Saulės Kolektoriai Patalpų Šildymui: Principas, Tipai ir Privalumai

Pastaraisiais metais, kylant susirūpinimui dėl klimato kaitos ir augant energijos kainoms, šilumos siurbliai ir saulės kolektoriai tampa vis populiaresne alternatyva tradiciniams šildymo būdams, tokiems kaip dujiniai ar kietojo kuro katilai. Šilumos siurbliai ir saulės kolektoriai ne tik padeda sumažinti šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisijas, bet ir leidžia namų savininkams sutaupyti ilgalaikėje perspektyvoje. Lietuvoje, kur šildymas yra viena didžiausių namų ūkių išlaidų, tokie sprendimai tampa vis populiaresni, ypač dėl valstybės paramos ir augančio gyventojų sąmoningumo.

Šiame straipsnyje išsamiai apžvelgsime saulės kolektorius, jų tipus, veikimo principus, privalumus ir trūkumus, ekonominę naudą bei pritaikymo galimybes.

Saulės Kolektorių Veikimo Principas ir Tipai

Saulės kolektoriai - tai įrenginiai, skirti sugauti saulės energiją ir ją paversti šiluma. Iš esmės veikimo principas yra tas pats - absorbuojama matoma šviesa ant specialios dangos virsta šilumine energija ir atiduodama šilumnešiui, kuris perneša tiek ir išsklaidyta.

Ši šiluma gali būti naudojama vandens šildymui, patalpų šildymui ar kitoms reikmėms. Saulės kolektoriai naudoja atsinaujinančią energiją iš aplinkos, todėl jų anglies dvideginio (CO2) emisijos yra gerokai mažesnės nei tradicinių šildymo sistemų, naudojančių iškastinį kurą, tokių kaip dujos ar anglis. Yra du pagrindiniai saulės kolektorių tipai: plokštieji ir vakuuminiai.

Saulės vandens šildymo sistemas sudaro akumuliacinės talpyklos ir saulės kolektoriai.

Aktyviosios saulės vandens šildymo sistemos taip pat būna dviejų tipų - tiesioginės ir netiesioginės. Tiesioginėse cirkuliacijos sistemose buitinį vandenį siurbliai priverčia judėti per kolektorius į namo patalpas. Jie gerai veikia klimato sąlygomis, kurioms nebūdinga neigiama aplinkos temperatūra. Netiesioginėse cirkuliacijos sistemose siurbliai vandenį arba neužšąlantį šilumnešį per kolektorių perduoda į šilumokaitį, kuriame papildomai pašildytas vanduo patenka į patalpas.

Pasyviosios saulės vandens šildymo sistemos yra paprastesnės ir pigesnės nei aktyvios sistemos, tačiau jos nėra tokios veiksmingos. Vis dėlto jos gali būti patikimesnės ir tarnauti ilgiau. Yra du pagrindiniai pasyviųjų sistemų tipai.

Pirmoji - tai integruota kolektoriaus ir rezervuaro sistema. Rezervuaras šioje sistemoje dengiamas permatoma medžiaga, užtikrinančia, kad saulė šildytų vandenį. Vanduo iš rezervuaro patenka į vandentiekio sistemą. Geriausiai veikia vietose, kur temperatūra retai nukrenta žemiau nulio. Taip pat gerai veikia namų ūkiuose, kuriems reikia karšto vandens dienos ir vakaro metu.

Kita pasyviųjų sistemų rūšis - termosifono sistemos.

Plokštieji Saulės Kolektoriai

Plokštieji saulės kolektoriai yra paprastesnės konstrukcijos ir pigesni. Jie susideda iš plokščio absorberio, padengto specialia danga, kuri sugeria saulės spindulius. Absorberis yra izoliuotas nuo aplinkos, o viršuje uždengtas stiklu, kuris praleidžia saulės šviesą, bet sulaiko šilumą. Jie turi akivaizdžiai didesnius nuostolius į aplinką, todėl jie nelabai tinkami mūsų klimatinei juostai.

Jie labai plačiai naudojami šiltesnio klimato juostose, kadangi nuostoliai į aplinką tokiu atveju maži dėl mažo temperatūrų skirtumo tarp įkaitinto šilumnešio ir aplinkos. Jų panaudojimas tikslingas tik esant vartojimo sezoniškumui (šiltuoju periodu) ir kartu su šiltinimo sprendimais.

Saulės kolektorių saugo specialus smūgiams atsparus stiklas, kuris taip pat gerina ir elemento izoliacines ypatybes. Šio tipo kolektorių privalumas mažas šilumnešio tūris (apie 8 litrai) ir slėginė sistema (iki 10 atm.), todėl jį tikslinga užpildyti neužšąlančiu šilumnešiu propilenglikoliu (iki -32 ar -35 oC priklausomai nuo tirpalo koncentracijos).

Didžiausi trūkumai yra trumpas efektyvus veikimo laikas, dideli šilumos nuostoliai į aplinką taigi ir mažas efektyvumas. Efektyvumą galima lyginti su savadarbiais kolektoriais pagamintais iš senų radiatorių ir tamsiai nudažytų statinių. Šilumos nuostoliai nulemti konstrukciškai, nes norint, kad nesikondensuotų vanduo padarytos drenažinės skylės, per kurias turime ne tik kondensato nutekėjimą bet ir šilumos nuostolius.

Su kietojo kuro katilu geriausiai dera plokštieji saulės kolektoriai, nes jie 80 proc. per metus surenkamos šilumos energijos gauna vasaros metu, kai kietojo kuro katilas nenaudojamas arba naudojamas mažai.

Vakuuminiai Saulės Kolektoriai

Vakuuminiai saulės kolektoriai yra efektyvesni už plokščiuosius, ypač šaltesniu oru. Jie susideda iš daugelio vakuuminių vamzdžių, kurių viduje yra absorberis. Vakuumas tarp vamzdžio sienelių sumažina šilumos nuostolius, todėl kolektorius gali pasiekti aukštesnę temperatūrą. Šilumnešis cirkuliuoja per vamzdžius ir surenka šilumą.

Absorberio šilumos izoliacijai naudojami dvisieniai arba vienasieniai stikliniai vamzdžiai-termosai. Reklamoje nurodomi techniniai parametrai atrodo labai įspūdingai - 3 kartus mažesni nuostoliai, maksimali sąstingio ( kai nėra skysčio cirkuliacijos) temperatūra siekia apie 250 oC, debitas iki 300 l/h vienam paviršiaus ploto metrui. Realiai temperatūra priklauso nuo naudojamo šilumnešio virimo temperatūros, aukščiau kurios temperatūra nepakyla. Debitą, kaip ir cirkuliacinio siurblio apsisukimų skaičių, priklausomai nuo užduotų sąlygų reguliuoja valdiklis.

Vakuuminių vamzdelių konstrukcija skiriasi: naudojami tiesioginio pratakumo, U tipo ir su šiluminiais vamzdeliais.

Paprasčiausiuose - tiesioginio pratakumo kurie dar vadinami "Sydney" tipo arba "vanduo kolboje", su dvigubo stiklo kolbomis, gali būti naudojamas vanduo. Jie efektyviausi, našiausi ir pigiausi.

U tipo vamzdeliai - pradžioje buvę populiarūs, dabar Lietuvoje retai siūlomi. Turi problemų esant perkaitimui, kai vamzdelyje atsiradus burbulams, juos pašalinti iš kolektoriaus labai sudėtinga. Konstrukcijoje taikant „šilumos vamzdžius“ (heat pipe), juose šilumą perneša tarpinis agentas, vykstant faziniams virsmams (virimas, kondensacija) palyginti žemoje temperatūroje.

Taip yra todėl, kad tokiame saulės kolektoriuje absorberis iš vidaus visą kolbą būna padengęs 180º kampu, o plokščiasis saulės kolektorius geriau sugeria spindulius, kai šie krinta kuo statesniu kampu.

Vakuuminiai ar Plokštieji: Kuris Efektyvesnis?

Vakuuminiai kolektoriai yra efektyvesni už plokščiuosius, ypač žemesnėje temperatūroje ir esant mažesniam saulės apšvietimui. Tai reiškia, kad jie geriau tinka Lietuvos klimatui, kur saulės šviesos kiekis žiemą yra mažesnis. Nors vakuuminiai kolektoriai paprastai yra brangesni, jų didesnis efektyvumas gali atsipirkti per ilgesnį laikotarpį.

Saulės Kolektorių Privalumai ir Trūkumai

Privalumai

• Ekologiškumas: Saulės kolektoriai naudoja atsinaujinančią saulės energiją, todėl jų anglies dvideginio (CO2) emisijos yra gerokai mažesnės nei tradicinių šildymo sistemų. Naudodami alternatyvią energiją prisidedate prie taršos mažinimo ir galite pagrįstai didžiuotis - esate iš tiesų madingas ir progresyvus. Jūs rūpinatės ne tik savo nauda, bet ir ateities kartų gerove, bei mažinate klimato kaitą.
• Ekonomiškumas: Saulės energija yra nemokama, todėl saulės kolektoriai leidžia sutaupyti pinigų už šildymą ir karštą vandenį. Priklausomai nuo sistemos dydžio, vien karšto vandens ruošimas Jums atpirks investicijas į saulės kolektorių per 1,5-2 sezonus.
• Universalumas: Saulės kolektorius gali šildyti Jūsų grindinio šildymo sistemą, beveik ištisus metus. Pagrindinė paskirtis - ruošti karštą vandenį. Šiltu metų laiku perteklinę šilumą Jūs galėsite panaudoti lauko ar vidaus baseino vandeniui šildyti. Vasarą saulės kolektoriai gali džiovinti žemės ūkio produkciją, medieną ir t.t. Galima panaudoti šilumą šiltnamio temperatūrų svyravimams sumažinti (dieną šiluma sukaupiama - naktį cirkuliuoja gyvatuku ir šildo šiltnamį (orą ar žemę).
• Maža priežiūra: Saulės kolektorių sistemą galima lengvai pritaikyti prie esamos katilo sistemos ir komplektuoti pagal poreikius. Turint katilą su boileriu, jums tereikės saulės kolektoriaus ir valdiklio (sistemos kaina ženkliai mažesnė). Saulės sistema nereikalauja priežiūros. Išvykus iš namų ilgesniam laikui, cirkuliacinis siurblys veikia budinčiuoju režimu. Rūpesčius dėl malkų sandėliavimo ir nuolatinio kūrenimo galima tiesiog pamiršti. Jos tiesiog prijungiamos (priderinamos) prie esamos sistemos ir pilnai perima jos funkcija nuo pavasario pradžios iki rudens pabaigos (apie 8 mėn.). Sistemai nereikia jokios priežiūros - ją kontroliuoja elektroninis loginis programuojamas valdiklis. Šiam valdikliui parametrus užduoda pats vartotojas (juos tikslinga pakeisti keičiantis sezonui).
• Ilgalaikiškumas: Saulės kolektoriai tarnaus ne mažiau kaip 20-25 metus (realiai kol atsiras kitokios technologinės alternatyvos). Įsigytas kolektorius Jums tarnaus ne mažiau kaip 20-25 metus (realiai kol atsiras kitokios technologinės alternatyvos).
• Energetinė Nepriklausomybė: Labai ženkliai prisidedate prie energetinės nepriklausomybės - asmeninės ir valstybės. Turint saulės kolektorių Jums nebereikės rūpintis malkomis ar anglimis ir jas sandėliuoti, taigi atliks laiko, sistemos valdymą už Jus atliks elektroninis valdiklis/reguliatorius.
• Komfortas: Kieto kur sistemos reikalauja būtinos priežiūros visą jų eksploatacijos laiką. Būtinas malkų ruošimas, sandėliavimas, pakuros pakrovimas, degimo proceso priežiūra. Visą laiką egzistuoja apsinuodijimo smalkėmis pavojus. Saulės sistema nereikalauja priežiūros.

Trūkumai

• Pradinės Investicijos: Saulės kolektorių įrengimas reikalauja pradinių investicijų, kurios gali būti didesnės nei tradicinių šildymo sistemų.
• Priklausomybė nuo Saulės: Saulės kolektorių veikimas priklauso nuo saulės šviesos kiekio, todėl jų efektyvumas mažesnis apsiniaukusiomis dienomis ir žiemą. Deja alternatyvą vis tiek reikia turėti. Kai nėra tiesioginio saulės apšvietimo - šilumos kiekis yra per mažas. Tačiau montuojant saulės sistemą alternatyva savaime numatoma, nes yra papildomas pašildymas elektra (tenu) boileryje, kurį valdo saulės sistemos valdiklis.
• Vietos Poreikis: Saulės kolektoriams reikia pakankamai didelio ploto ant stogo ar žemės, kad būtų galima efektyviai sugauti saulės energiją.
• Estetika: Kai kuriems žmonėms saulės kolektoriai ant stogo gali atrodyti neestetiškai.

Ekonominė Nauda ir Atsiperkamumas

Saulės kolektorių ekonominė nauda yra akivaizdi - jie leidžia sutaupyti pinigų už šildymą ir karštą vandenį. Atsiperkamumas priklauso nuo įvairių faktorių, tokių kaip saulės kolektorių tipas, sistemos dydis, energijos kainos ir valstybės parama.

Priklausomai nuo sistemos dydžio (kolektorių plotas ir boilerio talpa) ir sudėtingumo (funkcionalumo) - visa investicija atsipirks per 1,5-2 sezonus. Taigi grubiai skaičiuojant Jūsų investicija duoda apie 50-75 procentų grąžą. Ji greitai atsiperka ir vėliau sistema nereikalaudama jokių papildomų investicijų, duoda tą pačią grąžą kasmet ir tarnauja apie 20-25 metus.

Problema skaičiuojant saulės kolektorių atsipirkimą yra ta, kad sistema ir komponentai vertinami kaip išlaidos, kai tuo tarpu tai yra investicija, nes investuoti pinigai visą likusį laikotarpį (apie 25 metus) Jums uždirba pinigus.

Tuo tarpu katilas ir kuras jam yra išlaidos, nes jis susivartoja ir kiekvieną kartą reikalauja naujų sąnaudų. Reikia atsižvelgti ir į tai, kad katilas per tą laiką susidėvės ir jį reikės keisti mažiausiai 2-3 kartos, o kuro kaina visą laiką didės.

Taip pat reikia įvertinti netiesiogines sąnaudas sandėliuoti, perkrauti kurą, aptarnauti katilą, - jo negalima palikti be priežiūros.

Saulės sistemos atžvilgiu jos aptarnavimas sudaro apie 10 min. per sezoną, o sąnaudos el. energija cirkuliaciniam siurbliui (siurblys dirba apie 1000 val per metus 20-30 vatų galingumu).

Saulės sistema yra alternatyva ir investicija. Sistema kainuoja pigiau kaip vidutinis katilas (neskaitant „buržuikos“).

Kaip Apskaičiuoti Atsiperkamumą?

Tradiciškai skaičiuojant atsiperkamumą galima vertinti tik sutaupytą kurą. Priklausomai nuo kuro rūšies ir sunaudojimo atsiperkamumas skirsis. Kuo kuras brangesnis, tuo saulės sistema greičiau atsipirks ir pradės nešti tiesioginę naudą.

Lyginant sąnaudas reikia įvertinti:

• Kieto kuro katilui: Katilo kainą, kieto kuro kainą per visą palyginamąjį eksploatavimo laikotarpį, kuro sandėliavimo kaštus, kuro paruošimo kainą, kuro tiekimo į katilą sąnaudas.
• Dujiniam katilui: Kuro kainą (nepastovi ir neišvengiamai didės), didesnė investicija lyginant su kieto kuro katilu.

Saulės Kolektorių Panaudojimo Galimybės

Saulės kolektoriai gali būti naudojami įvairiems tikslams:

• Karšto vandens ruošimas: Tai yra labiausiai paplitęs saulės kolektorių panaudojimo būdas. Saulės kolektoriai gali pilnai arba iš dalies aprūpinti namus karštu vandeniu.
• Patalpų šildymas: Saulės kolektoriai gali būti naudojami patalpų šildymui, ypač kartu su grindiniu šildymu.
• Baseino šildymas: Saulės kolektoriai gali būti naudojami lauko ir vidaus baseinų vandens šildymui.
• Žemės ūkio produkcijos džiovinimas: Saulės kolektoriai gali būti naudojami žemės ūkio produkcijos, medienos ir kitų medžiagų džiovinimui.
• Šiltnamių šildymas: Saulės kolektoriai gali būti naudojami šiltnamių temperatūrai palaikyti.

Saulės Kolektorių Montavimas ir Pozicionavimas

Saulės kolektorių montavimas ir pozicionavimas yra svarbūs faktoriai, lemiantys jų efektyvumą. Kolektoriai turi būti orientuoti į pietus, kad sugautų kuo daugiau saulės šviesos. Taip pat svarbu, kad kolektorius nebūtų užstotas kitų pastatų ar medžių.

Montuojant ant šlaitinio stogo, palinkimo kampo dydį lemia dangos nuolydis. Daugiausia energijos kolektoriaus plokštė gauna tuomet, kai jos plokštuma yra sumontuota tiesiu kampu saulės spindulių atžvilgiu.

Azimutas nurodo kolektoriaus plokštumos nukrypimą nuo pietų krypties; jei kolektoriaus plokštuma orientuota į pietus - azimutas lygus 0º.

Naudingiausia, kai kolektorius montuojamas pietų kryptimi ir 30-35º nuolydžiu.

Svarbi įrangos dalis - saulės kolektorių laikanti konstrukcija. Ji užtikrina tinkamą nuolydžio kampą ir būtiną sistemos patikimumą.

Saulės Energija Lietuvoje: Ar Užtenka Saulės?

Nors Lietuva nėra pati saulėčiausia šalis, saulės energijos kiekis yra pakankamas, kad saulės kolektoriai būtų efektyvūs. Saulės kolektoriai gali pilnai arba iš dalies aprūpinti namus karštu vandeniu ir šildymu didžiąją metų dalį.

Vidutinis metinis suminės saulės radiacijos kiekis, krintantis į horizontalų paviršių Lietuvoje yra apie 1000 kWh/m2. Saulės švietimo laikas yra ilgiausias pajūryje ir trumpėja rytinės sienos link. Vidutiniškai saulėtų valandų skaičius pajūryje siekia 1840-1900 val. kasmet. Šalies rytiniame pakraštyje jis neviršija 1700 val./m. Maksimali saulės švietimo trukmė yra Nidoje ir siekia 1908 val.

Apie 88 proc. metinės Saulės energijos, krintančios statmenai Žemės paviršiui, tenka septyniems mėnesiams - kovui, balandžiui, gegužei, birželiui, liepai, rugpjūčiui ir rugsėjui.

Saulės Kolektorių Sistemos Valdymas ir Komponentai

Saulės kolektorių sistema susideda iš kelių pagrindinių komponentų:

• Saulės kolektoriai: Sugeria saulės energiją ir paverčia ją šiluma.
• Šilumnešis: Cirkuliuoja per kolektorius ir surenka šilumą.
• Boileris: Kaupia šilumą ir tiekia karštą vandenį į namus.
• Cirkuliacinis siurblys: Užtikrina šilumnešio cirkuliaciją sistemoje.
• Valdiklis: Valdo sistemos darbą ir palaiko optimalią temperatūrą.
• Išsiplėtimo bakas: Kompensuoja šilumnešio tūrio pokyčius dėl temperatūros svyravimų.

Valdiklis reguliuoja debitą, kaip ir cirkuliacinio siurblio apsisukimų skaičių, priklausomai nuo užduotų sąlygų.

Kaip Išvengti Saulės Sistemos Trūkumų?

Norint išvengti saulės sistemos trūkumų, svarbu:

• Pasirinkti tinkamą saulės kolektorių tipą, atsižvelgiant į klimato sąlygas ir poreikius.
• Teisingai sumontuoti ir pozicionuoti kolektorius.
• Naudoti kokybiškus komponentus.
• Reguliariai prižiūrėti sistemą.

Saulės Kolektorių Pajungimo Schemos

Saulės kolektorių pajungimo schemos gali būti įvairios, priklausomai nuo sistemos tipo ir poreikių. Svarbu pasirinkti tinkamą schemą, kad sistema veiktų efektyviai ir patikimai.

Kam Labiausiai Naudinga Įsirengti Saulės Kolektorius?

• Turintiems autonominį šildymą elektra.
• Besiruošiantiems įsirengti katilą.
• Besiruošiantiems rekonstruoti šildymo sistemą.
• Turintiems grindinį šildymą.
• Turintiems baseiną.
• Ūkininkams dėl papildomos galimybės panaudoti žemės ūkio produkcijos džiovinimui.
• Daugiabučiuose, taip pat ir kaimo vietovėse, dėl galimybės kooperuoti lėšas.

Kodėl Dabar Naudinga Susimontuoti Saulės Kolektorių?

Šilumos kaina pasiekė tokį lygį, kuris verčia susimąstyti visus ir ieškoti galimybės sumažinti šilto vandens paruošimo sąnaudas/kainą.

Tie kurie yra nepriklausomi nuo centralizuoto šilumos ir karšto vandens tiekimo turi puikią galimybę suderinti du dalykus - naudą ir investiciją.

Turint saulės kolektorių Jums nebereikės rūpintis malkomis ar anglimis ir jas sandėliuoti, taigi atliks laiko, sistemos valdymą už Jus atliks elektroninis valdiklis/reguliatorius.

Tie kurie šildo vandenį elektra labai greitai pajus ekonominį efektą.

Saulės kolektorių sistema, dėl valdiklio galimybių puikiai integruojasi į jau esančias katilų sistemas ir taip pat leis sumažinti karšto vandens ruošimo, bei būsto apšildymo sąnaudas.

Tai ir investicija ir būdas ženkliai sutaupyti ateityje.

Palyginimas su Kieto Kuro ar Dujinėmis Sistemomis

Svarbus šilumos sistemų pasirinkimo kriterijus - optimalus kainos ir kokybės santykis. Ne mažiau aktualūs ir individualūs poreikiai, tad kiekvienam, kas renkasi ar vis dar svarsto, siūlome sau atsakyti į klausimus, kurie padės įvertinti savo aplinką, asmeninius prioritetus ir finansines galimybes. Vertinti reikėtų visumą, o ne atskirą aspektą, bei atsižvelgti ne į pirminę investiciją, o į ilgesnį laikotarpį (bent 3-5 metus).

Aplinkos Užterštumas ir Gaisro Rizika

Šildymas kietuoju ar dujiniu kuru pavojingas, nes galimi keli sunkiai kontroliuojami dalykai: apsinuodijimo smalkėmis rizika ir aplinkos užterštumas dūmais. Šildymas kietuoju kuru pavojingas, n...

Šiandien dažnai girdime apie senkančius gamtos išteklius, tirpstančius ledynus, ekstremalias oro sąlygas ir kitą žmogaus veiklos gamtai daromą žalą. Žinoma, ne išimtis ir energetikos sektorius, tačiau gera žinia ta, kad čia egzistuoja veiksmingi problemos sprendimai. Vienas pagrindinių - žalioji energija.

Vienas kvadratinis metras žemės paviršiaus per valandą vidutiniškai gauna 160 W saulės energijos. Be abejo, pusiaujo zonoje šis rodiklis - žymiai didesnis negu už poliarinio rato. Mūsų krašte saulės spinduliuotės energijos intensyvumas gruodžio-sausio mėnesį apie penketą kartų skiriasi nuo gegužės-liepos mėnesio saulės intensyvumo, bet šiuolaikinės sistemos yra tokios efektyvios, kad gali veikti ištisus metus.

tags: #saules #kolektoriai #patalpu #sildymui