Solarni ogrevalni sistemi: analiza tehnologij za ureditev ogrevanja na osnovi heliosistemov

Vprašanje iskanja alternativnih virov toplote postaja vse bolj aktualno. K temu prispevajo naraščajoče cene plina, premoga, nafte. Zelo obetavna smer so solarni ogrevalni sistemi, ki lahko učinkovito ogrevajo prostore dolga leta.

Razmišljate o postavitvi heliosistema, pa imate dvome in vprašanja? Pomagali vam bomo razumeti, kdaj je smiselno uporabiti sončno energijo za ogrevanje, in opisali možne načine organizacije ogrevanja. Poleg tega vam bomo ponudili navodila za izdelavo domačih heliosistemov – ploščatega in cevnega kolektorja.

Sončna energija – alternativni vir toplote

Zamisel o uporabi sončne energije za ogrevanje ni nova. Poleg tega so njeno smiselnost dokazali Američani, Kitajci, Španci, Izraelci in Japonci.

Trg je poln ponudb različnih naprav za pretvorbo sončne energije in njeno nadaljnjo uporabo za gospodinjske potrebe.

Heliosisteme aktivno uporabljajo kot glavni vir toplote v mnogih državah sveta. V naših zemljepisnih širinah se za zdaj uporablja kot dopolnilo k ogrevalnemu sistemu.

Cena sistemov je odvisna od njihovega tipa, površine, materiala, uporabljenega pri izdelavi. Iz leta v leto opažamo stalno težnjo k zniževanju cen vseh vrst sončnih naprav – heliosistemov.

To jih naredi bolj dostopne širšim slojem prebivalstva. A za zdaj ni vsak, ki bi želel, pripravljen na takšen nakup.

Če pa želite, lahko učinkovit sončni ogrevalni sistem izdelate sami in pri tem porabite občutno manj sredstev.

Običajni ogrevalni sistem, ki že vrsto let odlično opravlja svojo funkcijo, postaja vse dražji. Krivo za to je globalno podraženje energetskih virov po vsem svetu. Naravna želja, ki se pojavi pri lastniku, je prihraniti pri ogrevanju, ki požre velik del družinskega proračuna.

Tako lahko sončni ogrevalni sistem v celoti nadomesti običajni sistem na trda goriva, plinski ali kateri koli drugi. Vse je odvisno od vrste in velikosti prostora, v katerem bo uporabljen.

Možnost, ki je primerna za skladišče žita, ne bo ustrezala stanovanjski hiši, sistem, ki ustreza potrebam počitniške hiše, pa nikakor ne bo kos ogrevanju dvonadstropne vile.

Popolna zamenjava tradicionalnega ogrevanja s sončnim je včasih problematična. Lastnik se boji, da sistem morda ne bo kos ali pa fizično ni dovolj prostora za namestitev potrebnega števila panelov.

Zato pogosto uporabljajo kombiniran ogrevalni sistem, pri čemer se popolnoma ne odpovedo obstoječi plinski (električni ali drugi) opremi. Stopnja nadomestitve običajnega ogrevanja s sončnim lahko doseže 90 %.

Prav tako je pomembno letno število sončnih dni na območju, kjer se nahaja bivališče. Poleg tega povprečna dnevna temperatura ni tako pomembna. Številne naprave učinkovito zajemajo svetlobo v zimskih mrzlih dneh (sončni kolektorji, ki kot toplotni nosilec uporabljajo antifriz).

Poleg ogrevanja lahko sončna naprava zagotovi bivališču toplo vodo in električno energijo.

Kje bo helionaprava najbolj učinkovita

Pri vprašanju zamenjave ogrevanja s sončno napravo je treba upoštevati vrsto dejavnikov, ki vplivajo na njeno učinkovitost.

Prvič, treba je pravilno izbrati vrsto sončnega sistema. Pri tem vprašanju je treba upoštevati površino prostora in njegov namen. Najpogosteje gre za zasebno hišo, v kateri živi družina s 4–5 člani.

Drugič, natančno izračunati potrebe po toploti ob upoštevanju največje porabe v hladnem obdobju leta. Te številke primerjati s količino proizvedene energije na 1 m² sončne naprave. Nato je treba izračunati površino sončne konstrukcije, ki bo kos ogrevanju določenega prostora.

Dobljena vrednost bo glavni dejavnik pri določanju lokacije sistema. Običajno lastniki gospodinjstev raje uporabljajo streho ali steno hiše. Redko uporabljajo zemljišče ob hiši ali streho garaže. Včasih zgradijo posebne nosilce za namestitev naprave.

Izdelava posebnih podstavkov za montažo solarnih sistemov omogoča njihovo čim bolj priročno namestitev na zasebnem zemljišču

Pomembno je, da nič ne ovira prostega prodora sončnih žarkov na svetlobno absorbirajočo površino. Izbirati je treba južno, jugovzhodno ali jugozahodno steno ali del strehe.

Ko se odločite, kje bodo nameščene sončne plošče, je treba opraviti predhodno pripravo bivališča:

• Sprostite prostor. Posekajte odvečne nasade, če motijo.
• Okrepite streho. Pri tem ne pozabite, kakšna bo teža predvidene konstrukcije.
• Dodatno izolirajte stavbo. Saj je nesmiselno ogrevati ulico.

Tretjič, treba je rešiti vprašanje: kupiti ali izdelati ogrevalni sistem sami. Vse je odvisno od finančnih zmožnosti in želje, da porabite čas za izdelavo konstrukcije.

Če izberete drugo možnost, morate razumeti princip delovanja potrebnega sistema, da vse pravilno sestavite.

Možni načini postavitve sončnega ogrevanja

Različice izdelave sistema solarnega ogrevanja so popolnoma odvisne od želja lastnika gospodinjstva:

• Uporaba tovarniških izdelkov. Nakup že pripravljenih kolektorjev s samostojno namestitvijo in montažo.
• Izdelava pilotnega projekta. Potreben je za preverjanje učinka uporabe sistema za nadaljnje natančne izračune.
• Samostojna izvedba celotnega cikla del. Izračun, načrtovanje, izdelava solarnega sistema »iz nič«, njegova namestitev.

Možnost št. 1. Vključuje izbiro pravilnega mesta za namestitev solarnih naprav, saj bo od tega odvisna učinkovitost njihove uporabe. Za montažo so potrebna tudi posebna znanja.

Izračunati število plošč ne bo potrebno – dovolj bo, da podjetju, ki dobavlja opremo, izrazite vse svoje želje. Prav tako bo treba odgovoriti na pojasnjevalna vprašanja vodij – vse, izbira optimalnega števila plošč (kolektorjev) bo potekala brez težav.

Za montažo solarne naprave z lastnimi rokami na strehi si morate zagotoviti podporo vsaj enega pomočnika. Sam se s takšnim delom ne boste mogli spopasti

Možnost št. 2 – izdelava pilotnega projekta. To bo optimalna rešitev za ljudi, ki dvomijo. Saj je končno odločitev o zamenjavi ogrevalnega sistema težko takoj sprejeti. Izdelati sončni kolektor (zračni ali vodni) majhne velikosti in ga preizkusiti »v akciji« bo koristna izkušnja.

Sprejeti odgovorno odločitev bo preprosto, ko ocenite realne stroške izdelave, jih primerjate s tržno vrednostjo podobnih sistemov in izračunate prihranek pri uporabi v gospodinjstvu.

Varianta št. 3 – izbira pravih mojstrov.

Za popolno ogrevanje objekta bo potrebno opraviti ogromno dela:

• Izračunati potrebno površino heliosistema.
• Določiti mesto prihodnje montaže in ga utrditi.
• Dodatno izolirati bivališče.
• Pridobiti vse sestavne dele za izgradnjo sistema.
• Zgraditi sončno baterijo.
• Namestiti zgrajen sistem, pri čemer upoštevajte glavne zahteve – kot naklona glede na vpad sončnih žarkov.

Celotnega cikla del pri izgradnji sistema ni mogoče označiti za lahko nalogo, vendar je postopek izjemno zanimiv. Poleg tega omogoča prihranek precejšnje vsote.

Izbira vrste ogrevanja, ki uporablja sončno energijo, zahteva odločitev, ali se bo dodatno uporabljalo za ogrevanje vode in proizvodnjo električne energije (kliknite za povečavo).

Vrste naprav za pretvorbo sončne energije

Glede na načelo delovanja ločimo dve vrsti naprav, ki absorbirata sončno svetlobo:

• Baterije na fotovoltaičnih pretvornikih. Predstavljajo sisteme zaporedno ali vzporedno povezanih polprevodniških elementov. Te zagotavljajo tok za napajanje gospodinjskih grelnikov.
• Sončni kolektorji. Panel s sistemom cevi, napolnjenih s toplotnim nosilcem: zrakom, zmrzovalno mešanico ali vodo. Ti dovajajo segret toplotni nosilec v ogrevalni krog.

Oglejmo si vsako možnost posebej.

Sončne celice

Sončna baterija pretvarja absorbirano svetlobo v električno energijo. Sestavljena je iz fotoćlenov (najpogosteje silicijevih), ki so sposobni iz sončnega sevanja takoj izvleči enosmerni električni tok.

Takšna naprava se lahko uporablja za zagotavljanje delovanja električne ogrevalne opreme. Priključiti jo je treba na sistem električnega napajanja bivališča.

Učinkovitost pretvorbe sončnega sevanja te naprave je od 5 % do 20 %, odvisno od vrste naprave, ki pretvarja sončno sevanje. Zmogljivost 1 m² sončne baterije je 120 W.

Ostane še izračun, koliko kvadratnih metrov površine bo potrebnih za zadovoljitev potreb določenega gospodinjstva, glede na velikost bivališča, individualne potrebe po toploti in raven izolacije konstrukcij.

Sončne baterije je najbolj priročno namestiti na streho hiše, pri čemer izberemo njeno južno stran.

Za ogrevanje je sončne baterije najbolj učinkovito uporabljati v južnih regijah. Njihova glavna pomanjkljivost je zmanjšanje učinkovitosti v mraku in oblačnem vremenu ter popolna neobratovalnost ponoči.

Če želite izdelati sončno baterijo sami, boste najprej potrebovali sestaviti ogrodje, prispajkati sončne elemente, nato vse previdno položiti in uporabiti tesnilno maso.

Za izdelavo ogrodja se uporabljajo lesene letvice in aluminijasti vogalniki. Vse je odvisno od velikosti konstrukcije, ki jo sestavljate, in mesta njene namestitve. Sončni elementi – silicijeve ploščice – so najdražji del konstrukcije. So monokristalinični in polikristalinični. Prvi so nekoliko dražji, vendar je njihova učinkovitost za 5 % višja.

Izdelati jih sami – ni mogoče. Fotovoltaične pretvornike je bolje kupiti z že prispajkanimi vodniki.

Postaviti jih je treba na podlago iz vlaknene plošče, nato jih pritrditi v ogrodje, napeljati žice iz elementov na zunanjo stran in vse odprtine zaliti s tesnilno maso. Konstrukciji pustiti, da se dobro posuši, in jo pokriti s pokrovom iz stekla ali prozorne plastike.

Sheme montaže in načini priklopa sončnih baterij so opisani v tem članku.

Sončni kolektorji

Bistveno drugačen način pretvorbe absorbirane svetlobe pri kolektorjih. Osnova njihovega delovanja je toplotni nosilec, ki teče po ceveh.

Glede na konstrukcijo lahko ločimo tri glavne vrste kolektorjev, ki se najpogosteje uporabljajo za izgradnjo solarnega ogrevalnega sistema:

• Ravni. Toplotni sprejemnik – absorber je izdelan iz pločevine s počrnjeno zunanjo površino. Ko se segreje, prenaša energijo toplotnemu nosilcu ogrevalnega sistema.
• Vakuumski. Kolektorski sistem vakuumskega tipa je izdelan po shemi termoizolacijskih posod, zaradi česar se pridobljena toplota od sonca ohrani skoraj dvakrat bolje.
• Koncentratorji. Naprava je opremljena z vbočenim zrcalnim delom z veliko površino, ki fokusira sončno svetlobo na majhno površino absorberja.

Najpogostejše gospodinjske sončne naprave so opremljene s sistemom cevi, izvedenim v obliki vzporedno povezanih elementov ali tuljave. Cevi so napolnjene bodisi s tehnično vodo bodisi z mešanico vode in tekočine proti zmrzovanju ali z zrakom.

Ko si vizualiziramo glavne dele sončne naprave, se lažje odločimo, kje najbolje postaviti posamezne sestavne dele (+)

Zračna naprava se lahko uporablja kot dodaten vir ogrevanja. Ne more v celoti zagotoviti toplote hiši ne glede na regijo njene lege. Glavna značilnost te vrste sončnega sistema je zrak, ki deluje kot toplotni nosilec.

Cevni sistemi se precej aktivno uporabljajo za ogrevanje skozi vse leto. Antifriz ali mešanica antifriza se segreva pod sončnimi žarki, nato potuje po notranjih toplotnih izmenjevalnih cevkah, nato pa se usmeri v zalogovnik.

Gibanje tekočine spodbuja črpalka, zaradi katere se tekočina iz rezervoarja premika v ogrevalni sistem. Segreti toplotni nosilec izpodriva ohlajeni del tekočine, ki se mora nato vrniti v kolektor in se ponovno segreti.

Načelo delovanja ravnega sončnega sistema temelji na prodiranju sončne svetlobe v ploščo, kjer se nahaja toplotni absorber. Ta se segreje in oddaja toploto, ki se prenaša na tekočino, ki kroži po kovinskih cevkah (najpogosteje bakrenih).

Kaj lahko zgradimo sami?

Soncegrevalni sistem, ki uporablja zračni kolektor, lahko zgradimo sami. Najbolje ga je namestiti na južno steno stavbe.

Večja kot je površina ogrevanega prostora, večjo površino bo zavzemal kolektor – morda celotno steno hiše. Prav tako lahko ta sončni sistem zgradimo na podstrešju.

Ko nameravamo namestiti sistem zračnega ogrevanja na podstrešje, moramo poskrbeti, da bo preneslo težo naprave (+)

Sončni kolektor, ki segreva zračno maso, opravlja svojo funkcijo ogrevanja s pomočjo zračnih tokov, ki potekajo znotraj sistema. Toplotni nosilec kroži po krogu, se ohlaja in ponovno vstopa v sistem. Gibanje zračnih tokov lahko poteka naravno ali s pomočjo ventilatorja.

Kar zadeva materiale za izdelavo zračnega kolektorja, lahko uporabimo različne priročne pripomočke. Enotnega pravila ni.

Domači mojstri izpopolnjujejo to vrsto sončnega sistema, ki ga sestavljajo doma. Nekdo si prizadeva dobiti cenejšo različico, pri čemer žrtvuje učinkovitost, nekdo pa ravno obratno.

Ko se seznanimo z osnovnimi elementi zračnega kolektorja, lažje sprejmemo odločitev o mestu njegove namestitve – streha ali stena (+)

Poglejmo glavne načine.

Značilnosti namestitve cevnega heliosistema

Cevni sončni sistem za ogrevanje se lahko uporablja v različnih regijah. Ni odvisen od zunanje temperature. Pomembno je le, da na namestitev pade največje možno število sončnih žarkov.

Antifriz, uporabljen kot toplotni nosilec, ne zmrzne pri nizkih temperaturah. V jasnih zimskih dneh količina sončne svetlobe presega količino svetlobe, ki prihaja poleti.

Cevni sončni kolektor je sestavljen iz sistema prozornih vakuumskih cevi, ki so med seboj povezane. V njih je snov z nizkim vreliščem. Ko zavre, izhlapi, svojo toploto prenaša na bakreno konico in teče navzdol, kjer se vse ponovi.

Vakuumske cevi, izdelane iz ognjevarnega stekla, so v notranjosti napolnjene s snovjo, ki lahko zavre pri nizki temperaturi (+)

Vakuumske cevi absorbirajo do 90 % celotnega sončnega sevanja (vidnega in infrardečega). Sončna energija, pretvorjena v toplotno, prispe do toplotnega nosilca. Ta energijo prenaša naprej po sistemu – v toplotni izmenjevalnik, ki se nahaja v posebnem akumulacijskem rezervoarju.

Gibanje toplotnega nosilca in vode po ogrevalnem sistemu poteka s pomočjo črpalk. Pomembno je, da ima rezervoar dobro toplotno izolacijo. Toplotna izmenjevalnika sta praviloma dva: eden je povezan z dodatnim grelnikom, drugi pa s kolektorji.

V hišah s to vrsto sončnih naprav je ugodno dodatno priključiti sistem talnega ogrevanja. To omogoča učinkovitejše ogrevanje stavbe.

Kar zadeva montažo cevnih kolektorjev, jih lahko namestite sami. Edino, upoštevati je treba delovni naklonski kot – ta ne sme biti manjši od 20°.

Cevni sončni kolektor je nameščen na strehi, pri čemer izberemo najbolj sončno smer. Pomembno je, da v bližini ni visokih stavb, ki bi ovirale prosto prodiranje sončne svetlobe

Vakuumske naprave ni mogoče izdelati sam – vakuumskih cevi ni mogoče izdelati doma. To počnejo tovarne, specializirane za proizvodnjo vakuumskih sončnih sistemov.

Ploščata sončna naprava

Pogosto za ogrevanje uporabljajo ravni sončni kolektor.

Za njegovo izdelavo boste potrebovali:

• kovinski okvir;
• trdno dno;
• plast toplotne izolacije;
• plast črnega absorberja sončnega sevanja (adsorberja);
• prozoren pokrov – plastika, steklo;
• cevi za tekočino (baker, aluminij).

Konstrukcijo je treba opremiti z dovodno in odvodno cevjo ter črpalko za učinkovito kroženje tekočine.

Ravno sončno napravo lahko sestavite sami. Za to pogosto uporabljajo priročna sredstva in izbirajo cenejše materiale kot analoge (+)

Ravni kolektor lahko namestite pod poljubnim kotom, obvezen pogoj je, da ga čistite snega in prahu. Še posebej je primeren za toplo podnebje.

V hladnem obdobju je opazna nizka učinkovitost in visoke toplotne izgube. To postavlja pod vprašaj uporabo samo tega sončnega sistema za celovito ogrevanje. Optimalno je uporabljati ravno sončno napravo skupaj s plinskim, električnim ali ogrevanjem na trdno gorivo.

Predlagamo, da si ogledate članke o samostojni montaži sončnih ogrevalnih sistemov:

1. Kako izdelati sončni kolektor za ogrevanje z lastnimi rokami – vodnik po korakih
2. Kako sami izdelati sončno baterijo: načini sestavljanja in montaže sončne plošče

Še enkrat o smiselnosti

Uporaba sončne energije za ogrevanje namesto običajnih energetskih virov je ugodna. Odvisno od izbranega tipa sončnega sistema lahko prihranek pri porabi plačljive toplote znaša do 100%.

Možnost popolne zamenjave ogrevalnega sistema je uporaba kolektorjev z vakuumskimi cevmi. To je na začetku precej drag projekt. V nadaljevanju lahko zagotovi popolno energetsko neodvisnost in se povrne v 6–8 letih.

Iznajdljivost domačih mojstrov ne pozna meja – kot labirint za kroženje tekočine v kolektorju lahko uporabijo navadno cev

Življenjska doba sončnih naprav je do 25 let. Zahtevajo malo vzdrževanja – občasno čiščenje površin snega, prahu in umazanije. Kar zadeva popravila, jih lahko opravite sami. Bistvena pomanjkljivost – ravni kolektorji in sončne baterije se »bojijo« orkanov.

Takšno ogrevanje je varno za prebivalce hiše in okolje. Je popolnoma brezplačno in ni odvisno od tečajev valut ter cen energentov.

Zaključki in koristen video na to temo

Videoposnetek bo prikazal postopek samostojne izdelave sončne baterije:

Nazoren priročnik za izgradnjo zračnega ogrevalnega sistema:

Tehnologija izdelave ploščate sončne naprave z lastnimi rokami:

Helio naprave oziroma sončni ogrevalni sistemi so se dobro uveljavili po vsem svetu. Omogočajo brezplačno pridobivanje toplote ter zmanjšajo stroške za plačilo komunalnih storitev za ogrevanje za 30 %.

Možna je popolna zamenjava energentov s sončno energijo v vašem ogrevalnem sistemu. Še ena pomembna prednost – helio napravo lahko sestavite z lastnimi rokami.

Imate praktične veščine sestavljanja ali uporabe sončnih ogrevalnih sistemov? Delite svoje pridobljeno znanje, postavljajte vprašanja o temi in sodelujte v razpravah. Obrazec za komentarje se nahaja spodaj.