Nuosavo namo apšildymas saulės energija
Šiandien dažnai girdime apie senkančius gamtos išteklius, tirpstančius ledynus, ekstremalias oro sąlygas ir kitą žmogaus veiklos gamtai daromą žalą. Žinoma, ne išimtis ir energetikos sektorius, tačiau gera žinia ta, kad čia egzistuoja veiksmingi problemos sprendimai. Vienas pagrindinių – žalioji energija. Straipsnyje susipažinsime su viena iš žaliosios energijos sričių – saulės spinduliuotės energijos panaudojimu nuosavo būsto apšildymui ir kitų poreikių buityje tenkinimui.
Saulės energijos šildymo sistemų konstrukcijų principai
Vienas kvadratinis metras žemės paviršiaus per valandą vidutiniškai gauna 160 W saulės energijos. Be abejo, pusiaujo zonoje šis rodiklis – žymiai didesnis negu už poliarinio rato. Mūsų krašte saulės spinduliuotės energijos intensyvumas gruodžio–sausio mėnesį apie penketą kartų skiriasi nuo gegužės–liepos mėnesio saulės intensyvumo, bet šiuolaikinės sistemos yra tokios efektyvios, kad gali veikti ištisus metus. Saulės spinduliuotės energija dažniausiai naudojama šiluminių kolektorių tiesioginiam šildymui ir fotoelektrinių saulės baterijų maitinimui.
Saulės vandens šildymo sistemas sudaro akumuliacinės talpyklos ir saulės kolektoriai. Yra dviejų tipų saulės vandens šildymo sistemos: aktyviosios, turinčios cirkuliacinius siurblius su valdikliais, ir pasyviosios, kuriose nenaudojami cirkuliaciniai siurbliai (1 pav.).
Aktyviosios saulės vandens šildymo sistemos taip pat būna dviejų tipų – tiesioginės ir netiesioginės. Tiesioginėse cirkuliacijos sistemose buitinį vandenį siurbliai priverčia judėti per kolektorius į namo patalpas. Jie gerai veikia klimato sąlygomis, kurioms nebūdinga neigiama aplinkos temperatūra. Netiesioginėse cirkuliacijos sistemose siurbliai vandenį arba neužšąlantį šilumnešį per kolektorių perduoda į šilumokaitį, kuriame papildomai pašildytas vanduo patenka į patalpas. Jie yra populiarūs klimato zonose, kurioms būdinga neigiama aplinkos temperatūra.
Pasyviosios saulės vandens šildymo sistemos yra paprastesnės ir pigesnės nei aktyvios sistemos, tačiau jos nėra tokios veiksmingos. Vis dėlto jos gali būti patikimesnės ir tarnauti ilgiau. Yra du pagrindiniai pasyviųjų sistemų tipai. Pirmoji – tai integruota kolektoriaus ir rezervuaro sistema. Rezervuaras šioje sistemoje dengiamas permatoma medžiaga, užtikrinančia, kad saulė šildytų vandenį. Vanduo iš rezervuaro patenka į vandentiekio sistemą. Geriausiai veikia vietose, kur temperatūra retai nukrenta žemiau nulio. Taip pat gerai veikia namų ūkiuose, kuriems reikia karšto vandens dienos ir vakaro metu. Kita pasyviųjų sistemų rūšis – termosifono sistemos. Vanduo jose šildomas ant stogo esančiame kolektoriuje ir, kai atidaromas karšto vandens maišytuvas, vanduo teka per vandentiekio sistemą.
Vertindami progresą, susijusį su saulės energijos naudojimu ir akumuliavimu, privalome įžvelgti privalumus ir trūkumus. Pagrindinis saulės energijos privalumas yra jos prieinamumas. Saulės energija gali būti išgaunama bet kurią – net apsiniaukusią ir debesuotą dieną. Taip pat, naudojant šią energiją, nesusidaro jokių atliekų. Tad tai – ekologiškai švari energija. Saulės kolektoriai neskleidžia triukšmo; jei statomi ant pastatų stogų, neužima naudingojo sodybos ploto. Pagrindiniai saulės energijos sistemų trūkumai susiję su saulės apšvietimo nepastovumu. Šildymo sezono metu šviesusis paros laikas trumpiausias, tai sukelia papildomų problemų. Negalima teigti, kad saulės energija nieko nekainuoja. Esminis kolektorinių šildymo sistemų trūkumas – kad nėra galimybės šilumos energiją sukaupti. Atsižvelgiant į saulės energijos sistemų trūkumus, racionalus sprendimas yra saulės kolektorių panaudojimą šilumos išgavimui vertinti kaip alternatyvų arba kaip papildomą būdą patalpų apšildymui.
Saulės kolektoriai
Saulės energijos šildymo sistemų pagrindinis elementas yra kolektorius. Saulės kolektorius – tai vamzdžių sistema, sujungta su magistraliniu šilumnešio vamzdžiu. Vamzdžiuose cirkuliuoja vanduo arba neužšalantis skystis – antifrizas. Cirkuliaciją stimuliuoja fizikiniai reiškiniai – garai, slėgio ir tankio pokyčiai, keičiantis agregatinei skysčio būklei. Kolektorių veikimo principas pagrįstas saulės energija, kurią kaupia ir perduoda šilumnešis (skystis kolektoriaus vamzdžiuose). Saulės energija surenkama absorberiais. Tai gali būti tamsi metalo plokštė juodintu paviršiumi arba prie vamzdelių pritvirtintų plokštelių sistema. Vamzdiniai saulės kolektoriai (2 pav.) surenkami iš atskirų vamzdelių. Kiekvienas vamzdelis prie sistemos prijungiamas atskirai, lygiagrečiai kitiems. Sugedus vienam vamzdeliui, jis gali būti pakeičiamas kitu. Vamzdelių skaičius varijuoja nuo 18 iki 30, nuo to priklauso sistemos galingumas. Vamzdelinių kolektorių privalumas yra pagrindinių elementų cilindrinė forma, dėl kurios saulės spinduliai apšviečia vamzdelį visą dieną, todėl nėra reikalinga brangi šviesos sekimo sistema. Speciali daugiasluoksnė vamzdelių danga sudaro optinę saulės spindulių gaudyklę. Kolektorių gamybai naudojami įvairūs vamzdžiai: nerūdijančiojo plieno vamzdžiai, variniai vamzdeliai, skaidraus stiklo vamzdeliai, taip pat lauko vandentiekio žarnos. Naudojami ir plunksniniai saulės kolektoriaus vamzdžiai. Kiekvieną tokį vamzdį sudaro stiklinis išorinis vamzdis ir metalinis sugėriklis. Sugėriklis absorbuoja saulės energiją, bet slopina spinduliavimo šilumos nuostolius. Vamzdiniai saulės kolektoriai turi eilę privalumų – tai palyginti nedideli temperatūriniai nuostoliai, efektyvus darbas esant dienos apšvietimui, gali veikti ir esant vėsioms oro sąlygoms.
Tekstas ir piešiniai – Vytauto Mankevičiaus. Nuotrauka – iš žurnalo archyvo.
Visą straipsnį skaitykite „Mano sodybos“ 2023 m. kovo mėnesio numeryje.
