Solarna energija: obnovljiva, do okolja prijazna in brezplačna

Sprejemniki sončne energije (SSE) ali sončni kolektorji za ogrevanje sanitarne vode in prostorov niso samostojni ogrevalni sistem, ampak vedno le njegov del. Sončne energije namreč ni vse leto dovolj, zato potrebujejo podporo. Glavni vir toplote so lahko v energijsko varčnih hišah, kjer so običajno dopolnjeni z drugimi obnovljivimi viri energije, v energijsko bolj potratnih pa jih uporabljamo predvsem kot podporo sistemu za ogrevanje sanitarne vode. Vedeti je treba, da bodo dobro delovali in imeli visoke izkoristke le, če bodo pravilno nameščeni in ustrezno povezani z drugimi, prav tako kakovostnimi deli celotnega termosolarnega sistema.

Tudi več kot 80-odstotni izkoristki

Tehnologija koriščenja energije sonca s termosolarnimi sistemi se nenehno razvija. Proizvajalci sončnih kolektorjev, ki so najpomembnejši del termosolarnega sistema, v zadnjem času namenjajo največ pozornosti zmanjševanju optičnih in toplotnih izgub, optimizaciji konstrukcije samih sprejemnikov za lažjo in hitrejšo vgradnjo, uporabi do okolja prijaznih materialov ter seveda povečanju izkoristka z različnimi izvedbami absorberjev, ki so glavni element sprejemnikov sončne energije, njihova naloga pa je zbirati energijo sonca in jo posredovati solarnemu mediju, pravi Darjan Lapanje iz Hidrie: »Trend gre v smeri izdelave sprejemnikov, ki potrebujejo čim manjšo površino za vgradnjo oziroma jih je mogoče integrirati v sam ovoj stavbe in lahko dosegajo enake ali celo boljše rezultate. Vsaka izboljšava lahko pomeni bodisi za nekaj odstotkov boljši izkoristek bodisi optimizacijo v smislu pocenitve samega sprejemnika in krajšega časa montaže.« Čeprav so sprejemniki ena glavnih komponent termosolarnega sistema, je za proizvajalce največji izziv shranjevanje večjih količin toplote, da lahko z energijo sonca dosežemo čim večje, v idealnem primeru pa celotno pokrivanje potreb po toploti v stavbi ter tako zagotovimo velik prihranek in zmanjšamo izpuste toplogrednih emisij v ozračje, doda sogovornik.

Izkoristki ploščatih sprejemnikov so sicer višji pri neposrednem sončnem sevanju in nizki temperaturi medija – ko je ta skoraj enaka temperaturi okolice, je njegov izkoristek tudi 80- ali večodstoten. Višja ko je temperatura medija, večje so toplotne izgube v okolico in manjši je izkoristek. Drugače je pri vakuumskih kolektorjih – ti imajo višje izkoristke v difuzni svetlobi, ko je sonca malo, pravi Drago Puzin iz podjetja EkoEnergija: »Odbojna parabola v vakuumskih cevnih kolektorjih omogoča izkoriščanje difuzne svetlobe tudi v oblačnem vremenu, zato je lahko njihova površina za ogrevanje enakega volumna tudi do 40 odstotkov manjša kot pri ploščatih.«

Optimalna je orientacija proti jugu

Na količino energije, pridobljene iz energije sonca, vpliva več dejavnikov, poleg količine sončnega sevanja še velikost sprejemnikov, njihova ustrezna usmeritev glede na stran neba, lokacija, kjer stoji hiša. Kakšen sistem bomo potrebovali, je odvisno tudi od porabe tople vode v hiši oziroma toplotnih zahtev. Lapanje pravi, da je optimalna namestitev polja sprejemnikov z orientacijo proti jugu in naklonom med 35 in 65 stopinjami. Višina naklonskega kota je nekoliko odvisna tudi od sistema, ki ga vgradimo. Termosolarni sistemi za pripravo tople sanitarne vode imajo navadno manjše naklonske kote, saj največ energije potrebujemo v poletnih mesecih, ko poteka pot sonca visoko na nebu. Nasprot­no pa kombinirani termosolarni sistemi za pretočno pripravo tople sanitarne vode ter za pomoč pri dogrevanju hiše in sistemi solarnega ogrevanja potrebujejo večje naklonske kote, saj želimo čim več energije zbrati v mesecih, ko je tudi največ potrebujemo za (d)ogrevanje hiše, to je jeseni, pozimi in spomladi, ko se sonce pomika nižje na nebu, razloži Lapanje. S tem zagotovimo boljše razmere za izkoriščanje energije sonca v ogrevalni sezoni in hkrati zmanjšamo možnosti pregrevanja sistema v poletnih mesecih.

Poleti se segrejejo tudi čez 90 stopinj Celzija

Sprejemniki sončne energije se v poletnih mesecih segrejejo tudi na 90 stopinj Celzija ali celo več. Zato je zelo pomembno, da je termosolarni sistem pravilno izbran in predvsem pravilno dimenzioniran v skladu z značilnostmi objekta in potreb po toploti. Sistem je torej treba dimenzionirati za vsak objekt posebej, pri čemer si v Hidrii pomagajo z računalniškimi programi, ki omogočajo simulacijo delovanja sistema, upoštevajoč vse ključne parametre, kot so velikost polja sprejemnikov, orientacija, kraj, količina sončnega sevanja in namen uporabe pridobljene energije. Tako lahko izberejo optimalen sistem, ki zagotavlja najboljše izkoristke in največje prihranke.

Poleg pravilnega načrtovanja je pomembna tudi pravilna montaža solarnega sistema, skupaj s kakovostnimi komponentami, opozori Darjan Lapanje, možgane vsakega ogrevalnega sistema pa predstavlja regulacija, ki med drugim preprečuje pregrevanje sistema, in sicer tako, da ustavi solarno obtočno črpalko, ko je to potrebno, ali pa zagotovi tako imenovano nočno pohlajevanje sistema, ko dalj časa ni nikogar v hiši. Če so izpolnjeni vsi zgoraj našteti pogoji, ni strahu, da bi se sistem pregrel, se strinja tudi Drago Puzin.

Za ogrevanje vode 5,4 m2, za ogrevanje prostorov od 10 do 16 m2

Če želimo s sprejemniki ogrevati sanitarno vodo za štiričlansko družino v obstoječi hiši, potrebujemo polje sprejemnikov z absorpcijsko površino 5,4 kvadratnega metra, 300-litrski hranilnik toplote z možnostjo dogrevanja prek že obstoječega kotla ter druge elemente za delovanje sistema, kot so solarna obtočna črpalka, raztezna posoda, cevne povezave … S takim sistemom lahko po Lapanjetovih besedah pokrijemo do 75 odstotkov potreb po toploti za pripravo tople sanitarne vode, kar na letni ravni pomeni tudi več kot 400 litrov prihranka kurilnega olja.

Za kombinirane termosolarne sisteme in sistem solarnega ogrevanja je poleg lokacije pomembna tudi specifična raba energije stavbe. Najbolj primerni nizkoenergijski in pasivni objekti, ki so dobro toplotno izolirani in imajo nizkotemperaturne načine ogrevanja, saj lahko tako zagotovimo največji mogoč delež pokrivanja potreb po toploti z brezplačno energijo sonca. Če želimo poleg vode ogrevati še prostore v povprečno izolirani in 160 kvadratnih met­rov veliki hiši, potrebujemo tisočlitrski zalogovnik toplote, na katerega povežemo vse vire ogrevanja, razloži Lapanje: polje sprejemnikov sončne energije, ki je v tem primeru večje, v povprečju je veliko med 10 in 16 kvadratnih metrov, kotel ali toplot­no črpalko za dogrevanje in vse porabnike – modul pretočne priprave tople sanitarne vode in ogrevalni modul za talno in/ali radiatorsko ogrevanje. Sistem tako deluje z največjim možnim izkoristkom sončne energije, poleg tega zmanjšamo toplotne izgube in poleg potreb po topli vodi zagotovimo 40 in več odstotkov potreb po toploti za ogrevanje prostorov. Za povprečno hišo v osrednjeslovenski regiji to pomeni tudi več kot 1200 litrov prihranka kurilnega olja na leto, doda sogovornik.

Kaj pa, če na strehi zagori?

Medtem ko se lastniki hiš, ki so na streho namestili sprejemnike sončne energije, niso kaj veliko obremenjevali z vprašanjem, kaj to pomeni za požarno varnost strehe in z njo hiše, pa se zlasti v zadnjem času o tem sprašujejo vsi, ki so se odločili, da bodo energijo sonca izkoriščali za pridobivanje električne energije in imajo na strehi sončno elektrarno. Po zadnjih podatkih imamo v Sloveniji za 100 megavatov sončnih elektrarn, do leta 2020 pa naj bi njihova moč dosegla 1500 megavatov. Toda pred časom smo lahko v medijih zasledili, da požarov na sončnih elektrarnah ni mogoče pogasiti. Je to res? Ponudniki sončnih elektrarn in proizvajalci fotonapetnostnih modulov odgovarjajo, da ne, res pa je, da na gasilce v tem primeru preži več nevarnosti kot pri gašenju streh brez sončnih elektrarn. Največja je nevarnost električnega udara.

Luka Vidmar iz podjetja Plan-net pravi, da je 99 odstotkov požarov na sončnih elektrarnah posledica požara na strehi oziroma v objektu pod njo, od koder se je ogenj razširil na streho: »Le odstotek primerov je povezanih z vžigom zaradi pojava iskrenja na konektorjih modulov, ki je navadno posledica slabe kakovosti izdelave samih konektorjev. Celice se sicer lahko pregrejejo, vendar ne povzročijo požara, saj je temperatura pregrevanja prenizka.«

Sončne elektrarne so načeloma varen vir energije, če so iz kakovostnih materialov in pravilno nameščene. A dejstvo je, da je gašenje požara ob navzočnosti ali v bližini električnih naprav in omrežja nevarno, pravi Jože Oblak z Gasilske zveze Slovenije. In fotonapetostni moduli so povezani v panele z napetostjo od 700 do 1000 voltov, kar je smrtno nevarno. Druga težava je nevarnost električnega obloka, ki nastane pri poškodbi vodnikov ali drugih elementov električne povezave, tu je še nevarnost padanja modulov, našteva sogovornik. Za pritrjevanje modulov in v konstrukcijah se po njegovih besedah uporabljajo aluminijasti nosilci – aluminij ima tališče pri 660 stopinjah Celzija, pri požaru pa lahko temperatura v nekaj minutah naraste na več kot 800 stopinj, kar pomeni, da moduli v zelo kratkem času izgubijo pritrdišče, kar z drugimi besedami pomeni, da sončna elektrarna izgubi nosilnost, njeni deli pa začnejo padati. Ker so sončne celice obdane z materiali, ki ob gorenju sproščajo strupene snovi, morajo gasilci uporabljati izolirne dihalne aparate, ki zavarujejo dihalne poti.

Od 1. januarja obvezen požarni načrt

Gasilci so sicer primerno usposobljeni za ustrezno ukrepanje v različnih požarih, a težava je, da pogosto sploh nimajo podatka, da je na objektu sončna elektrarna, ali pa nimajo informacij o njeni izvedbi, torej kako in kje so nameščeni posamezni elementi, kako in kje so napeljani vodniki, zato ne morejo izklopiti enosmerne napetosti med moduli in razsmerniki. Napetost v enosmernem delu inštalacij je podnevi vedno prisotna, razloži Vidmar: »V modulih poteka tako imenovani fotonapetostni efekt. In ker se pri gašenju uporabi veliko vode, obstaja nevarnost, da prek vode pride do posrednega udara toka. Temu se lahko izognemo s posebnim sistemom, s katerim lahko odklopimo enosmerni del elektrarne.«

Prav zato je 1. januarja letos začel veljati spremenjen pravilnik o požarnem redu, ki določa, da morajo imeti vsi objekti s sončno elektrarno, povezano na javno električno omrežje, izdelan požarni načrt. Ta mora biti obešen na vidnem mestu, z njim pa mora biti seznanjena tudi območna gasilska enota. Gasilska zveza Slovenije pa je decembra lani v sodelovanju s Slovenskim združenjem za požarno varstvo in Upravo RS za zaščito in reševanje na podlagi intervencijskih navodil nemške gasilske zveze pripravila priporočila za gasilce, ki jasno določajo, kako ravnati pri požaru na objektu s sončno elektrarno.

Prah, vodna megla in vodni curek

Gasilci obravnavajo sončno elektrarno kot generator električne energije, pri katerem ni mogoče izklopiti električne energije, zato uporabljajo postopke gašenja naprav pod električno napetostjo, pravi Oblak. Za gašenje takšnih naprav uporabljajo prah, vodno meglo in vodni curek, pri čemer je treba upoštevati predpisane najmanjše varnostne razdalje. Ta je pri gašenju naprav s srednjo napetostjo z ročnikom na vodno meglico en meter, pri gašenju z vodnim curkom pa pet metrov. Ognjene zublje je mogoče ustaviti tudi z gasilnikom s prahom, CO2-gasilnikom, uporaba gasilnika s peno pa je mogoča samo za gašenje naprav, ki niso pod napetostjo, pojasnjuje Katja Goršek iz podjetja Bisol.

-----

Otočne sončne elektrarne

Za lastnike počitniških hiš, visokogorskih koč in drugih manjših objektov, ki nimajo dostopa do elektrodistribucijskega omrežja ali se nanj ne želijo priključiti, so primerna rešitev otočne sončne elektrarne. Te so na voljo tudi pri nas, z manjšo izhodno močjo 800 vatov in večjo, 1200 vatov. Manjši sistem skupaj z akumulatorsko baterijo v poletnem sončnem dnevu omogoča celodnevno delovanje hladilnika, na primer, proizvedeno električno energijo pa lahko nekaj ur izkoriščajo še televizor, radio, osebni računalnik in nekaj varčnih žarnic, pravijo v družbi Bisol, kjer so razvili lasten otočni sistem. Večji sistem je zmogljivejši in poleti omogoča, da električno energijo porabljajo hladilnik, televizor, računalnik, toplotna črpalka za ogrevanje sanitarne vode, kuhalnik vode, pet varčnih žarnic in opekač kruha. Dnevna proizvodnja električne energije več­jega otočnega sistema je približno 5,8 kilovatne ure, zato lahko lastniki skupaj z energijo iz baterije na dan porabijo tudi več kot 8 kilovatnih ur elektrike. Otočne sisteme je mogoče tudi nadgraditi z dodatnimi moduli in drugo potrebno opremo.