Saulės šildymo sistemos: šildymo saulės sistemų pagrindu įrengimo technologijų analizė

Alternatyvių šilumos šaltinių paieškos klausimas tampa vis aktualesnis. Prie to prisideda augančios dujų, anglių, naftos kainos. Labai perspektyvi kryptis – saulės šildymo sistemos, gebančios efektyviai šildyti patalpą daugelį metų.

Svarstote apie heliosistemos įrengimą, bet kyla abejonių ir klausimų? Padėsime jums suprasti, kada tikslinga panaudoti saulės energiją šildymui, ir aprašysime galimus šildymo organizavimo variantus. Be to, pateiksime instrukcijas, kaip pasigaminti naminius heliosistemos elementus – plokščiąjį ir vamzdinį kolektorius.

Saulės energija – alternatyvus šilumos šaltinis

Idėja naudoti saulės energiją šildymui nėra nauja. Be to, jos taikymo tikslingumą įrodė amerikiečiai, kinai, ispanai, izraeliečiai ir japonai.

Rinka gausu pasiūlymų įvairių saulės energijos konversijos įrenginių ir tolesnio jos naudojimo ūkinėms reikmėms.

Heliosistemos aktyviai naudojamos kaip pagrindinis šilumos šaltinis daugelyje pasaulio šalių. Mūsų platumose jos kol kas taikomos kaip šildymo sistemos priedas.

Sistemų kaina priklauso nuo jų tipo, ploto, gamyboje naudojamos medžiagos. Kasmet pastebima nuolatinė visų rūšių saulės įrenginių – heliosistemų – kainų mažėjimo tendencija.

Tai daro jas prieinamesnes plačiai visuomenei. Tik kol kas ne kiekvienas norintis yra pasirengęs tokį pirkinį įsigyti.

Tačiau, turint noro, galima pasigaminti efektyvią saulės šildymo sistemą savo rankomis, išleidžiant pastebimai mažiau lėšų.

Įprasta šildymo sistema, puikiai atliekanti savo funkcijas daugelį metų, tampa vis brangesnė. To priežastis – visuotinis energijos išteklių brangimas visame pasaulyje. Natūralus noras, kylantis šeimininkui – sutaupyti šildymui, kuris suvalgo nemažą šeimos biudžeto dalį.

Taigi saulės šildymo sistema gali visiškai pakeisti įprastą kietojo kuro, dujinę ar bet kurią kitą. Viskas priklauso nuo patalpos, kurioje ji bus naudojama, tipo ir dydžio.

Variantas, tinkantis grūdų sandėliui, netiks gyvenamajam namui, o sistema, tenkinanti sodybos poreikius, niekaip nesusidoros su 2 aukštų dvaro šildymu.

Visiškas tradicinio šildymo pakeitimas saulės energija kartais yra problemiškas. Savininkas baiminasi, kad sistema gali nesusitvarkyti arba fiziškai trūksta vietos reikiamam plokščių skaičiui sumontuoti.

Todėl dažnai naudojama kombinuota šildymo sistema, visiškai neatsisakant įrengtos dujinės (elektrinės ar kitos) įrangos. Įprasto šildymo pakeitimo saulės energija lygis gali siekti 90%.

Taip pat svarbią reikšmę turi metinis saulėtų dienų skaičius vietovėje, kurioje yra būstas. Be to, vidutinė paros temperatūra nėra tokia svarbi. Daugelis įrenginių efektyviai sugeria šviesą žiemą šaltomis dienomis (saulės kolektoriai, naudojantys antifrizą kaip šilumnešį).

Be šildymo, saulės įrenginys gali aprūpinti būstą šiltu vandeniu ir elektros energija.

Kur helioinstaliacija bus efektyviausia

Kalbant apie šildymo pakeitimą saulės įrenginiu, reikia atsižvelgti į keletą veiksnių, turinčių įtakos jo efektyvumui.

Pirma, būtina teisingai pasirinkti saulės sistemos tipą. Šiuo klausimu reikia atsižvelgti į patalpos plotą ir jos paskirtį. Dažniausiai tai yra privatus namas, kuriame gyvena 4–5 asmenų šeima.

Antra, atidžiai apskaičiuoti šilumos poreikius, atsižvelgiant į maksimalų suvartojimą šaltuoju metų laiku. Palyginti šiuos skaičius su 1 kv. m saulės įrenginio gaminamos energijos kiekiu. Belieka apskaičiuoti saulės konstrukcijos plotą, galintį susidoroti su konkrečios patalpos šildymu.

Gauta vertė taps pagrindiniu veiksniu nustatant sistemos išdėstymo vietą. Paprastai namų ūkių savininkai renkasi naudoti namo stogą ar sieną. Retai naudojamas sklypas prie namo arba garažo stogas. Kartais statomi specialūs stovai įrenginiui montuoti.

Specialių stovų saulės sistemoms montuoti įrengimas leidžia maksimaliai patogiai jas išdėstyti prie namo esančioje teritorijoje

Svarbu, kad niekas netrukdytų laisvai saulės spinduliams skverbtis į šviesą sugeriantį paviršių. Reikia rinktis pietinę, pietryčių arba pietvakarių sieną arba stogo dalį.

Nusprendus, kur bus įrengtos saulės baterijos, reikia atlikti preliminarų būsto paruošimą:

• Atlaisvinti erdvę. Iškirsti perteklinius želdinius, jei jie trukdo.
• Sutvirtinti stogą. Čia reikia nepamiršti, kokį svorį turės numatoma konstrukcija.
• Papildomai apšiltinti pastatą. Juk beprasmiška šildyti gatvę.

Trečia, reikia išspręsti klausimą: pirkti ar pasigaminti šildymo sistemą savarankiškai. Viskas priklauso nuo finansinių galimybių ir noro skirti laiko konstrukcijos gamybai.

Pasirinkus antrąjį variantą, reikia suprasti reikalingos sistemos veikimo principą, kad viską tinkamai surinktumėte.

Galimi saulės šildymo įrengimo variantai

Saulės šildymo sistemos įrengimo variantai visiškai priklauso nuo namų ūkio savininko pageidavimų:

• Gamyklinių gaminių naudojimas. Paruoštų kolektorių pirkimas su savarankišku įrengimu ir montavimu.
• Bandomojo projekto įrengimas. Jis reikalingas sistemos naudojimo efekto patikrinimui, siekiant ateityje atlikti tikslius skaičiavimus.
• Savarankiškas viso darbų ciklo atlikimas. Skaičiavimas, projektavimas, saulės sistemos įrengimas „nuo nulio“, jos montavimas.

1 variantas. Reiškia tinkamos saulės įrenginių vietos pasirinkimą, nes nuo to priklausys jų naudojimo efektyvumas. Montavimui taip pat reikės specialių įgūdžių.

Skaičiuoti plokščių kiekio nereikės – užteks išsakyti visus savo pageidavimus įrangos tiekėjui. Taip pat reikės atsakyti į vadybininkų patikslinančius klausimus – viskas, optimalaus plokščių (kolektorių) kiekio parinkimas įvyks be jokių sunkumų.

Norint savo rankomis sumontuoti saulės įrenginį ant stogo, reikia užsitikrinti bent vieno pagalbininko paramą. Vienam su tokiu darbu nesusitvarkysite.

2 variantas – bandomojo projekto įrengimas. Tai bus optimalus sprendimas abejojantiems žmonėms. Juk galutinį sprendimą pakeisti šildymo sistemą sunku priimti iš karto. Pastatyti nedidelį saulės kolektorių (oro arba vandens) ir išbandyti jį „veikiant“ taps naudinga patirtimi.

Įvertinus realias gamybos išlaidas, palyginus jas su analogiškų sistemų rinkos verte ir apskaičiavus sutaupymą naudojant ūkyje, bus lengva priimti atsakingą sprendimą.

Variantas Nr. 3 – tikrų meistrų pasirinkimas.

Norint pilnai apšildyti objektą, reikės atlikti milžinišką darbą:

• Paskaičiuoti reikiamą saulės sistemos plotą.
• Nustatyti būsimo montavimo vietą, sustiprinti ją.
• Papildomai apšiltinti būstą.
• Įsigyti visus sistemos statybai reikalingus elementus.
• Pastatyti saulės bateriją.
• Sumontuoti pastatytą sistemą, orientuojantis į pagrindinius reikalavimus – pasvirimo kampą saulės spindulių kritimo atžvilgiu.

Viso sistemos įrengimo darbų ciklo atlikimas negali būti vadinamas lengvu darbu, tačiau procesas yra nepaprastai įdomus. Be to, leidžiantis sutaupyti gana solidžią sumą.

Renkantis šildymo tipą, naudojantį saulės energiją, reikia nuspręsti, ar jis bus papildomai naudojamas vandens šildymui ir elektros energijos gamybai (spustelėkite norėdami padidinti)

Saulės energijos konversijos įrenginių rūšys

Pagal veikimo principą išskiriami du saulės šviesą sugeriančių įrenginių tipai:

• Baterijos su fotoelektriniais keitikliais. Tai sistemos, sudarytos iš nuosekliai arba lygiagrečiai sujungtų puslaidininkinių elementų. Jos tiekia srovę buitiniams šildytuvams maitinti.
• Saulės kolektoriai. Plokštės su vamzdelių sistema, užpildyta šilumos nešikliu: oru, neužšąlančiu mišiniu arba vandeniu. Jie tiekia saulės įkaitintą šilumos nešiklį į šildymo kontūrą.

Panagrinėkime kiekvieną variantą atskirai.

Saulės baterijos

Saulės baterija sugeriamą šviesą paverčia elektros energija. Ji sudaryta iš fotoelementų (dažniausiai silicio), gebančių iš saulės spinduliuotės iš karto išgauti nuolatinę elektros srovę.

Toks įrenginys gali būti naudojamas elektrinės šildymo įrangos veikimui užtikrinti. Jį reikia prijungti prie būsto elektros tiekimo sistemos.

Šio įrenginio saulės spinduliuotės konversijos efektyvumas – nuo 5% iki 20%, priklausomai nuo saulės spinduliuotę perdirbančio įrenginio tipo. 1 m² saulės baterijos našumas – 120 W.

Lieka apskaičiuoti, kiek kvadratinių metrų ploto reikės konkretaus namų ūkio poreikiams patenkinti, atsižvelgiant į būsto dydį, individualius šilumos poreikius ir konstrukcijų šiltinimo lygį.

Saulės baterijas patogiausia išdėstyti ant namo stogo, pasirinkus tam jo pietinį šlaitą.

Šildymui saulės baterijas efektyviausia naudoti pietiniuose regionuose. Pagrindinis jų trūkumas – efektyvumo sumažėjimas prieblandoje ir debesuotu oru, visiškas neveikimas naktį.

Norint pasigaminti saulės bateriją savo rankomis, pirmiausia reikės surinkti rėmą, prilituoti saulės elementus, tada viską atsargiai išdėstyti ir panaudoti sandariklį.

Rėmo gamybai naudojamos medinės juostos, aliumininiai kampeliai. Viskas priklauso nuo surenkamos konstrukcijos dydžio ir jos įrengimo vietos. Saulės elementai – silicio plokštės – yra brangiausia konstrukcijos dalis. Jie būna monokristaliniai ir polikristaliniai. Pirmieji yra šiek tiek brangesni, tačiau jų našumas yra 5% didesnis.

Pagaminti juos savarankiškai – neįmanoma. Fotovoltinius keitiklius geriau įsigyti su jau prilituotais laidininkais.

Juos reikės padėti ant medienos plaušų plokštės (MDP) pagrindo, tada pritvirtinti rėme, išvesti laidus iš elementų į išorę ir visas angas užpilti sandarikliu. Leisti konstrukcijai gerai išdžiūti ir uždengti stiklo arba skaidraus plastiko dangčiu.

Saulės baterijų montavimo schemos ir prijungimo būdai aprašyti šiame straipsnyje.

Saulės kolektoriai

Iš esmės kitoks sugerto šviesos konversijos būdas kolektoriuose. Jų darbo pagrindas – per vamzdžius einantis šilumnešis.

Pagal konstrukciją galima išskirti tris pagrindines kolektorių rūšis, dažniausiai naudojamas saulės šildymo sistemai įrengti:

• Plokštieji. Šilumos imtuvas – absorberis pagamintas iš lakštinio metalo su pajuodintu išoriniu paviršiumi. Įkaitęs jis perduoda energiją šildymo sistemos šilumnešiui.
• Vakuuminiai. Kolektorinė vakuuminio tipo sistema pagaminta pagal termosus schemą, dėl ko beveik dvigubai geriau išsaugoma nuo saulės gauta šiluma.
• Koncentratoriai. Įrenginys aprūpintas įgaubta veidrodine detale su dideliu paviršiaus plotu, fokusuojančia saulės šviesą ant mažo absorberio ploto.

Plačiausiai buityje naudojamos saulės instaliacijos yra su vamzdelių sistema, pagaminta lygiagrečiai sujungtų elementų arba gyvatuko pavidalu. Vamzdeliai užpildomi arba techniniu vandeniu, arba vandens mišiniu su neužšąlančiu skysčiu arba oru.

Vizualizavus pagrindines saulės instaliacijos dalis, lengviau nuspręsti, kur geriausia išdėstyti vienas ar kitas sudedamąsias dalis (+)

Oro instaliacija gali būti naudojama kaip papildomas šildymo šaltinis. Visiškai aprūpinti namų ūkį šiluma nepriklausomai nuo jo regiono ji negali. Pagrindinė šios rūšies saulės sistemos ypatybė – oras, atliekantis šilumnešio vaidmenį.

Vamzdinės sistemos gana aktyviai naudojamos šildymui ištisus metus. Antifrizas arba antifrizo mišinys įkaista po saulės spinduliais, tada praeina per vidinius šilumos mainų vamzdelius, vėliau nukreipiamas į akumuliacinį baką.

Skysčio judėjimą stimuliuoja siurblys, dėl kurio jis iš bako perkeliamas į šildymo sistemą. Įkaitęs šilumnešis išstumia atvėsusią skysčio dalį, kuri turi vėl grįžti į kolektorių ir įkaisti.

Plokščios saulės sistemos veikimo principas pagrįstas saulės šviesos prasiskverbimu į skydelio vidų, kur yra šilumos sugėriklis. Jis įkaista ir spinduliuoja šilumą, kuri perduodama skysčiui, cirkuliuojančiam metaliniais vamzdeliais (dažniausiai variniais).

Ką galima pasigaminti savo jėgomis?

Pasistatyti saulės šildymo sistemą, naudojančią oro tipo kolektorių, galima savo rankomis. Geriausia ją įrengti ant pietinės pastato sienos.

Kuo didesnis šildomos patalpos plotas, tuo didesnį plotą užims kolektorius – galbūt visą namo sieną. Taip pat šią saulės sistemą galima įrengti palėpėje.

Ruošiantis įrengti oro šildymo sistemą palėpėje, būtina pasirūpinti, kad ji atlaikytų įrenginio svorį (+)

Orą šildantis saulės kolektorius – atlieka šildymo funkcijas naudodamas oro srautus, judančius sistemos viduje. Šilumnešis cirkuliuoja kontūru, atvėsta ir vėl patenka į sistemą. Oro srautų judėjimas gali vykti natūraliai arba naudojant ventiliatorių.

Kalbant apie medžiagas oro kolektoriaus gamybai, čia galima naudoti įvairias po ranka esančias priemones. Vieningos taisyklės nėra.

Namų meistrai tobulina šį saulės energijos sistemos tipą, surenkamą namų sąlygomis. Vieni siekia gauti pigesnį variantą, aukodami efektyvumą, kiti – priešingai.

Susipažinus su pagrindiniais oro kolektoriaus elementais, lengviau priimti sprendimą dėl jo montavimo vietos – stogas ar siena (+)

Aptarkime pagrindinius būdus.

Vamzdinės heliosistemos įrengimo ypatumai

Vamzdinio tipo saulės energijos sistema šildymui gali būti naudojama įvairiuose regionuose. Ji nepriklauso nuo išorinės temperatūros. Svarbiausia, kad ant įrenginio patektų maksimalus saulės spindulių kiekis.

Antifrizas, naudojamas kaip šilumnešis, neužšąla esant žemai temperatūrai. Giedromis žiemos dienomis saulės šviesos kiekis viršija vasarą gaunamą šviesos kiekį.

Vamzdinis saulės kolektorius sudarytas iš tarpusavyje sujungtų permatomų vakuuminių vamzdelių sistemos. Juose yra medžiaga su žema virimo temperatūra. Užvirus, ji išgaruoja, perduoda savo šilumą vario antgaliui ir nuteka žemyn, kur viskas vėl kartojasi.

Vakuuminiai vamzdeliai, pagaminti iš ugniai atsparaus stiklo, viduje užpildyti medžiaga, galinčia užvirti esant žemai temperatūrai (+)

Vakuuminiai vamzdeliai sugeria iki 90% visos saulės spinduliuotės (matomos ir infraraudonosios). Saulės energija, paversta šilumine, patenka į šilumnešį. Jis perduoda šią energiją toliau sistema – į šilumokaitį, esantį specialiame akumuliaciniame bake.

Šilumnešio ir vandens judėjimas šildymo sistemoje vyksta siurblių pagalba. Svarbu, kad bakas turėtų gerą šilumos izoliaciją. Šilumokaičių paprastai būna du: vienas jungiamas prie papildomo šildytuvo, antrasis – prie kolektorių.

Namuose su tokio tipo saulės įrenginiais naudinga papildomai prijungti šiltų grindų sistemą. Tai leidžia efektyviau šildyti pastatą.

Kalbant apie vamzdinių kolektorių montavimą, jį galima sumontuoti savo jėgomis. Vienintelis dalykas – reikia atsižvelgti į darbinį pasvirimo kampą – jis turi būti ne mažesnis nei 20°.

Vamzdinis saulės kolektorius montuojamas ant stogo, pasirinkus saulėčiausią kryptį. Svarbu, kad šalia nebūtų aukštybinių pastatų, trukdančių laisvai patekti saulės šviesai

Sukonstruoti vakuuminę jėgainę savo rankomis nepavyks – pagaminti vakuuminius vamzdelius namų sąlygomis neįmanoma. Tai atlieka gamyklos, kurios specializuojasi vakuuminių saulės sistemų gamyboje.

Plokščiasis saulės įrenginys

Dažnai šildymui naudojamas plokščias saulės kolektorius.

Jo konstrukcijai jums reikės:

• metalinis rėmas;
• tvirtas dugnas;
• šilumos izoliacijos sluoksnis;
• juodos spalvos saulės spinduliuotės sugėrimo sluoksnis (adsorberis);
• permatomas dangtis – plastikas, stiklas;
• skysčio vamzdeliai (varis, aliuminis).

Konstrukciją reikia aprūpinti įėjimo ir išėjimo antgaliais bei siurbliu, kad būtų efektyvi skysčio cirkuliacija.

Plokščią saulės įrenginį galima surinkti savo rankomis. Tam dažnai naudojamos po ranka esančios priemonės, renkantis pigesnes medžiagas kaip analogą (+)

Plokščią kolektorių galima montuoti bet kokiu kampu, privaloma sąlyga – valyti nuo sniego ir dulkių. Jis ypač tinka šiltam klimatui.

Šaltuoju metų laiku stebimas mažas našumas ir dideli šilumos nuostoliai. Tai sukelia abejonių dėl vien tik šios saulės sistemos naudojimo pilnaverčiam šildymui. Optimaliausia būtų naudoti plokščią saulės įrenginį kartu su dujiniu, elektriniu ar kietojo kuro šildymu.

Siūlome susipažinti su straipsniais apie savadarbį saulės šildymo sistemų surinkimą:

1. Kaip pasidaryti saulės kolektorių šildymui savo rankomis – žingsnis po žingsnio vadovas
2. Kaip savo rankomis pasigaminti saulės bateriją: surinkimo ir montavimo būdai

Dar kartą apie tikslingumą

Naudoti saulės energiją šildymui vietoj įprastų energijos išteklių yra naudinga. Priklausomai nuo pasirinkto saulės sistemos tipo, sutaupymas perkamos šilumos sąnaudose gali siekti iki 100%.

Visiškas šildymo sistemos pakeitimo variantas – kolektorių su vakuuminiais vamzdeliais naudojimas. Pradiniame etape tai gana brangus projektas. Vėliau jis gali garantuoti visišką energetinę nepriklausomybę ir atsipirkti per 6-8 metus.

Namų meistrų išradingumas nežino ribų – kaip labirintą skysčio cirkuliacijai kolektoriaus viduje galima pritaikyti įprastą žarną

Saulės įrenginių tarnavimo laikas yra iki 25 metų. Jie reikalauja nedidelės priežiūros – periodiško paviršių valymo nuo sniego, dulkių, šiukšlių. Kalbant apie remontą, jį galima atlikti savo jėgomis. Esminis trūkumas – plokšti kolektoriai ir saulės baterijos „bijo“ uraganų.

Toks šildymas yra saugus namo gyventojams ir aplinkai. Jis yra visiškai nemokamas ir nepriklauso nuo valiutų kursų, energijos išteklių kainų.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Vaizdo įrašas parodys savarankiško saulės baterijos įrengimo procesą:

Vaizdinė priemonė orinės šildymo sistemos įrengimui:

Plokščios saulės įrenginio gamybos savo rankomis technologija:

Saulės įrenginiai arba saulės šildymo sistemos puikiai pasitvirtino visame pasaulyje. Jie leidžia gauti šilumą nemokamai, sumažinant išlaidas už komunalinius mokesčius už šildymą nuo 30%.

Galimas variantas visiškai pakeisti energijos išteklius saulės energija savo šildymo sistemoje. Dar vienas esminis privalumas – saulės įrenginį galima surinkti savo rankomis.

Ar turite praktinių saulės šildymo sistemų surinkimo ar eksploatavimo įgūdžių? Dalinkitės sukauptomis žiniomis, klauskite teminių klausimų ir dalyvaukite diskusijose. Komentarų forma yra žemiau.