Ova količina energije - nažalost - ne pokriva u dovoljnoj mjeri potrebu za toplinom čak i vrlo energetski učinkovite kuće, a zasad ljeti ne možemo akumulirati odgovarajuću rezervu energije za zimu na ekonomski isplativ način.
Međutim, sunčevu energiju možemo uspješno koristiti za zagrijavanje vode, iako ovdje nećemo bez akumulatora topline. Nije uvijek sklon sjaju kad se samo želimo okupati.
Problem suviška tople vode
Očito nas glava ne boli, uostalom, želimo što više tople vode „besplatno“ i ne razmišljamo o tome da nam njezin višak može stvarati probleme.
U međuvremenu, optimizacija solarne instalacije nažalost nije jednostavan zadatak. Prvo, jer mjeseci s najviše sunčanih zraka, tj. Od kraja lipnja do početka rujna, imaju praznike. Tada se broj stanovnika naše model kuće smanjuje s četiri na dva, ili možda čak i na nulu.
Zbog nedostatka potrošnje tople vode, obilje sunčeve svjetlosti pretvara se u nedostatak i zahtijeva zaštitu instalacije od pregrijavanja. Naravno, ovaj se problem može riješiti, iako nažalost ponekad uz znatne troškove.
To može biti sustav u kojem se glikol istjeruje iz kolektorskog sustava parama pregrijane tekućine, ili upotreba vakuumskih kolektora s toplinskim cijevima, ili na kraju najjeftinija investicija - uporaba automatizacije koja prekomjerno vruću vodu ulijeva u kanalizacijski sustav.
Potonja metoda nažalost je najskuplja za rad, jer i čista voda i ispuštanje kanalizacije koštaju sve više i više. Zanemarujemo etički aspekt takvog rješenja - ulijevanje tople vode za piće u kanalizaciju.
Rješenje problema viška topline koju ljeti proizvodi solarna instalacija, a često je predlažu instalateri, je zagrijavanje vode u bazenu (ako je, naravno, imamo samo, što još nije uobičajeno).
Na prvi pogled ovo je dobro rješenje, ali zašto grijati vodu u bazenu u kojem se nitko ne kupa.
Kao što možete vidjeti iz gornjih razmatranja, pravilan odabir sakupljača nije laka stvar, pa stoga vrijedi obratiti malo pažnje na to.
Optimalni sakupljači
Kad bismo upotrijebili klimatske podatke o insolaciji, na primjer u Mazoviji, ispalo bi da najviše sunčeve energije tijekom godine pada na ravninu nagnutu prema jugu pod kutom od 30 °. Međutim, odabir takvog nagiba kolektora bio bi pogreška. U tom položaju daju najviše topline u blagdanskim mjesecima, kada nam je to najmanje potrebno.
Nagib kolektora pod kutom od 60 ° je mnogo povoljniji. Daje najviše energije u jesen, zimu i proljeće. Ako bi se područje kolektora nagnuto pod kutom od 60 ° odabralo da pokrije 100% potrebe za toplinom za grijanje vode u travnju, pokrili bismo u prosjeku 85% ove potražnje u ožujku i rujnu, 57% u veljači i listopadu, te u tri najhladnija i najmračnija mjeseca u godini. - do 27%.
Naravno, ostaje problem što učiniti s blagdanskim nedostatkom potrošnje tople vode, ali je manji nego s manjim kutovima nagiba kolektora.
Kolektor s nagibom od 60 ° pokriva čak 70% godišnje potrebe za toplom vodom. Postizanje takvog rezultata moguće je pod uvjetom da se koriste vakuumski kolektori s toplinskim cijevima. Međutim, takvi kolektori su puno skuplji od ravnih kolektora.
Međutim, ako uzmemo u obzir da u cijeloj solarnoj instalaciji trošak kolektora iznosi samo 30% ukupnih izdataka, tada čak i njegova dvostruka cijena povećava troškove instalacije za samo 25%. Uzimajući u obzir povećanje učinkovitosti sustava od 25-30% u razdoblju od listopada do ožujka (prosječno 15% godišnje) i 20-godišnji vijek trajanja kolektora, kapitalni troškovi grijanja tople vode bit će slični onima kod ravnih pločastih kolektora.
Ti kolektori istodobno rješavaju probleme s pregrijavanjem vode. Pri odabiru vakuumskih kolektora, međutim, treba uzeti u obzir visoki rizik od njihove niske kvalitete. Bez pouzdanih jamstava, njihova uporaba može nas izložiti gubicima.
Kolektori za grijanje kuće
Solarni kolektori, nakon odgovarajuće preinake instalacije, također mogu podržati grijanje zgrade. Međutim, uporaba solarnih kolektora u takvu svrhu još nije ekonomski razumna, ali mnogi ljudi ovo rješenje tretiraju kao neku vrstu sigurnosti za budućnost. Shvaćajući da će energija biti skuplja, nadaju se da će uporaba solarnih kolektora smanjiti njezinu potrošnju.
Međutim, za sada u našem dijelu Europe ne dolazi u obzir učinkovite i ekonomski racionalne instalacije sa solarnim kolektorima koje bi grijale kuću tijekom cijele sezone grijanja. Glavna je prepreka da kada je vani najhladnije i kada nam je najpotrebnije grijanje, količina solarne energije koju možemo koristiti vrlo je mala.
Čest je slučaj da instalacija uopće ne radi 2-3 mjeseca godišnje, bez obzira na vrstu korištenih kolektora. Rješenje ovog problema bilo bi pohranjivanje energije proizvedene ljeti i u jesen kako bi se koristila tijekom sezone grijanja. To bi zahtijevalo upotrebu ogromnih spremnika punjenih vodom, čiji bi kapacitet bio nešto manji od cijele kuće. Stoga je skupo rješenje, koje karakterizira niska učinkovitost i nemogućnost "izgradnje" spremnika unutar kuće.
Godinama se radi na proizvodnji dimenzionalno prihvatljivih spremnika ispunjenih materijalom koji nije voda, čiji bi toplinski kapacitet bio usporediv s ogromnim spremnikom za vodu. Za sada ne dolazi u obzir korištenje solarnih kolektora za pripremu tople vode ili grijanje kuće, već samo za potporu tim procesima.
Projektiranje solarne instalacije
Da bi se podržala priprema tople vode, instalacija je odabrana na takav način da pokriva oko 50-60% godišnjih potreba za energijom u tu svrhu. S mješovitom instalacijom koja podržava pripremu tople vode i grijanje kuće, to bi bilo oko 20-25% godišnjih potreba. Ponekad postoje instalacije u kojima investitor želi dodatno povećati pokrivanje godišnjih potreba za energijom solarnim kolektorima. Međutim, povećanje broja kolektora uzrokuje samo blagi porast količine energije dobivene u sezoni grijanja i, istovremeno, veliki višak energije ljeti. To je korisno samo u instalacijama gdje se ljeti višak topline koristi za grijanje bazena.
Izgradnja kolektora za potporu grijanju tople vode
Solarni kolektori koriste efekt staklenika i svojstva stakla. Tijela s visokom temperaturom (uključujući Sunce) zrače toplinu pomoću kratkih valova. A budući da staklo vrlo dobro propušta kratkovalno zračenje (staklo u visokokvalitetnim kolektorima - 91-96%), a vrlo malo - dugovalno zračenje, toplinska energija sunca lako dopire do unutrašnjosti kolektora, zbog čega se apsorber-sloj zagrijava. Apsorber prenosi toplinu u vodenu otopinu glikola. Način na koji kolektor prima toplinu ovisi o njegovoj vrsti. Na tržištu postoje dvije skupine kolektora - ravni i vakuumski cijevni.
Ravni kolektori - izrađeni su od lima prekrivenog materijalom koji dobro upija sunčevo zračenje, na koji su pričvršćene cijevi ispunjene vodenom otopinom glikola. List apsorbera stavlja se u kutiju izrađenu od aluminija ili plastike. Na dnu, između kućišta i apsorbera, nalazi se sloj toplinske izolacije, obično mineralne vune. Na vrhu je kolektor prekriven zaštitnim staklom.
Prednosti ravnog kolektora su niža cijena, jednostavna instalacija i visoka učinkovitost ljeti (to je zato što ravni ploča ima jedan sloj stakla koji zadržava samo dio sunčevog zračenja).
Nedostatak je manja učinkovitost zimi, kada je vanjska temperatura niska, a gubici topline iz kolektora od velike važnosti (veliko aluminijsko i stakleno kućište učinkovito prenosi toplinu u okoliš).
Sakupljači s ravnim pločama obično su tijekom godine manje učinkoviti od cijevnih. Međutim, to vrijedi za usporedbu dva kolektora s istom površinom. Budući da ravni kolektori dostupni na tržištu obično imaju najmanje dvostruko veću površinu od tipičnog cijevnog kolektora, a cijena takvog seta je niža, kupnja ravnog kolektora obično je isplativija od cijevnog kolektora. Vrijedno je razmotriti upotrebu kolektora cijevi kada je malo prostora na krovu.
Vakuumski cijevni kolektori - trenutno su na tržištu dvije vrste ovih kolektora: s izravnim protokom i s toplinskom cijevi.
- Izravnim protokom. Takav kolektor sastoji se od nekoliko ili desetak cijevi malog promjera (8-10 mm), oblikovanih slovom U. Svaka "U-cijev" smještena je u aluminijski dio, na koji se navlači staklena cijev od dva čvrsto povezana sloja postoji vakuum. Ispod cijevi je ogledalo.
Prednost ove vrste kolektora je mali gubitak topline zimi i učinkovit rad također uz nepovoljnu orijentaciju krova. Mane - visoka cijena, niža učinkovitost ljeti i osjetljivost na dugotrajni nedostatak primanja topline.
- Toplinska cijev. U kolektorima ove vrste unutar staklenih cijevi nalazi se jedna cijev unutar koje ima tekućina koja ključa na niskoj temperaturi. Solarno zračenje zagrijava tekućinu koja isparava s dna cijevi i kondenzira se u gornjem dijelu - odajući toplinu faktoru koji kruži u instalaciji.
Prednosti i nedostaci kolektora toplinskih cijevi jednaki su onima s izravnim protokom. Osim toga, mogu se montirati u fazama: prvo okviri, a zatim ugradnja kolektorskih cijevi. Također imaju djelomičnu zaštitu glikola protiv previsoke temperature. Dodatni nedostatak je niska kvaliteta nekih kolektora na tržištu.
Prednosti upotrebe kolektora
Pretpostavljamo da u našoj maketarskoj kući žive 4 osobe koje svakodnevno koriste 35 litara tople vode na 55 ° C. To znači dnevnu potrošnju vode od 140 l, za koju ćemo odabrati kolektore i kapacitet spremnika.
Pod pretpostavkom 1,5 m2 apsorbera za svakih 50 litara vode dnevno potrošene, to nam daje 140: 50 × 1,5 = 4,2 m2. Usvojili smo dva ravna kolektora površine po 2,33 m2. Da bismo postigli odgovarajuću učinkovitost instalacije, odabrali smo spremnik zapremnine oko 300 l (dvostruko veći od dnevne potrošnje vode).
Izbor možemo smatrati ispravnim, jer smo na temelju simulacije provjerili da će pokrivati oko 52,1% godišnjih potreba za energijom za grijanje vode.
- Troškovi ulaganja. Većina proizvođača nudi cjelovite pakete sa solarnim kolektorima, namijenjene obiteljskim kućama. Cijena paketa je približno: 8.000-12.000 (značajne razlike u cijeni rezultat su velikog broja vrsta i kvalitete komponenata).
Uzimajući u obzir upotrebu solarnih kolektora kao produžetak konvencionalne instalacije s kondenzacijskim kotlom, od cijene paketa moramo odbiti troškove standardnog spremnika od 150 l, koji bi se koristio u instalaciji s kondenzacijskim kotlom. Ovisno o proizvođaču i tehnologiji, trebali bismo oduzeti oko 2000-2500, tada je cijena paketa sa solarnim kolektorima 6000-10000 plus radna snaga (1500-2000). Ukupno će biti od 7.500 do 12.000.
Teoretski, moglo bi se reći da upotreba solarnog kolektorskog sustava štedi oko 52% energije potrebne za zagrijavanje vode, tj. U našoj model kući - oko 143 m3 plina. Pomnoženo s cijenom plina (2,3 / m3), mogli bismo odrediti godišnju uštedu plina. Međutim, ova je metoda vrlo sklona pogreškama.
Na temelju rezultata iz prethodnih dijelova ciklusa možemo napraviti preciznije izračune analizirajući ukupne troškove grijanja kuće i pripreme tople vode za pojedine varijante kuće. U tablici je prikazana usporedba operativnih troškova samog kondenzacijskog kotla i kotla koji surađuje s kolektorima.
Korištenje solarnih kolektora sigurno je korisno. Međutim, s trenutnim cijenama i tarifnom politikom to nije uvijek isplativo rješenje.
Troškovi tople vode iz kolektora
Uz pretpostavku potrošnje tople vode po glavi stanovnika od 35 l / dan, u našoj kući trebamo oko 2665 kWh energije za njezino grijanje godišnje. Pod pretpostavkom da koristimo najskuplji izvor, tj. Električnu energiju (0,52 po 1 kWh), to je:
2665 kWh / godina × 0,52 (PLN / kWh) = 1386 (PLN / godina).
Od tog iznosa možemo uštedjeti 52% u instalacijama s ravnim kolektorima, tj. 1386 × 0,52 = 721.
Ako se od ovog iznosa oduzme trošak električne energije za pogon cirkulacijskih crpki Sunčevog sustava (oko 50 / godišnje) i godišnji troškovi održavanja instalacije od 80 / godišnje, imamo 591 godišnju uštedu. Zapravo, ove će koristi biti još manje, jer su gubici topline na samom ležištu, ovisno o kvaliteti izolacije, od 30 do 60 kWh mjesečno, što će povećati troškove grijanja vode u zimskim mjesecima (ljeti ionako imamo višak besplatne solarne energije).
Trošak solarne instalacije u prosjeku iznosi 10.000, uzimajući u obzir neto subvenciju od 20% iz Nacionalnog fonda za zaštitu okoliša (bruto subvencija iznosi 45% rashoda na koji plaćamo porez na dohodak i bankovne troškove). Ovaj iznos, položen u bankovni depozit od 5,5%, daje nam 546 kamata, što je gotovo jednako štednji, bez tehničkog rizika (mogući troškovi neuspjeha).
Sličan nepovoljan rezultat dobivamo analizom vremena povrata od 10.000: 546 / godina = 18,3 godine. Možete vidjeti da se troškovi isplaćuju u razdoblju bliskom vijeku instalacije.
Također su troškovi 1 kWh topline iz kolektora usporedivi s troškovima električne energije: (10 000 + 20 godina × (50 / godina + 80 / godina)) :: (20 godina x 2 500 kWh / godina × 0,52 / kWh) = 0,48 / kWh.
Ako uzmemo u obzir rizik od kvara u 20-godišnjem razdoblju rada, ovaj će trošak vjerojatno biti još veći.
Štednja vode Postoje
i drugi načini za smanjenje potrošnje energije za grijanje vode. To je smanjenje potrošnje vode zahvaljujući ulaganju u armature za uštedu energije. Ovdje ulaganje od 2.000 (za netaknute armature za umivaonike, tuš koji štedi vodu i vrlo učinkovite prozračivače) omogućuje smanjenje potrošnje tople vode za najmanje 60%. Stoga godišnje uštedimo na energiji: 2655 kWh × 0,6 × 0,52 / kWh = 828, ali i na troškovima ispuštanja vode i kanalizacije (oko 700). To daje senzacionalno vrijeme povrata od 2000: 1528 = 1,3 godine.
Inače, ovdje promatramo miješanje države, sprečavajući širenje rješenja koja racionaliziraju potrošnju energije. Uredba o energetskom certificiranju zgrada napisana je na takav način da ugradnja opreme za uštedu vode, suprotno činjenicama, ne poboljšava energetske pokazatelje.
Sve to navodi na zaključak da je do sada odluka o ugradnji solarnih kolektora u kuću više bila zbog marketinških aktivnosti nego iz ekonomskih razloga.
Troškovi solarne instalacije i subvencije
Visoki troškovi solarnih kolektora na poljskom tržištu uglavnom su generirani politikom potpore tim ulaganjima od strane Nacionalnog fonda. Prvi sustavi koji podržavaju financiranje solarnih instalacija za kolektivne primatelje rezultirali su radikalnim rastom cijena kolektora.
Rezultat je izravno iz načina financiranja investicije. Nacionalni fond financira određeni postotak izdataka. Rezultat je da ako želimo dobiti najveću subvenciju, moramo povećati troškove. Neučinkovit pokušaj smanjenja ovog učinka je uvođenje ograničenja troškova instalacije od strane Nacionalnog fonda za zaštitu okoliša na razini 2500 / m2 kolektora. To je dovelo do postavljanja cijena na razini koju u Europi postižu hibridni kolektori PV-T koji proizvode električnu i toplinsku energiju. Teoretski je moguća alternativna politika koja podržava instalaciju solarnih kolektora. Bilo bi dovoljno postaviti stalnu razinu potpore, na primjer na razini 1000 / m2 kolektora, naravno uz visoke zahtjeve kvalitete i učinkovitosti.
Tada bi se optimizacija subvencije, sa stajališta kupca, sastojala u pronalaženju najjeftinije ponude koja udovoljava zahtjevima kvalitete, tj. Minimiziranju vlastitog doprinosa.
Budući da danas, osim sustava podrške NFEP-a, na tržištu možete pronaći i pristojnu instalaciju za četveročlanu obitelj za 6.000 (4m2), uz subvenciju od 4.000, što je niže nego sada, trošak za investitora bio bi samo 2.000. Dakle, cijena od 1kWh toplina za zagrijavanje vode pala bi na 0,18 / kWh i svi bi krovovi bili prekriveni solarnim kolektorima. Možda je strah od takvog scenarija razlog zašto je politika subvencioniranja drugačija. To bi rezultiralo značajnim smanjenjem potrebe za toplinom.
Trebate li se bojati pregrijavanja u kolektorima?
Mnogi se ljudi boje da ne ostave instalaciju bez nadzora ljeti, kada ukućani odu na odmor. U praksi pravilno izvedena instalacija ne predstavlja nikakvu prijetnju korisniku, a još manje zgradi. Opremljen je sigurnosnim ventilom iz kojeg se problem mogućeg istjecanja glikola može riješiti zamjenom dodatne posude. Uz to, u instalaciji se nalazi ekspanzijska posuda koja kompenzira fluktuacije tlaka povezane s cikličkim zagrijavanjem i hlađenjem instalacije. U pravilno izrađenoj i održavanoj instalaciji, ekspanzijska posuda praktički sprječava otvaranje sigurnosnog ventila.
Veća opasnost u instalaciji je rizik od oštećenja medija za grijanje, tj. Vodene otopine propilen glikola, s dugotrajnim nedostatkom primanja topline u instalaciji i temperaturom koja ostaje iznad 140-150oC. Gotovo svi ravni sakupljači ploča mogu postići ovu temperaturu. Cjevasti kolektori mogu doseći čak 220-270oC. U takvim uvjetima medij je raslojen i pojavljuju se naslage koje je teško ukloniti iz instalacije. Ponekad se dogodi da instalacija sa solarnim kolektorima napunjenim tijekom faze izgradnje kuće ne može biti puštena u rad nakon nekoliko mjeseci nekorištenja. Mulj nastao u instalaciji odlazi na filtere,odvajač zraka ili cirkulacijska pumpa i učinkovito blokira protok. Iz tog razloga važno je u fazi ugradnje pokriti kolektore i ne puniti ih dok se ne upotrijebe. Uvijek se treba obratiti proizvođaču za pravila postavljanja kolektora.
Tijekom rada instalacije koriste se razne metode za zaštitu medija od pregrijavanja. Na primjer, neki kontroleri imaju funkciju noćnog hlađenja instalacije. Drugo rješenje je uporaba termostatskih ventila koji, nakon prelaska određene temperature, ispuštaju dio tople vode iz rezervoara u kanalizaciju, opskrbljujući je hladnom vodom. Obje ove metode nisu idealne zbog nepotrebne dodatne potrošnje energije i vode. Iz tog su razloga tražene druge metode osiguranja faktora.
S cijevnim kolektorima može se koristiti spremnik velikog kapaciteta (preko 80 l na 1 m2 apsorbera kolektora), koji visoku temperaturu postiže tek nakon nekoliko dana intenzivnog zagrijavanja. Druga metoda je uporaba kolektora toplinskih cijevi, u kojima, u nedostatku primanja topline u postrojenju, salamura isparava, što ne prenosi toplinu u vodenu otopinu glikola.
U ravnim pločastim sakupljačima ispada da je učinkovita zaštita medija upotreba vijugavog apsorbera.
Povoljno rješenje su i sustavi za odvod ili sustavi s gravitacijskim povratom medija, u kojima kolektori ostaju prazni tijekom nedostatka prijema topline.
