Kai saulė šildo vandenį tiesiai iš dangaus
Turbūt kiekvienas esame pastebėję ant namų stogų keistus tamsiai mėlynus ar juodus panelius. Dažnai žmonės juos painioja su saulės baterijomis, bet tai visiškai kitas dalykas – tai saulės kolektoriai, kurie tiesiog sugauna saulės šilumą ir perduoda ją vandeniui. Jokios elektros gamybos, jokių sudėtingų procesų – tiesiog genialiai paprastas būdas pašildyti vandenį beveik nemokamai.
Pagrindinis skirtumas nuo fotovoltinių saulės baterijų yra tas, kad kolektoriai dirba su šiluma, o ne su elektra. Jie veikia pagal tą patį principą kaip juodas žarna vasaros saulėje – palikite ją kelias valandas po tiesioginiais spinduliais, ir vanduo viduje taps karštas. Tik saulės kolektoriai šį procesą optimizuoja iki maksimumo, naudodami specialius absorbuojančius paviršius, izoliaciją ir protingą konstrukciją.
Kas vyksta po tuo stiklu
Pažvelkime į tipinio plokščio saulės kolektoriaus vidų. Viršuje yra specialus grūdintas stiklas, kuris praleidžia saulės spindulius, bet neleidžia šilumai išeiti atgal – tarsi šiltnamio efektas. Po juo yra absorberis – tamsus metalinis paviršius, dažniausiai padengtas specialiu selektyviu sluoksniu. Šis sluoksnis sugeria beveik visą saulės energiją (apie 95%), bet išspinduliuoja labai mažai infraraudonosios šilumos atgal.
Per absorberį vingiuoja vamzdeliai, kuriuose cirkuliuoja šilumnešis – paprastai tai vanduo su priedalais arba specialus antifrizas. Kai saulė šviečia ant absorberiaus, jis įkaista ir perduoda šilumą tekančiam skysčiui. Visa ši konstrukcija yra įdėta į gerai izoliuotą dėžę, kad šiluma nepabėgtų pro šonus ir apačią.
Vakuuminiai kolektoriai veikia šiek tiek kitaip, bet dar efektyviau. Jie atrodo kaip stiklinių vamzdžių eilė. Kiekviename vamzdyje yra vakuumas – geriausia įmanoma izoliacija, nes vakuume nėra molekulių, kurios galėtų perduoti šilumą. Viduje yra absorberis su šilumnešiu, kuris gali įkaisti net iki 150-200 laipsnių, kai saulė šviečia intensyviai.
Kaip ta šiluma keliauja į jūsų vonią
Pats kolektorius ant stogo – tai tik pusė sistemos. Šiluma dar turi kaip nors patekti į jūsų karšto vandens boilerį. Čia įsijungia cirkuliacijos sistema, kuri dažniausiai veikia dviem būdais.
Paprasčiausia yra gravitacinė sistema, kur boileris montuojamas aukščiau už kolektorių. Kai vanduo kolektoriuje įkaista, jis tampa lengvesnis ir natūraliai kyla į boilerį, o šaltesnis vanduo nusileidžia žemyn. Sukuriamas natūralus cirkuliacijos ratas be jokių siurblių. Tokios sistemos populiarios pietų šalyse, kur šalčio problema nėra aktuali.
Mūsų klimatui labiau tinka priverstinės cirkuliacijos sistemos su siurbliu ir valdymo automatiką. Kolektoriuje ir boileryje įmontuoti temperatūros jutikliai. Kai kolektorius yra šiltesnis už boilerį bent 5-8 laipsnius, valdymo blokas įjungia cirkuliacinį siurblį, ir šilumnešis pradeda cirkuliuoti. Kai temperatūrų skirtumas sumažėja arba kolektorius atvėsta (pvz., užėjo debesis), siurblys išsijungia. Viskas vyksta automatiškai.
Kodėl per kolektorių neteka paprastas vanduo
Daugelis žmonių klausia – kodėl negalima tiesiog varyti paprastą vandenį iš čiaupo per kolektorių ir atgal į boilerį? Techniškai galima, bet praktiškai tai sukelia problemų. Pirma, vanduo užšąla žiemą, ir kolektorius gali trūkti. Antra, vanduo sudaro nuosėdas vamzdžiuose. Trečia, korozija suėda sistemą greičiau.
Todėl uždaro kontūro sistemose naudojamas specialus šilumnešis – dažniausiai propylen glikolio ir vandens mišinys. Jis neužšąla net -30 laipsnių šaltyje, neformuoja nuosėdų ir turi antikorozinių priedų. Šis šilumnešis cirkuliuoja uždarame rate: kolektorius → šilumokaitis boileryje → atgal į kolektorių.
Šilumokaitį galite įsivaizduoti kaip vamzdį vamzdyje arba spiralę boilerio viduje. Karštas šilumnešis iš kolektoriaus teka per šilumokaitį ir šildo aplink esantį vandenį boileryje. Pats šilumnešis su jūsų karštu vandeniu niekada nesusiliečia – tai du atskiri kontūrai.
Ar veikia, kai lauke šalta
Vienas didžiausių mitų apie saulės kolektorius – kad jie veikia tik vasarą. Iš tiesų jiems rūpi ne oro temperatūra, o saulės spinduliavimas. Net šaltą, bet saulėtą žiemos dieną kolektorius gali įkaisti iki 40-60 laipsnių. Aišku, ne taip efektyviai kaip vasarą, bet vis tiek gamina nemažai šilumos.
Vakuuminiai kolektoriai žiemą dirba ypač gerai, nes vakuuminė izoliacija praktiškai nepraleidžia šilumos į šaltą orą. Esu girdėjęs istorijų, kai žmonės net -15 laipsnių šaltyje, bet saulėtą dieną, gaudavo iš kolektorių 30-40 laipsnių vandenį. Žinoma, tai ne 60 laipsnių kaip vasarą, bet vis tiek puikus indėlis.
Tačiau reikia suprasti, kad Lietuvoje saulės kolektoriai paprastai padengia apie 50-70% metinės karšto vandens poreikio. Tai reiškia, kad jums vis tiek reikės papildomo šildymo šaltinio – elektrinio teno, dujinio katilo ar kieto kuro katilo. Vasarą kolektoriai gali visiškai aprūpinti šeimą karštu vandeniu, o žiemą – tik pašildyti vandenį iki tam tikros temperatūros, kurią paskui “dogrina” kitas šaltinis.
Kiek kvadratų reikia normaliai šeimai
Dažnas klausimas – kokio dydžio kolektorių reikia? Paprasta taisyklė: vienam žmogui reikia apie 1-1,5 kvadratinio metro kolektoriaus ploto. Tai reiškia, kad keturių žmonių šeimai užteks 4-6 kvadratų. Jei naudojate vakuuminius kolektorius, kurie efektyvesni, gali užtekti ir mažiau.
Boilerio tūris turėtų būti apie 50-80 litrų vienam žmogui. Keturių žmonių šeimai tiktų 200-300 litrų boileris. Didesnis boileris – ne visada geriau, nes vasarą jis gali perkaisti, o žiemą – sunkiau pašildyti. Reikia rasti balansą tarp jūsų poreikių ir kolektoriaus galimybių.
Labai svarbu teisingai orientuoti kolektorius. Idealu – į pietus, bet pietryčiai ar pietvakariai irgi veikia neblogai. Nuokrypis iki 45 laipsnių nuo pietų sumažina efektyvumą tik apie 10-15%. Blogiausia orientacija – į šiaurę, bet net ir tada kolektorius kažką gamins, nes difuzinė šviesa irgi veikia.
Paklono kampas Lietuvoje optimalus apie 35-45 laipsnius. Vasarą geriau veiktų 30 laipsnių, žiemą – 60, todėl 40 laipsnių yra kompromisas. Daugelis tiesiog montuoja kolektorius pagal stogo kampą, ir tai paprastai veikia neblogai.
Ką daryti, kad vasarą nevirintų
Vasarą, kai saulė šviečia stipriai, o karšto vandens naudojate nedaug (pvz., išvažiavote atostogų), kolektorius gali perkaisti. Temperatūra gali pakilti iki 150-200 laipsnių, šilumnešis pradeda virsti, didėja slėgis sistemoje. Tai vadinama stagnacija, ir nors sistemos paprastai turi apsaugą, geriau to išvengti.
Modernios sistemos turi išsiplėtimo indą ir avarinį slėgio vožtuvą. Kai slėgis per didelis, šilumnešis išsilieja į išsiplėtimo indą arba per avarinį vožtuvą. Bet geriau, kad iki to neprieita. Kai žinote, kad ilgai nebus namie vasarą, galite uždengti dalį kolektoriaus specialiu ekranu arba tiesiog išjungti cirkuliacinį siurblį – kolektorius įkais, bet šiluma nebus pumpuojama į boilerį.
Kai kurios sistemos turi “naktinio aušinimo” funkciją – nakčiai įjungia cirkuliaciją, kad boileris ataušintų per kolektorių. Skamba keistai – šaldyti vandenį per kolektorių, bet tai veikia, nes naktį kolektorius yra šaltesnis už boilerį.
Ar apsimoka investicija
Saulės kolektorių sistema keturių žmonių namui kainuoja apie 2000-4000 eurų su montavimu. Skamba nemažai, bet pažiūrėkime į skaičius. Jei šeima sunaudoja apie 200 eurų per metus elektrai šildyti vandenį, o kolektoriai sumažina šią sumą 60%, tai sutaupoma 120 eurų per metus. Sistema atsipirktų per 17-33 metus.
Bet realybė šiek tiek geresnė. Pirma, elektros kainos auga. Antra, jei šildote vandenį dujomis ar dyzelinu, sutaupymas gali būti didesnis. Trečia, yra valstybės ir savivaldybių kompensacijos atsinaujinančiai energijai – gali padengti iki 30-50% kaštų. Ketvirta, namo vertė padidėja – energetinis efektyvumas dabar svarbus perkant nekilnojamąjį turtą.
Praktiškai žiūrint, su kompensacijomis sistema gali atsipirkti per 10-15 metų, o tarnaus 20-30 metų. Plius jūs prisidedate prie aplinkos apsaugos – per metus sutaupote apie 1-1,5 tonos CO2 emisijų. Kai kuriems žmonėms šis aspektas svarbesnis už finansinę naudą.
Kas gali sugesti ir kaip prižiūrėti
Saulės kolektoriai yra gana patikima technologija – jokių judančių dalių (išskyrus siurblį), jokio degimo proceso. Bet keletas dalykų gali sukelti problemų. Dažniausia – šilumnešio nutekėjimas. Jei pastebite, kad sistema nebeveikia taip efektyviai, verta patikrinti slėgį manometre. Jei nukritęs – reikia papildyti šilumnešį ir surasti nuotėkį.
Siurblis paprastai tarnauja 10-15 metų, paskui gali reikėti keisti. Tai nesudėtinga ir nebrangu – apie 100-200 eurų. Valdymo automatika irgi gana patikima, bet jei suges, kainuos panašiai. Pats kolektorius praktiškai nenusidėvi – tik stiklas gali įtrūkti nuo krusos ar nukritusios šakos, bet tai reta.
Prižiūrėti reikia minimaliai. Kartą per metus verta patikrinti slėgį sistemoje, ar siurblys veikia, ar nėra nuotėkių. Kas 3-5 metai rekomenduojama pakeisti šilumnešį, nes jis praranda savybes. Jei kolektorius ant stogo apžėlė samanos ar prisirinko purvo, efektyvumas krenta – verta nuplauti. Bet paprastai lietūs viską nuplauna patys.
Kai saulė dirba jums
Saulės kolektoriai nėra tobula technologija, bet tai vienas paprasčiausių ir efektyviausių būdų panaudoti atsinaujinančią energiją namuose. Jie neturi judančių dalių, nekelia triukšmo, neteršia aplinkos ir beveik nereikalauja priežiūros. Vasarą jie gali visiškai aprūpinti šeimą karštu vandeniu, o pereinamuoju laikotarpiu – žymiai sumažinti kito šildymo šaltinio naudojimą.
Technologija nėra nauja – saulės kolektoriai naudojami jau dešimtmečius, ir per tą laiką tapo labai patikimi. Vakuuminiai kolektoriai veikia net debesuotomis dienomis ir šaltą sezoną. Šiuolaikinė automatika viską valdo pati – jums tereikia naudotis karštu vandeniu.
Žinoma, Lietuvos klimatas nėra Graikija, ir žiemą saulės kolektoriai nepadengs viso poreikio. Bet net ir 50-60% metinio sutaupymo yra solidus rezultatas. O vasaros mėnesiais, kai saulė šviečia ilgai ir stipriai, jūsų boileris bus pilnas karšto vandens visiškai nemokamai. Tiesiog stebėkite, kaip saulė daro savo darbą, o jūsų elektros ar dujų skaitiklis sukasi lėčiau. Kartais paprasčiausi sprendimai būna geriausi – sugauti šilumą tiesiai iš dangaus ir panaudoti ją ten, kur reikia.