Solarna energija: Gospodarna priprava tople vode

Če želimo iz sonca pridobiti čim več toplot­ne energije tudi v prehodnih obdobjih in pozimi, se lahko odločimo za večjo površino vakuumskih SSE, ki imajo boljši izkoristek. Po drugi strani imamo lahko poleti zaradi tega težave s pregrevanjem SSE. Skratka, če želimo gospodarno pripravo tople sanitarne vode, je nujno pravilno načrtovanje.

Glede na finančne možnosti in potrebe po topli sanitarni vodi se odločimo za eno od treh izvedb SSE: ploščate, cevne ali vakuumske (najbolj pogosta izbira investitorjev so ploščati, ki so cenovno dostopnejši). Za najustreznejšo izbiro je potreben izračun, v praksi pa so večinoma uporabljena merila iz izkušenj. Ob povprečnem sončnem sevanju v osrednji Sloveniji lahko pridobimo na kvadratni meter površine SSE od 250 do 450 kWh sončne energije na leto. Za ploščate selektivne SSE računamo na osebo približno 1,5 kvadratnega metra SSE in hranilnik toplote s prostornino od 50 do 75 litrov. Za cevne in vakuumske SSE veljajo druga merila, z manjšo površino (glej tabelo Izvedba in velikost SSE ter hranilnika tople vode). Vsekakor se moramo že pred nakupom solarne naprave za PTV odločiti, kakšno bo razmerje med površino SSE in prostornino hranilnika tople vode.

Štiričlanska družina lahko s SSE zadosti od 70 do 80 odstotkom potreb po topli sanitarni vodi. To velja v primeru, ko so sprejemniki obrnjeni proti jugu in nameščeni pod naklonskim kotom približno 45 stopinj (ploščati) oziroma pod kotom 50 do 60 stopinj (vakuumski). Bolj kot usmeritev proti jugu (ali jugozahodu) sta pomembna naklonski kot in ustrezno mesto. Vsa odstopanja je treba kompenzirati z večjo površino sprejemnikov. Izkoristki so bistveno boljši poleti kot v prehodnih obdobjih in pozimi, prav tako so boljši pri dvojni zasteklitvi, na toplejših lokacijah ...

Kako povečati učinkovitost SSE

Priprava tople vode s kotlom centralne kurjave ni gospodarna, ne glede na to, kateri energent uporabljamo. Bolj ko je sistem za pripravo tople vode negospodaren, večji bodo prihranki pri posodobitvi in prej se bo povrnila naložba v sprejemnike sončne energije (glej tabelo Gospodarnost solarne naprave s ploščatimi SSE za štiričlansko družino).

Učinkovitost solarne naprave je odvisna od porabe tople sanitarne vode, števila oseb, klimatskih razmer oziroma intenzivnosti sončnega sevanja na obravnavani lokaciji, od usmeritve SSE na strehi in naklonskega kota. Zaželena je čim krajša povezava od sprejemnikov sončne energije do hranilnika tople vode, povezava od hranilnika do potrošnikov pa mora biti dobro toplotno izolirana. Če imamo cirkulacijski vod, posebna obtočna črpalka deluje po programu samo v času, ki je vnaprej nastavljen na stikalu. S tem se toplotne izgube občutno zmanjšajo, za 30 do 50 odstotkov.

Kadar ni dovolj sončne energije, avtomatika pri čim nižji nastavljeni temperaturi tople vode samodejno vklopi kotel centralnega ogrevanja za dogrevanje vode v hranilniku tople vode. Če imamo nastavljeno previsoko temperaturo vode, bo poraba goriva iz kotla centralnega ogrevanja velika, zato jo je smiselno znižati. S tem ukrepom so prihranki energije bistveno večji. Da bi se izognili legioneli, občasno pregrejmo vodo v hranilniku na najmanj 70 stopinj Celzija. S pravilno določeno temperaturno razliko med SSE in hranilnikom tople vode ter optimalno nastavitvijo pretoka medija lahko dosežemo bolj gospodarno delovanje, manjše toplotne izgube in s tem manjše stroške, zmanjšamo pogostost vklapljanja obtočne črpalke ter podaljšamo življenjsko dobo regulacijske naprave in same solarne naprave.

Kako preprečiti pregrevanje SSE

Pomembna razlika je, ali imamo opraviti s ploščatimi SSE ali z gospodarnejšimi vakuumskimi. V vsakem primeru manjša površina sprejemnikov pomeni dovolj tople vode poleti, v prehodnih obdobjih in pozimi pa premalo segreto. Po drugi strani nimamo težav s pregrevanjem medija v sistemu. Posledica premajhnih solarnih dobitkov pozimi je večja poraba goriva v kotlu centralnega ogrevanja.

Večje prihranke energije imamo pri večjih površinah SSE, vendar je treba že vnaprej razmisliti, kako se bomo izognili pregrevanju. Dejstvo je namreč, da imamo poleti presežke toplotne energije, ki jih lahko koristno uporabimo za gretje vode v bazenu, denimo, pogosto pa odvečna toplota ostane neizkoriščena.

Večje težave s pregrevanjem so pri ploščatih in cevnih SSE, manjše pa pri vakuumskih tipa »heat pipe«. Pri teh se pri določeni visoki temperaturi medija sistem ustavi in čaka, da temperatura pade, kar lahko traja dolgo časa – ni zaželeno, da bi se večkrat ponavljalo, ker lahko nastanejo škodljive posledice. Pri ploščatih in cevnih SSE lahko privede do razpadanja absorpcijske barve, pomanjkanja protizmrzovalne tekočine, krajše življenjske dobe sprejemnikov ...

Proizvajalci SSE tipa »heat pipe« ne navajajo problema s pregrevanjem in ne zahtevajo posebnih ukrepov. To pa ne velja za druge cevne in ploščate sprejemnike. V vseh primerih, ko preti nevarnost pregrevanja, moramo ukrepati. Pomembno je tudi, da zaradi morebitnega pregrevanja že pri zasnovi določimo večjo ekspanzijsko posodo (s prostornino 30 do 50 litrov, denimo).

Sam sem se pri načrtovanju solarnega sistema namenoma odločil za večjo površino sprejemnikov sončne energije, zato sem že pri vgradnji predvidel različne ukrepe proti pregrevanju, ki jih predstavljam v nadaljevanju.

Vklop cirkulacijske obtočne črpalke – Na povezavi hranilnik tople vode–porabniki tople vode v kopalnici se po potrebi vklopi cirkulacijska obtočna črpalka. S stalnim kroženjem vroče sanitarne vode povečamo toplotne izgube toliko, da temperatura v hranilniku pade pod kritično mejo. Ta ukrep odpade, če ni cirkulacijskega cevovoda, oziroma ne zadostuje pri premočnem pregrevanju.

Ročno pokrivanje sprejemnikov – Pokrivanje določenega dela površine SSE je najbolj preprost in učinkovit način za preprečevanje pregrevanja, vendar ni priporočljiv, če je dostop na streho oziroma do SSE težaven.

Senčenje SSE na električni pogon – To je učinkovit ukrep, vendar je bil v mojem primeru manj primeren zaradi izvedbe. Mogoče ga je nadgraditi s samodejno avtomatiko.

Izpust prevroče sanitarne vode – Izpust vroče sanitarne vode iz hranilnika je redek, skrajni ukrep in ga uporabimo le kot zasilno rešitev, če res nimamo druge. Njegova pomanjkljivost je namreč v tem, da tako povečujemo tudi porabo vode in toplote.

Večji naklonski kot SSE – To je eden od ukrepov proti pregrevanju, a pride v poštev le za manjše zniževanje temperature. Z več­jim naklonskim kotom imamo dvojno korist: pozimi pridobimo več sončne energije, poleti pa manj, kar je ugodno zaradi manjšega pregrevanja.

Sistem proti pregrevanju kot sestavni del SSE – Poznan je samo en dobavitelj SSE (vakuumskih tipa »heat pipe«), ki imajo že tovarniško vgrajen poseben sistem proti pregrevanju. Ta deluje na osnovi posebnega dodatka, v katerem je vzmet, ki ob uparjanju medija (nad 90 stopinj Celzija, na primer) zapre dostop v kondenzator na SSE in tako ublaži pregrevanje. SSE na moji strehi tega sistema nimajo.

Preusmeritev presežkov toplote iz hranilnika v radiatorje – Presežke prevroče sanitarne vode iz hranilnika tople vode spel­jemo do enega ali več radiatorjev, na primer v kopalnico. Potrebna je vgradnja toplotnega prekrmilnega elektromotornega ventila, ki pomeni glavno kretnico za usmerjanje odvečne vroče sanitarne vode v radiator, ko temperatura vode v hranilniku preseže na regulaciji nastavljeno vrednost. Gre za poceni rešitev, ki poleg zaščite pred pregrevanjem poleti omogoča tudi samodejno dogrevanje enega ali več prostorov v prehodnih obdobjih. Kadar smo zdoma, smo lahko brez skrbi, zato je ta rešitev med vsemi opisanimi najbolj primerna, poceni in preprosta. Da je tudi zanesljiva, lahko potrdim iz prve roke – učinkovito deluje že pet let.

-----

Ogrevanje vode s fotonapetostnimi moduli

Sanitarno vodo lahko namesto s sprejemniki sončne energije (SSE) gospodarno ogrevamo z električnim grelnikom na elektriko, pridobljeno iz sonca. Toliko toplote, kot je dajeta dva SSE s skupno štirimi kvadratnimi metri površine, za enako ceno dobimo iz fotonapetostnih modulov moči 2 kW. Prednosti takšnega načina ogrevanja sanitarne vode je več, pravijo v podjetju Kon Tiki Solar: »Energija je bolj enakomerno porazdeljena čez leto (v vročem poletju ni presežkov, ob ohladitvi in vetru pa izkoristek sončnih celic raste), priklop je preprost (s kablom namesto z izoliranimi cevmi), proti toči odporni moduli so lahko poljubno oddaljeni od grelnika, uporablja se standardni potopni električni grelnik, ki za delovanje ne potrebuje priključka na električno omrežje, ni cevi, ventilov, črpalk, tekočine, ni pregrevanja.« Štiričlanska družina na leto potrebuje okrog 3000 kilovatnih ur energije za ogrevanje vode; dvokilovatni moduli bodo zagotovili približno 1800 kilovatnih ur energije, trikilovat­ni pa 2700.

Uporaba fotonapetostnih panelov za ogrevanje vode ni mogoča povsod, prostor, kjer bodo nameščeni, mora biti brez najmanjših senc. »Poleg tega potrebujemo regulator fotonapetostnega ogrevanja, katerega naloga je, da iz solarnih modulov v vsakem vremenu pridobi kar največ sončne energije in jo posreduje električnemu grelniku v bojlerju,« dodajajo v podjetju. Ba. P.