Vodo naj ogreva sonce

Ogrevanje vode s sprejemniki sončne energije ali sončnimi kolektorji, kakor jih običajno imenujemo, je do okolja prijazno, saj je sonce obnovljiv vir energije, poleg tega s solarnimi sistemi, ki jih lahko uporabljamo tudi za podporo ogrevanju prostorov, ne obremenjujemo okolja s toplogrednimi plini, stroški vzdrževanja so majhni, za nakup in vgradnjo sistema pa je mogoče pridobiti subvencije Eko sklada.

Po izplačilu naložbe 
je energija brezplačna

Energija, pridobljena s sončnimi kolektorji, je brezplačna, seveda šele potem, ko se naložba povrne, kar pa je odvisno o tega, kako gospodaren oziroma potraten sistem za ogrevanje sanitarne vode smo imeli pred vgradnjo SSE, pravi energetski svetovalec Franc Kalan.
Potratnejši ko je bil sistem, tem večji bodo prihranki in tem hitreje se bo naložba povrnila. Če smo vodo prej ogrevali z zastarelim kombiniranim kotlom na kurilno olje in drva, ki je imel zgolj 50-odstotni izkoristek, se nam bo naložba v šest kvadratnih metrov kolektorjev s 300-litrskim hranilnikom toplote (našteto zadošča za povprečno štiričlansko družino) ob upoštevanju subvencije Eko sklada povrnila v šestih letih in pol. Pri kotlu s 65-odstotnim izkoristkom se nam bo povrnila v približno osmih letih in pol, v osmih pa, če smo vodo ogrevali z električnim bojlerjem. Morda se bo komu zdelo veliko, a sogovornik še enkrat poudari, da je po tem obdobju ogrevanje vode dejansko brezplačno, saj so obratovalni stroški sončnih kolektorjev – to je električna energija, ki jo porabijo za delovanje – zanemarljivi.
Izračuni, ki jih je naredil energetski svetovalec in jih objavljamo v tabeli, veljajo za najbolj razširjene ploščate kolektorje, medtem ko so podatki za dražje in energijsko učinkovitejše vakuumske drugačni.

Ploščati in vakuumski

Na trgu je na voljo več vrst kolektorjev, v glavnem pa jih delimo na ploščate ali panelne in vakuumske ali cevne. Prvi so najbolj razširjeni, saj so cenovno dostopnejši, za potrebe po topli vodi v štiričlanskem gospodinjstvu pa morajo biti veliki šest kvadratnih metrov. Njihova velikost oziroma površina je sicer odvisna od različnih dejavnikov, med drugim je treba upoštevati njihovo lego, predvideno porabo tople vode in tudi morebitno uporabo za podporo ogrevanju objekta. Če je površina kolektorjev prevelika, se poleti, ko je raba energije najmanjša, osončenost pa največja, črpalke solarnega sistema pogosto ustavijo, ko voda v zalogovniku toplote doseže nastavljeno temperaturo – temperatura v ploščatih kolektorjih lahko tako doseže 180 stopinj Celzija, v vakuumskih pa preseže 250 stopinj Celzija. Posledice pregrevanja so pospešeno staranje materialov in tesnil, kemični razpad protizamrzovalnih dodatkov ter poškodbe zaradi raztezanja in krčenja materialov.

Ploščati kolektorji so sestavljeni iz toplotno izoliranega ohišja, ki je na zgornji strani pokrito s kaljenim steklom. To pred vremenskimi vplivi varuje v ohišje vgrajen absorber, ki je najpomembnejši del kolektorja – prek absorpcijske površine na vzporedno nameščenih ceveh, ki vsebujejo solarni medij, nam­reč sprejema sončno energijo. Medij se pri tem segreva in ciklično ogreva vodo v zbiralniku. Če toplote iz kolektorjev primanjkuje, se v bojlerju vklopi električni grelnik, ki vodo dogreje na želeno temperaturo. Na splošno velja, da so izkoristki delovanja ploščatih kolektorjev večji pri neposrednem osončenju in nizki temperaturi medija, medtem ko se vakuumski bolje obnesejo v difuzni svetlobi ob oblačnem vremenu, ko je manj sonca.

Po Kalanovih besedah ploščati kolektorji ob manjših oziroma povprečnih solarnih dobitkih pokrijejo od 70 do 77 odstotkov potreb po topli vodi v gospodinjstvu (tolikšen delež prejete sončne energije se pretvori v toploto za ogrevanje vode, preostanek se pokrije z drugo ogrevalno napravo). Izkoristki sprejemnikov sončne energije so lahko ob večjih solarnih dobitkih tudi večji, dodaja sogovornik, odvisni so prav tako od barve absorberja, ki je običajno črn ali temno moder. Pomembno je, da barva omogoča boljše sprejemanje šibkejšega sevanja in hkrati seva manj toplote nazaj v okolje.

Z boljšim izkoristkom, tudi do 85-odstotnim, se ponašajo vakuumski ali cevni sprejemniki sončne energije, ki ob manjši potrebni površini dosegajo enake učinke kot ploščati, naložba vanje pa se kljub večjemu začetnemu strošku povrne hitreje. Sestavljeni so iz vakuumiranih cevi s ploščatim absorberjem ali pa imajo steklen vakuumski plašč z absorberjem okrogle oblike. Njihova prednost v primerjavi s ploščatimi kolektorji je optimalen izkoristek v vseh letnih časih in v različnih vremenskih razmerah – ker lahko energijo črpajo iz difuzne svetlobe, zagotavljajo dovolj tople vode tudi v oblačnem vremenu in pozimi, ko sonca primanjkuje. V oblačnem vremenu se sicer menda enako dobro obnesejo tudi ploščate izvedbe z visokoselektivnim nanosom, vendar imajo vakuumski kolektorji boljši toplotnoizolativni ovoj in s tem boljše lastnosti, zlasti manjše toplotne izgube ob nižjih zunanjih temperaturah.

Vakuumska steklena cev s selektivnim premazom absorbira toploto in jo prek aluminijastega prenosnika znotraj cevi prenese na solarni medij (mešanica vode in glikola), ki kroži v kolektorju. Medij se pri tem uparja in kondenzira v dodatnem prenosniku nad cevmi. Vakuum v cevi deluje kot toplotna izolacija med absorberjem in okolico, pomanjkljivost tega pa je, da lahko z leti oslabi, kar zmanjša izkoristek delovanja. Vakuum ima namreč vlogo pri preprečevanju izgub sončne energije, kar je še zlasti pomembno v slabih vremenskih razmerah, ko sončne svet­lobe in s tem energije primanjkuje.

Primerno mesto in naklon

Na kakovost izkoriščanja sončne energije vpliva več dejavnikov, poleg velikosti oziroma površine sprejemnikov še temperatura medija v absorberju, pravilna izbira drugih elementov solarnega sistema in regulacija, izkoristki pa so najbolj odvisni od dnevne oziroma letne količine sončnega sevanja. Zato je zelo pomembno, kje namestimo kolektorje in pod kakšnim naklonom. Preden jih montiramo, je torej treba preveriti količino osončenja na parceli in pot sonca, na podlagi tega pa izračunamo potrebno površino kolektorjev.

Najpogosteje jih namestimo na strehe z naklonom, na fasade in tudi na tla, vendar so tu ponavadi bolj osenčeni, kar zmanjša njihov izkoristek. Da bi bil ta čim večji, je namreč zelo pomembno, da niso osenčeni v nobenem delu dneva, da torej v bližini ni stavb, dreves in drugih ovir, ki bi metale senco. Na fasadi bodo imeli zaradi navpičnega položaja manjši izkoristek, vendar bodo še vedno povsem zadostovali za ogrevanje sanitarne vode. Najboljši izkoristek sicer dosegajo, če sončni žarki nanje padajo pod pravim kotom, a to ni nujno, če bomo z njimi ogrevali le sanitarno vodo. V tem primeru so lahko nameščeni pod manjšim naklonom. Za območje Slovenije je idealen naklon med 35 in 45 stopinjami, ki je pravzaprav nekakšen kompromis med najustreznejšim naklonom poleti (30 stopinj) in najustreznejšim pozimi (60 stopinj). Če jih nameravamo uporabljati tudi kot podporo sistemu za ogrevanje hiše, je najprimernejši naklon od 35 do 50 stopinj. Pomembno pa je, da so obrnjeni proti jugu, saj so tako v vseh letnih časih najbolj izpostavljeni soncu. Lahko jih tudi za 15 stopinj obrnemo proti vzhodu ali zahodu, večja odstopanja pa pomenijo manjši izkoristek.

_____

Podatki v tabeli veljajo za štiričlansko družino, katere povprečna letna raba energije za pripravo tople sanitarne vode (PTV) je 3000 do 3500 kWh. Stroški in prihranki so izračunani na podlagi cen energentov z dne 19. 7. 2012, in sicer za kurilno olje 0,974 evra na liter ter za elektriko s fiksnimi stroški za lokalni električni grelnik 0,16 evra/kWh.

Ocenjeni izkoristki za PTV s kurilnim oljem prek centralnega ogrevanja so računani za zastarel kotel s 65-odstotnim izkoristkom in za še vedno zelo pogosto uporabljan predimenzioniran, energijsko potraten kombinirani kotel na drva in olje s 50-odstotnim izkoristkom. Tu velja poudariti: bolj ko je sistem za PTV negospodaren, večji so prihranki s sprejemniki sončne energije (SSE) in prej se naložba povrne. In nasprotno, gospodarnejši ko je sistem za PTV, daljša je povračilna doba naložbe v SSE.

Letni solarni dobitki (pridelana sončna energija) so računani z 250 do 450 kWh/m² za ploščate SSE v razponu (zaradi različnih klimatskih in lokacijskih razmer, tabelo s povprečnimi vrednostmi objavljamo ločeno). V tabelo niso vključeni zanemarljivi obratovalni stroški SSE za rabo električne energije (pogon črpalk in podobno), ampak se upošteva, da je sončna energija brezplačna.

S SSE pokrijemo od 70 do 77 odstotkov potreb po topli vodi, pri čemer so upoštevani povprečni solarni dobitki v normalnih razmerah. Solarni dobitki so lahko tudi večji in lahko v celoti pokrijejo potrebe po topli vodi, poudarja Franc Kalan in dodaja, da so za bistveno dražje in energijsko učinkovitejše vakuumske SSE podatki drugačni, enako velja za manjšo ali večjo porabo PTV ter za podporo SSE ogrevanju. Višina naložbe upošteva tudi nepovratna finančna sredstva Eko sklada.

V prihodnji številki priloge Deloindom, ki izide 22. avgusta, bomo pisali o izkoriščanju sončne energije za proizvodnjo elektrike – o subvencijah države, ekonomiki naložbe v sončno elektrarno na družinskih hišah in o novostih na področju fotovoltaičnih modulov.