Kako upotrebiti sunčevu energiju, pitanje je koje često postavljamo sebi. Razvojem savremene tehnike energija se može sve kvalitetnije iskoristiti, a jedan od načina je primenom solarnih kolektora. Kolektori se, prema nameni, dele na fotonaponske i toplotne. Fotonaponski kolektori proizvode električnu energiju a toplotni, toplotnu energiju. Fotonaponski se dalje dele prema materijalima od kojih su izrađeni (monokristalni, polikristalni,…). Ovde ćemo se najviše bazirati na solarne toplotne kolektore koji imaju široku primenu.

Solarni kolektori

Toplotni Solarni kolektori se koriste u sledeće svrhe:

  • Zagrevanje sanitarne vode
  • Zagrevanje tehničke vode
  • Zagrevanje bazenske vode

TROŠKOVI ULAGANJA I ISPLATIVOST SISTEMA

Cena solarnog sistema za porodičnu kuću kreće se od 2 000 € pa naviše, a zavisi od namene sistema i postojećeg stanja. Uz trend rasta cene energenata, obračun potrošene energije u domaćinstvu sve više će ići u prilog korišćenju sunčeve energije. Što se tiče isplativosti sistema, brojke kojima baratamo su od 4 do 8 godina. Ako se uzme u obzir da je vek trajanja solarnog sistema više od 20 godina, onaj ko se odluči da već danas ugradi solarni sistem naći će se na pravoj strani, kako u ekološkom tako i ekonomskom smislu.

SOLAR-ENERGY

SANITARNA TOPLA VODA

U većini kuća kotao za grejanje ne prestaje raditi ni u letnjem periodu jer pokriva potrebe kupatila i kuhinje, i ostalih potrošača u letnjem periodu, ispušta dimne gasove i CO2. Sve ovo može se izbeći primenom solarnog sistema.

U 80% slučajeva, solarni kolektori se koriste upravo za zagrevanje sanitarne potrošne vode. Razlog tome je velika potrošnja sanitarne tople vode tokom cele godine i relativno niska tražena temperatura, 45 – 60 º C. Sistem je dobro dimenzionisan ako je godišnji udeo iskorištene sunčeve energije u ukupno potrebnoj energiji za zagrevanje tople potrošne vode kod manjih solarnih sistema 50-60 %, odnosno kod srednjih 40-60 %. Kod zahteva za povećanjem broja kolektora zbog većeg udela solarne energije, sistem bi bio predimenzionisan u letnjem period, i bio bi nesrazmeran odnos investicionih troškova i energetskih dobitaka.
U letnjem periodu solarni kolektori pripremaju toplu potrošnu vodu bez pomoći kotla ili grejača. Temperatura sanitarne vode kreće se u opsegu od 45-60 C. Ako se desi da je nekoliko dana oblačno, sanitarna voda se mora zagrevati pomoću grejača ili kotla. Kako bismo tokom dana (dok ima sunca) uskladištili što više energije potreban je bojler što veće zapremine. Za porodične kuće, zapremina bojlera približno odgovara dvostrukoj dnevnoj potrošnji sanitarne vode. U tom slučaju bismo uvek imali dovoljno tople vode čak i kad nema sunca. Prvi korak u dimenzionisanju solarnog sistema je određivanje potrošnje i veličine bojlera. Kasnije se na osnovu ovih parametara određuje broj kolektora, jačina pumpe, prečnik cevovoda, itd. Dakle, sve kreće od potrošnje vode i zapremine bojlera. Potrošnja je jedini relevantan parametar na osnovu koga se precizno može dimnezionisati solarni sistem sa ostalim komponentama.

DOGREVANJE PROSTORA

Opšte je poznato da u zimskim mesecima kada nam je grejanje najpotrebnije, sunčeve energije ima najmanje. Zbog toga je nemoguće samo solarnim sistemom pokriti potrebe za grejanjem već samo za dogrevanje vode sistema grejanja.

Da bi udeo sunčeve energije u ukupno potrebnoj energiji za grejanje bio što veći, potrebno je ukupne toplotne gubitke zgrade svesti na minimum, a istovremeno sistem grejanja izvesti kao niskotemperaturski. Nažalost to kod nas ranije nije bio slučaj ali se u novije vreme obraća više pažnje in a ovo. Što se tiče izolacije, takođe se sve više obraća pažnja i na izbor građevinskih materijala sa malim stepenima toplotne provodljivosti.
Kao što smo rekli i ranije, pogrešno je reći da je bolje povećati broj kolektora kako bi se dobio što veći udeo u potrebnoj energiji za zagrevanje. To je istina samo u slučaju proleća i jeseni, ali šta s viškom takve energije leti kada nam ista ne treba? Broj i površina kolektora je samo za nekoliko procenata veća u odnosu na zagrevanje sanitarne vode. Za razliku od takvog sistema, ovim se postiže ušteda na godišnjem nivou od 10 – 30 %. Ono što je veoma dobro jeste da u zimskom periodu solarnim sistemom možemo podići temperature vode za par stepeni čime se pravi ušteda i olakšava rad kotla.

Solarne komponente

 

Ukoliko pogledamo neki solarni sistem, vidimo da se on sastoji od nekoliko komponenata. Te komponente su:

SOLARNI KOLEKTORI

Primaju sunčevo zračenje i apsorbuju toplotu koju prenose do spremnika toplote, u većini slučajeva do bojlera. Naš program podrazumeva ravne pločaste solarne kolektore.
Ravni pločasti kolektori odlikuju se vrlo visokim koeficijentom apsorpcije sunčevog zračenja zahvaljujući visokokvalitetnom selektivnom apsorberu zbog čega i imamo visok stepen iskoristivosti. Prilikom stagnacije, tj. mirovanja kolektora u letnjem periodu postižu se veoma visoke temperature u solarnim kolektorima, čak i preko 200ºC. Naravno opasnost od preteranog širenja je izbegnuta primenom ekspanzionog suda. Kolektori se mogu montirati na krov, u krovu, kao i samostojeća instalacija. Takodje postoji mogućnost izrade fasadnih solarnih kolektora u zavisnosti od zahteva kupaca.

SPREMNICI TOPLOTE – BOJLERI

Bojleri akumuliraju sunčevu energiju tokom dana. Postoji nekoliko tipova bojlera, u zavisnosti koja im je namena (sanitarna topla voda, sanitarna topla voda i grejanje). Uglavnom se sastoje od dva izmenjivača i time se razlikuju od standardnih bojlera (imaju jedan izmenjivač-grejač). Gornji izmenjivač spaja se na kotao i preko njega se zagreva gornja zona bojlera. Donji izmenjivač spojen je cevovodom sa kolektorima preko pumpne grupe. U zimskom, ili periodu bez sunca, kotao zagreva gornju zonu bojlera koja mora biti dovoljno velika da zadovolji trenutne potrebe za toplom vodom. Donja zona bojlera, u period bez sunca, ostaje hladna. Pojavom sunčevog zračenja, pa i u najmanjim količinama, dolazi do predgrevanja sanitarne vode donje zone spremnika. Temperatura predgrevanja zavisi od jačine (intenziteta) sunčevog zračenja. U letnjim mesecima temperatura predgrevanja sanitarne vode znatno je viša od podešene temperature sanitarne vode za grejane preko kotla što rezultuje potpunim mirovanjem kotla.

SOLARNA KONTROLNA JEDINICA

Uključuje/isključuje solarnu pumpu u zavisnosti od temperature u kolektorima i bojleru. Solarna pumpa radi samo ako je trenutna temperatura kolektora viša od trenutne temperature bojlera i uz uslov da nije postignuta podešena maksimalna temperatura bojlera. U zimskom periodu pumpa se pali u zavisnosti od senzora koji se nalazi u donjoj zoni bojlera. Kontrolna jedinica beleži temperature, periode rada pumpi, uštede, itd., i čuva ih na memorijskoj kartici. U zavisnosti od modela kontrolne jedinice, moguće je voditi 1-15 različitih potrošača, pumpi, jedinica za rasterećenje, ili sl.

EKSPANZIONI SUD

Prihvata višak radnog medijuma koji nastaje širenjem u kolektorima i cevovodu. Širenje nastaje usled porasta temperature u kolektorima. Ekspanzioni sud kao takav zahteva poseban način dimenzionisanja.

SOLARNI MEDIJUM

Solarni medijum je mešavina propilen-glikola i vode sa aditivima, najviše zbog zaštite od smrzavanja. Ovaj rastvor sadrži posebne inhibitore za rad na visokim temperaturama. Najčešće se pravi greška mešanjem sa “antifrizom” koji se stavlja u sisteme grejanja, što nije isto. U zavisnosti od kvaliteta solarnog sistema menja se svakih 2 – 5 godina uz redovnu godišnju kontrolu kvaliteta.

OSTALO

Ostala oprema podrazumeva cevovod i armaturu, podkonstrukciju, cevnu izolaciju, sigurnosni ventil, itd. Sigurnosti ventil štiti sistem od prevelikog pritiska i najčešće se aktivira zbog loše dimenzionisanog ekspanzionog suda.
Cevovod solarnog sistema se izrađuje od bakarnih cevi s tvrdo lemljenim spojevima. Koristi se posebna izolacija za visoke temperature.

ORJENTACIJA I NAGIB KOLEKTORA

Najviše sunčeve energije, ako gledamo na period od godinu dana, može se dobiti pri nagibu kolektora u odnosu na horizontalnu površinu od 40 – 45 stepeni. Ukoliko želimo više sunčeve energije u zimskim mesecima nagib kolektora trabao bi biti 50-60 stepeni. U letnjim mjesecima više energije se dobija manjim uglovima, 25 – 35 stepeni.
Kolektori bi trebali biti okrenuti prema jugu jer je to strana sveta sa najvećim dnevnim prinosima.

POTREBNA POVRŠINA SOLARNIH KOLEKTORA

Kod solarnog sistema najvažnije je da kolektori u letnjim mesecima stalno “rade”. To znači da apsorbovanu energiju “transportuju” do potrošača, i koriste je u svrhu zagrevanja vode. Ako to nije slučaj sistem je najčešće predimenzionisan. Kod takvih sistema kolektori u letnjim mesecima brzo zagreju bojlere, a nakon toga, greju sami sebe (jer nemaju gde sa viškom energije). Ovo je čist energetski gubitak a trenutna iskoristivost sistema ne postoji. Do predimenzionisanosti sistema najčešće dolazi zbog nepoznavanja tehnike kvalitetnog iskorištenja sunčeve energije.
Vodeći se logikom “od viška glava ne boli” tzv “stručne kompanije” svesno povećavaju površinu kolektora, misleći da je to istovetno povećavanju npr. broja članaka kod radijatorskog grejanja. Takvi sistemi nisu opravdana finansijska investicija i mogu stvoriti određene tehničke poteškoće u radu (problem ekspanzije, sigurnosnog ventila, trajnost solarnog medijuma i sl). Znači, za solarne sisteme sledi zaključak: “Od viška glava boli”. Inženjeri firme MASTER SOLAR svojim iskustvom s terena i obrazovanjem, upoznati sa primenom solarne tehnike, u stanju su da vam dostave optimalno tehničko rešenje u skladu s traženim zahtevima. Primenom jedinica za zaštitu od stagnacije, TiSUN solarni sistemi su zaštićeni od pregrevanja i nepovoljnih posledica pregrevanja.

Optimalna površina kolektora za zagrevanje tople vode, pomoć grejanju i sl. na osnovu uticajnih faktora (podaci o sunčevom zračenju, nagib i orijentacija kolektora, tip kolektora, potrošnje toplote za godinu dana, dužina cevnih vodova, izolacija i sl.) potrebno je za svaki dan u mesecu, integracijom po satima, izračunati dobitak sunčeve energije. Taj posao najčešće se obavlja pomoću računara, simulacijom rada solarnog sistema tokom cele godine. Simulacijskim postupkom dobijaju se najtačniji podaci jer on obuhvata dinamiku sistema. Zbog toga je razvijeno mnogo kompjuterskih programa od kojih izdvajamo POLYSUN DESIGNER sa najvećom bazom klimatskih uslova i opreme različitih proizvođača.