源来源和可持续性也需要检查，而不仅仅是比较成本”——当然是正确的，GBA多年来一直在追赶这一潮流，定期提醒我们的读者放弃XPS而选择纤维素。但是，这个话题打开了一个完整的舞台，虽然重要，但与正在讨论的主题是切题的。我不想在我们的评论区限制对这个问题的讨论，因为这是绿色建筑的一个关键点，但我选择不把它添加到项目列表中。
——马丁Holladay
标准物质
就环境影响而言，在电网过载期间向电网投入一千瓦时，并在峰值使用时间内消耗掉一千瓦时并不是“净零”。也就是说，净积极使用的房子可能比净零使用的房子更环保。
退一步思考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捐赠给一些政治事业可能会用更少的钱获得更多。
水、生命周期成本和财务/技术学习曲线。
在那些可以通过安装在房子上的阵列实现零能耗的家庭中，家庭能源蛋糕中最大的一块就是家庭热水。这一点不会因为更高性能的建筑外壳而改变。但屋顶光伏输出的自我消耗直接用于水加热，作为电力转储是一个非常便宜的成本加器。(~ 100美元/热水器)。
PV的维护成本接近于零，与维护门窗防风雨条的成本相当。在20-40年后的寿命结束时，由于PV技术的戏剧性的两位数百分比学习曲线，更换的PV系统可能比最初的系统便宜得多(和更可靠)，每生产/安装量翻一番，成本就下降约20%。现在每瓦3美元的价格到2040年可能会降到0.50美元以下。这不是天上掉馅饼。在补贴之前，公用事业规模的光伏目前的成本低于1美元/瓦，在过去的几十年里，小规模的屋顶定价只落后公用事业规模的定价3-5年。到那时，新系统不太可能仍然实行净计量，但在电池技术的学习曲线上，在并网系统上使用PV +电池的自我消费可能比目前的住宅零售价格更便宜。
即使是被动屋也需要加热和通风的机械系统。被动式房屋的3/4吨热泵与能够满足典型净零负荷的1.5吨热泵的安装成本的差异不到5000美元。维护费用几乎相同。通风系统费用和热水加热设备费用是相同的。在15-25年的使用寿命结束时，更换3/4吨和1.5吨的迷你井口的成本差异应该在2000美元以下，效率将提高10-25%，所需的电力甚至更少。
除非在美国气候7区或8区寒冷的边缘地带，否则在长时间的停电期间，净零度房屋不太可能被冻住。
安慰测量?
马丁，你在文章中提到论点2的6点都是有争议的。我理解第2-6点的好处和/或重要性是有争议的，但我希望一些类型的客观测量，甚至可能转换为经验法则，可以帮助减少关于R值提供舒适度的争论。似乎每个气候区的窗口U值和温度极值是舒适度评估中需要考虑的最相关因素。有什么线索可以告诉我们在哪里可以找到这方面的研究吗?
回应Mitchell Costa
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。大部分研究都涉及穿着内衣的大学生，当研究人员调节恒温器时，他们坐在那里。(字面意思)。后来的研究涉及各个年龄段的人。
有关此主题的更多信息，请参见安慰是什么?
简而言之:这是有争议的。
如果你把10个人聚集在一个房间里，让他们穿着相似，那么恒温器的设置不太可能满足所有10个人的要求。
总的来说，调节恒温器很容易。在美国，几乎每家每户都允许人们调高或调低恒温器的温度。除了选择恒温器设置之外，还有一些相关的问题:
1.漏风率影响舒适度。在寒冷的气候下，漏风率高的房子地板冷，天花板热。这导致了舒适度的抱怨，所以紧的房子往往比漏水的房子更舒适。有关这个问题的更多信息，请参见冰冷的地板和温暖的天花板．
2.每个房间的温度都不均匀。这个问题很常见，与两个问题有关:(a)设计不良的暖通空调系统(特别是暖通空调配电系统)，(b)房间有超大的、没有遮阳的朝东的窗户，(特别是)朝西的窗户，SHGC高。
3.与寒冷的内部表面有关的辐射不适。在美国的家庭中，这个问题仅限于单层玻璃或双层玻璃的窗户，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:在炎热的气候条件下，不隔热的天花板会散发热量，但不隔热的天花板是违法的。)根据我的经验，在温度降至华氏0度之前，用氩气填充的普通双层玻璃low-e窗对几乎所有人来说都是没问题的。零下以下，至少对一些人来说，三层玻璃窗开始起作用了。
关于这件事还有很多话要说。但是，只要建造者注意气密性，一个设计合理、建造合理的最低标准的房子很少会不舒服。被动住宅在舒适性问题上的主张——你必须坚持被动住宅的标准来实现舒适性——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
坐在靠近高窗户的地方可能是一个通风舒适的问题，尤其是房间边的低e涂料和轻薄的衣服。但显然，这很容易通过室温的小波动来解决。
这就是为什么我们是朋友
质疑权威!检验假设!该死的鱼雷!路障!
回应Dan Kolbert
丹,
我只是猜——[划痕的头——但你是否真心赞成“房子不错”的做法呢?
hearty-burny
但是是的
电动汽车会改变这种状况吗?
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，有理由认为，如果你使用电动或电动热泵，增加更多的绝缘材料，有望减少取暖需求，可以释放更多的电力为汽车充电。
Kye Ford的回答
个,
Q。“给两辆电动汽车充电需要多少电量?”
答:以下是回答这个问题的两个网站的链接:
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30千瓦时。我们称之为32千瓦时。
美国汽车平均每年行驶约13500英里。两辆车是27000英里。这将需要32 x 270 = 8,640千瓦时的电力。因此，如果你的房子有一个6千瓦的光伏系统，你将需要安装另一个6千瓦的光伏系统(可能是安装在地面阵列上，或在你的车库屋顶上)来照顾你的车辆。
马丁，我认为电动汽车的燃油效率估计太高了。我有一辆LEAF，每100公里的耗电量一直是13千瓦时。这些读数来自仪表盘上的显示。也就是每100英里21千瓦时。我看到特斯拉Model S的数据是20千瓦时/100公里，这肯定在你的范围内。
本,
谢谢你提供的数据。因此，任何对这一计算感兴趣的人都应该增加一些光伏组件，以确保安全。
第二个回答是Kye Ford
个,
Q。“随着大型汽车公司大举投资电动汽车，这将如何影响净零的论点?”
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?”相关的因素比净零的房子要少。如果我们不考虑环境问题，所有业主真正关心的是pv发电比电网发电更便宜还是更贵。
在美国大部分地区，只要当地的公用事业公司提供电价计量合同，答案就是pv发电更便宜。然而，如果你住在电网供电便宜的地方，这可能就不是真的了;如果你当地的公用事业公司不提供电价计量合同，这肯定不是真的。
当不能进行净值计量时……
马丁,
唉，我们有些人住的地方没有电表，或者当地公用事业公司不鼓励使用电表。在我所在的印第安纳州，立法机关刚刚向完全错误的方向迈出了一大步，它通过了一项法案，将以批发费率+25%(约0.04美元/千瓦时)而不是零售费率(约0.09美元/千瓦时)补偿小型发电机。
甚至在那之前，一些公用事业公司(包括我所在的当地合作社)通过每月收取40美元左右的“额外”接入费，规避了他们为电表上网的义务。附加费的价格可以根据公用事业公司的意愿而改变，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，并非一切都完了。花费大约2000 - 3000美元，房主就可以安装一个小型电池备份系统和一个升级的逆变器，作为负载转移器。白天产生的多余的电力储存在电池中，晚上(通常)需要时提取。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“花”在一个阳光明媚的夏天收集的能量在一个适当的放电深度(DoD)。在更短或更少的晴天，国防部将低(例如，25%或更少)，确保较长的使用寿命和较低的电池组年化成本。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，这一特点可能在一些车主的心目中证明了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?
我正在纽约州的荒地上看一个新建筑，并寻求信息，一个新的300英尺连接到电网将花费多少，以及创建一个离网pv/电池系统或双单元区是否有意义——尽管其他线程断言这是反社会的行为。
Brian Bailey的回应
布莱恩,
在像你这样的州，当地的公用事业公司不提供净计量合同，PV的经济效益发生了显著的变化。PV投资的回收期变得更长。
除了你建议的方法——添加一个带有适当的逆变器和控制装置的电池组——你可以考虑安装第二个电热水器，与光伏阵列硬连接。PV阵列的大小必须与油箱的大小相匹配，以避免过热，当你去度假时，系统可能不得不断开。这种热水器可以与你现有的热水器串联在管道上(作为预热器)。
回应Ethan T
伊桑,
在我的方案中，电池组是相当小的——只足够捕获和放电在假设的阳光明媚的6月21日收集的能量，减去“基本负载”的电力消耗，这主要是一个冰箱/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4.3千瓦系统，这加起来不到10千瓦时的总可用电池容量。
对于离网系统，需要一个更大的电池系统来度过冬季的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1万美元的电池组凑合。但是，从马丁自己的离网生活安排来看，他很清楚，纽约冬季的能源来源完全是另一回事。即使有足够的电池容量，光靠太阳能也不足以为照明设备和一些电器提供足够的电力，以度过黑暗多云的冬天。
回复Ethan T(评论#16)
伊桑,
Q。“我在看……是否……创建离网PV/电池系统或双单元区可能是有意义的。”
答:别这么做。离网电价在每千瓦时50美分到1美元之间。它是昂贵的。最大的开支不是光伏组件——光伏组件很便宜。最大的费用是电池、备用发电机和运行发电机的燃料。
更多信息:离网家庭的电池．
自我消费的半标准解决方案…
在不计税的情况下，确保自我消耗的一种方法是使用小型控制器，将多余的电能以极低的比例输出到电网，然后将其转移到电热水器中。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%输往电网，100%从电网进口，如果电表接入电网，就没有合法的自行消耗方式。(在那些滥用的情况下，当PV有源且正在使用电力时，客户将被收取使用“电网”的费用，该“电网”包括进口和出口仪表之间的母线——电力甚至从未离开过物业!)
但假设它可以应用，热水器的自耗控制器比电池便宜得多!这种方法假设水已经被电加热了。
按照目前的电池和光伏价格，即使有联邦税收补贴，你看到的自耗电的平均生命周期成本也远远超过0.09美元/千瓦时，但现在可能会低至0.35美元/千瓦时。但在税收和其他激励措施的作用下，光伏发电的平均成本可以低于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，你需要把所有安装成本(扣除激励措施后)降低到2美元/瓦的范围，才能超过9美分。
但是，即使自给发电的成本不是问题所在，使用热水器储存的自耗成本也只是使用电池储存的自耗成本的一小部分。
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。
你是否知道任何现成的、具有成本效益的硬线路系统解决方案，或者这些解决方案仍然完全是DIY的(例如，一个标准的电热水器与改装的直流电阻加热元件)?
Brian Bailey的回应
布莱恩,
科罗拉多州拉斐特市一家名为“下一代能源”的公司制造了一种名为“太阳能”的pv电热水器系统太阳强盗．
该公司有一个糟糕的网站，避免提供技术或控制系统的清晰描述，所以我总是在每次访问的沮丧中放弃这个网站。我不知道控制是怎么用的。
以下是该公司常见问题解答页面中的一些信息:
“问:安装太阳盗贼需要网表吗?”
答:不，Sun Bandit微电网技术不受电网影响，而且在Sun Bandit侧没有与电网的接口。
第二个回答是Brian Bailey
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”解决方案:太阳能安装商正在规避公用事业公司的限制．
第三个回答是Brian Bailey
布莱恩,
这是在英国销售的包装解决方案:SunAmp光伏．
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