Ar saulės energija gali pakeisti šildyti naudojamą kurą?
Didėjantis susidomėjimas alternatyviais energijos šaltiniais
Nuolat augant šilumos kainoms, vis didesnis dėmesys teikiamas alternatyviems šilumos šaltiniams. Vienas tokių – saulės kolektoriai, dar tik populiarėjantys Lietuvoje, tačiau jau daugybę metų intensyviai naudojami visame pasaulyje. Pirmąjį saulės kolektorių, vadinamąją „karštąją dėžę“, 1767 m. pagamino šveicarų mokslininkas Horace’as de Saussure’as. Šis prietaisas buvo pritaikytas vandeniui šildyti ir maistui gaminti. Tačiau pramoniniu būdu saulės kolektoriai buvo pradėti gaminti tik nuo XX a. septintojo dešimtmečio. Šiandien plačiausiai tokios sistemos naudojamos Kinijoje – skelbiama, kad šioje šalyje įdiegta apie 60 proc. viso pasaulio saulės kolektorių energijos galingumo. Pasauliniu mastu 2000–2004 m. šių šiluminės energijos generavimo įrenginių bendros galios metinis prieaugis sudarė 17 procentų. Nemaža rinka yra ir Europoje, Izraelyje, Turkijoje bei Japonijoje. 1995 m. Europos Sąjungos (ES) šalyse buvo sumontuota 6,5 mln. kv. m saulės kolektorių. Šį kiekį ES šalys iki 2010 m. ketina padidinti iki 100 mln. kv. metrų. Dar daugelyje šalių ši technologija taikoma mažesniu mastu, tačiau sparčiai populiarėja. Lietuva ES yra įsipareigojusi iki 2020 m. atsinaujinančios energijos suvartojimą padidinti iki 20 procentų. Taigi, kas yra tie saulės kolektoriai, kaip jie veikia ir, be abejo, kiek padeda sutaupyti?
Kiek naudos kolektoriai mums gali duoti?
Niekam ne paslaptis, kad, norint įsirengti saulės kolektorius, reikia tam tikrų investicijų. Taigi kodėl juos verta rinktis? Paprasčiausias paaiškinimas – tai nemokama šiluma, kuria galima pasinaudoti ir tuo pat metu prisidėti prie energijos bei aplinkos tausojimo, juk naudojami ekologiški atsinaujinantys energijos šaltiniai. Tačiau ar verta juos naudoti Lietuvoje? Pateikiamais duomenimis, vidutinis metinis spinduliavimas Lietuvoje siekia maždaug 1 000 kWh 1 kv. m, be abejo, pajūrio regionuose jis šiek tiek didesnis. Toks saulės energijos kiekis apytiksliai lygus 100 l iškastinio kuro. Pavyzdžiui, individualiame name gyvenanti 3–4 asmenų šeima, įsirengusi maždaug 4,5 kv. m saulės kolektorių, vidutiniškai gali jo gaminama šiluma pasidengti apie 60 proc. metinio energijos poreikio, skirto vandeniui šildyti.
Debesys ne uždengia, o tik išsklaido saulės spindulius
Dažniausiai įsivaizduojama, kad saulės energija karštam vandeniui ar patalpoms šildyti gali būti naudojama tik šiltesnio klimato juostose, kur gyventojus nuolat lepina saulės spinduliai. Tačiau tobulėjant technologijoms, saulės kolektoriai pritaikomi net regionams, negalintiems pasigirti visus metus šviečiančia saule. Tačiau ar kolektoriai veikia tik tada, kai šviečia saulė? Be abejo, naktį jie tikrai negamina energijos. Tačiau ir debesuotu oru jie kaupia šilumą. Skirtumas tik tas, kad debesys išsklaido tiesioginius saulės spindulius, taigi ir kolektoriai surenka mažiau energijos nei saulėtą dieną. Svarbus kriterijus efektyviam jų darbui – orientavimas tam tikra kryptimi ir kampu. Gamintojai rekomenduoja saulės kolektorius montuoti pietų, nesmarkiai pakreipus į rytus, kryptimi, 30–45 o kampu. Kadangi saulė nuolat juda, per dieną horizontu nukeliauja iš rytų į vakarus, o vasarą pakyla aukščiau nei žiemą, optimalus kampo parinkimas leidžia visus metus naudotis jos teikiama energija. O kur galima montuoti kolektorius? Geriausias variantas – ant stogo (šlaitinio ar plokščiojo), taip pat galima statyti ant žemės, o tam tikro tipo kolektorius – net ant sienų ar balkonų.
Skirtingoms klimato juostoms – skirtingi kolektoriai
Saulės kolektoriai yra dviejų tipų – plokštieji ir vakuuminiai. Plokščiąjį kolektorių sudaro sugertuvas, šiltinamasis izoliatas ir vamzdelis, kuriuo teka šildiklis. Gera šiltinamoji izoliacija užtikrina didesnį kolektoriaus naudingumo koeficientą ir apsaugo nuo šilumos praradimo. Saulės kolektorių nuo žalingo aplinkos poveikio saugo specialus smūgiams atsparus stiklas, gerinantis ir elemento izoliacines ypatybes. Vakuuminis saulės kolektorius sudarytas iš atskirų sandarių vamzdelių, o jų viduje esančios varinės plokštelės, kaitinamos saulės spindulių, kaupia energiją. Šiuose kolektoriuose nėra jokios izoliacinės medžiagos, nes kiekviename vamzdelyje yra vakuumas, tampantis pačiu efektyviausiu šiltinamuoju izoliatu, taigi šilumos nuostolių visai nepatiriama. Vakuuminiai saulės kolektoriai geriausiai tinkami naudoti šaltesnio klimato juostose, kur saulės šviesos kiekis ne toks didelis. Pavyzdžiui, Europoje saulės kolektoriai pasiskirstę taip – 80–85 proc. plokščiųjų ir 15–20 proc. vakuuminių. Tokius rodiklius lemia tai, kad vakuuminiai saulės kolektoriai yra brangesni, o pietiniuose regionuose, kuriuose saulės energijos išspinduliuojama daug daugiau, šiluminiai nuostoliai nėra taip juntami, taigi pakanka ir iš plokščiųjų kolektorių gaunamos energijos. O mūsų regione, kur saulė nešviečia visus metus, tinkamesni vakuuminiai kolektoriai, nes padeda surinkti didesnį saulės energijos kiekį.
Kaip saulės spinduliai įkaitina vandenį?
Kaip veikia visa sistema? Juk nepakanka paprasčiausiai nusipirkti saulės kolektorių ir pasistačius ant stogo tikėtis, kad jis ims šildyti vandenį. Iš tiesų tai visa sistema, galinti tinkamai funkcionuoti, tik sujungus reikiamus elementus. Be abejo, pagrindas yra saulės kolektorius, sujungtas su specialiu siurbliu, susiurbiančiu šilumos energiją iš kolektoriaus ir reguliuojančiu, kad itin karštą dieną jos į sistemą nepatektų per daug. Juk visą dieną saulės kolektorių kaitinantys tiesioginiai kaitrios saulės spinduliai jį gali įkaitinti ir iki 180 oC temperatūros (vakuuminius – iki dar aukštesnės). Iš kolektoriaus gautą šilumos energiją siurblys perduoda į vandens šildytuvą, kuriame vandenį kaitina du gyvatukai. Vienu šiluma ateina iš saulės kolektorių, kitu – iš atraminio šildymo katilo. Pastarasis įjungiamas tik tada, jei valdymo blokas užfiksuoja, kad saulės energijos nepakanka vandeniui iki norimo lygio įkaitinti. Taigi papildomas šildymo katilas kompensuoja skirtumą tarp saulės kolektoriaus tiekiamos energijos ir vartotojo poreikių.
Kaip efektyviai panaudoti susikaupusį energijos perteklių?
Saulės kolektorius galima naudoti ir norint pigiau šildyti savo būstą. Tokiu atveju montuojamas kiek sudėtingesnis vandens šildytuvas. Rezervuaras geriamajam vandeniui patalpinamas šildyti skirtame vandens rezervuare. Saulės energija visų pirma naudojama geriamajam vandeniui šildyti, o jam įšilus iki reikiamos temperatūros, valdymo blokas saulės kolektorių tiekiamą energiją pradeda naudoti būstui šildyti skirtam vandens rezervuarui kaitinti. Jei gaunamos saulės energijos nepakanka pastarojoje talpykloje esančiam vandeniui iki reikiamos temperatūros įkaitinti, automatiškai įjungiamas atraminis šildytuvas. Tai, kad viena vandens talpykla įmontuota kitoje, leidžia joms tarpusavyje keistis šiluma ir sutaupyti energijos.
Dar vienas saulės kolektorių pritaikymo būdas – baseinų vandens šildymas. Kadangi vasarą dažniausiai kolektoriai sukaupia daugiau energijos, nei reikia, atsiranda našumo perteklius, kurį galima išnaudoti šildant baseino vandenį. Juk net vasarą saulės spinduliai neįšildo lauko baseino vandens iki komfortabilios temperatūros. Beje, pritaikant kolektorius dar ir baseino vandeniui šildyti, bene dvigubai sutrumpėja jų atsipirkimo laikas.
Perspektyvi iškastinio kuro konkurentė