Saules apkures sistēmas: tehnoloģiju analīze apkures ierīkošanai uz saules sistēmu bāzes

Jautājums par alternatīvu siltuma avotu meklēšanu kļūst arvien aktuālāks. To veicina augošās gāzes, ogļu, naftas cenas. Ļoti perspektīvs virziens – saules apkures sistēmas, kas spēj efektīvi apsildīt telpas daudzus gadus.

Domājat par heliosistēmas ierīkošanu, bet ir šaubas un jautājumi? Mēs palīdzēsim jums saprast, kad ir lietderīgi izmantot saules enerģiju apkurei, un aprakstīsim iespējamos apkures organizēšanas variantus. Turklāt piedāvāsim instrukcijas paštaisītu heliosistēmu – plakanā un cauruļveida kolektora – izgatavošanai.

Saules enerģija – alternatīvs siltuma avots

Ideja izmantot saules enerģiju apkurei nav jauna. Turklāt tās izmantošanas lietderību ir pierādījuši amerikāņi, ķīnieši, spāņi, izraēlieši un japāņi.

Tirgus pārpilda piedāvājumi dažādām iekārtām saules enerģijas pārveidošanai un tālākai izmantošanai saimniecības vajadzībām.

Heliosistēmas aktīvi izmanto kā galveno siltuma avotu daudzās pasaules valstīs. Mūsu platuma grādos tā pagaidām tiek izmantota kā papildinājums apkures sistēmai.

Sistēmu izmaksas ir atkarīgas no to veida, platības, izgatavošanā izmantotā materiāla. Gadu no gada vērojama stabila cenu samazināšanās tendence visu veidu saules iekārtām – heliosistēmām.

Tas padara tās pieejamākas plašākiem iedzīvotāju slāņiem. Tomēr pagaidām ne katrs interesents ir gatavs veikt šādu pirkumu.

Savukārt, ja ir vēlēšanās, var izveidot efektīvu saules apkures sistēmu pašrocīgi, iztērējot jūtami mazāk līdzekļu.

Ierastā apkures sistēma, kas daudzus gadus lieliski pildījusi savas funkcijas, kļūst arvien dārgāka. Pie tā vainojams globālais energoresursu sadārdzinājums visā pasaulē. Dabiski, ka mājas īpašniekam rodas vēlme ietaupīt uz apkuri, kas apēd ievērojamu daļu no ģimenes budžeta.

Tādējādi saules apkures sistēma var pilnvērtīgi aizstāt ierasto cietā kurināmā, gāzes vai jebkuru citu. Viss ir atkarīgs no telpas veida un lieluma, kurā tā tiks izmantota.

Graudu noliktavai piemērots variants nederēs dzīvojamai mājai, un sistēma, kas apmierina vasarnīcas vajadzības, nekādi netiks galā ar 2 stāvu savrupmājas apkuri.

Pilnīga tradicionālās apkures aizstāšana ar saules enerģiju dažkārt ir problemātiska. Īpašnieks baidās, ka sistēma var netikt galā vai fiziski nepietiek vietas nepieciešamā paneļu daudzuma uzstādīšanai.

Tāpēc bieži tiek izmantota kombinētā apkures sistēma, pilnībā neatsakoties no uzstādītās gāzes (elektriskās vai citas) iekārtas. Ierastās apkures aizstāšanas līmenis ar saules enerģiju var sasniegt 90%.

Tāpat svarīga nozīme ir apvidus gada saulaino dienu skaitam, kurā atrodas mājoklis. Turklāt vidējā diennakts temperatūra nav tik svarīga. Daudzas iekārtas efektīvi absorbē gaismu ziemas salu dienās (saules kolektori, kas kā siltumnesēju izmanto antifrīzu).

Papildus apkurei saules iekārta spēj nodrošināt mājokli ar siltu ūdeni un elektroenerģiju.

Kur helioiekārta būs visefektīvākā

Jautājumā par apkures aizstāšanu ar saules iekārtu jāņem vērā vairāki faktori, kas ietekmē tās efektivitāti.

Pirmkārt, ir pareizi jāizvēlas saules sistēmas veids. Šajā jautājumā jāņem vērā telpas platība un tās mērķis. Visbiežāk tā ir privātmāja, kurā dzīvo 4–5 cilvēku ģimene.

Otrkārt, rūpīgi jāaprēķina siltuma vajadzības, balstoties uz maksimālo patēriņu aukstajā gadalaikā. Šie skaitļi jāsalīdzina ar 1 kv.m saules iekārtas saražotās enerģijas daudzumu. Atliks aprēķināt saules konstrukcijas platību, kas spēj tikt galā ar konkrētās telpas apkuri.

Iegūtais lielums kļūs par galveno faktoru, nosakot sistēmas izvietošanas vietu. Parasti mājsaimniecību īpašnieki dod priekšroku mājas jumta vai sienas izmantošanai. Reti tiek izmantots mājas teritorijas gabals vai garāžas jumts. Dažkārt tiek būvēti speciāli statīvi iekārtas uzstādīšanai.

Speciālu statīvu izveide saules sistēmu montāžai ļauj tās maksimāli ērti izvietot uz mājas teritorijas

Svarīgi, lai nekas netraucētu saules staru brīvai iekļūšanai uz gaismu absorbējošo virsmu. Jāizvēlas dienvidu, dienvidaustrumu vai dienvidrietumu siena vai jumta daļa.

Pēc tam, kad ir noteikts, kur tiks izvietoti saules paneļi, jāveic mājokļa iepriekšēja sagatavošana:

• Atbrīvot vietu. Izcirst liekos apstādījumus, ja tie traucē.
• Nostiprināt jumtu. Šeit jāatceras par to, cik liels būs paredzētās konstrukcijas svars.
• Papildus nosiltināt ēku. Galu galā nav jēgas sildīt ielu.

Treškārt, jāatrisina jautājums: iegādāties vai izveidot apkures sistēmu patstāvīgi. Viss atkarīgs no finansiālajām iespējām un vēlmes pavadīt laiku konstrukcijas izgatavošanai.

Izvēloties otro variantu, jāizprot vajadzīgās sistēmas darbības princips, lai visu pareizi samontētu.

Iespējamie saules apkures ierīkošanas varianti

Saules apkures sistēmas izveides varianti pilnībā atkarīgi no mājsaimniecības īpašnieka vēlmēm:

• Rūpnīcas izstrādājumu izmantošana. Gatavu kolektoru iegāde ar pašu veiktu uzstādīšanu un montāžu.
• Pilotprojekta izveide. Tas nepieciešams, lai pārbaudītu sistēmas izmantošanas efektu turpmākai precīzu aprēķinu veikšanai.
• Pilna darbu cikla patstāvīga veikšana. Saules sistēmas aprēķins, projektēšana, izveide «no nulles», tās uzstādīšana.

1. variants. Paredz pareizas saules iekārtu izvietošanas vietas izvēli, jo no tā būs atkarīga to izmantošanas efektivitāte. Montāžai būs nepieciešamas arī īpašas prasmes.

Paneļu skaitu aprēķināt nebūs nepieciešams – pietiks izteikt visas savas vēlmes iekārtu piegādātājfirmai. Vēl būs jāatbild uz precizējošiem menedžeru jautājumiem – viss, optimālā paneļu (kolektoru) skaita izvēle notiks bez jebkādām grūtībām.

Lai veiktu saules iekārtas montāžu pašu rokām uz jumta, jānodrošina vismaz viena palīga atbalsts. Vienam ar šādu darbu netikt galā.

2. variants – pilotprojekta izveide. Tas būs optimāls risinājums šaubīgajiem cilvēkiem. Galu galā galīgo lēmumu par apkures sistēmas nomaiņu ir grūti pieņemt uzreiz. Izveidot neliela izmēra saules kolektoru (gaisa vai ūdens) un pārbaudīt to «darbībā» kļūs par noderīgu pieredzi.

Novērtējot reālās izmaksas izgatavošanai, salīdzinot tās ar līdzīgu sistēmu tirgus vērtību un aprēķinot ietaupījumu no izmantošanas saimniecībā, pieņemt atbildīgu lēmumu būs vienkārši.

Variants Nr.3 – īstu meistaru izvēle.

Lai pilnvērtīgi apsildītu objektu, būs jāveic kolosāls darbs:

• Aprēķināt nepieciešamo saules sistēmas platību.
• Noteikt nākotnes montāžas vietu, nostiprināt to.
• Papildus siltināt mājokli.
• Iegādāties visus elementus sistēmas izveidošanai.
• Uzbūvēt saules bateriju.
• Uzstādīt uzbūvēto sistēmu, orientējoties uz pamatprasībām – slīpuma leņķi attiecībā pret saules staru krišanu.

Pilna darbu cikla izpildi sistēmas ierīkošanai nevar nosaukt par vieglu darbu, bet process ir ārkārtīgi aizraujošs. Turklāt tas ļauj ietaupīt diezgan ievērojamu summu.

Izvēloties apkures veidu, kas izmanto saules enerģiju, jāizlemj, vai to papildus izmantos ūdens sildīšanai un elektroenerģijas ražošanai (noklikšķiniet, lai palielinātu)

Saules enerģijas pārveidošanas iekārtu veidi

Atkarībā no darbības principa izšķir divu veidu ierīces, kas absorbē saules gaismu:

• Baterijas uz fotoelektriskajiem pārveidotājiem. Tās ir sērijveidā vai paralēli savienotu pusvadītāju elementu sistēmas. Tās piegādā strāvu mājsaimniecības sildītāju barošanai.
• Saules kolektori. Paneļi ar cauruļu sistēmu, kas piepildītas ar siltumnesēju: gaisu, nesasalstošu maisījumu vai ūdeni. Tie piegādā saules sildītu siltumnesēju apkures kontūram.

Apskatīsim katru variantu atsevišķi.

Saules baterijas

Saules baterija pārveido absorbēto gaismu elektroenerģijā. Tā sastāv no fotoelementiem (visbiežāk silīcija), kas spēj no saules starojuma uzreiz iegūt pastāvīgu elektrisko strāvu.

Šādu iekārtu var izmantot, lai nodrošinātu elektriskās apkures iekārtas darbspēju. Tā jāpievieno mājokļa elektroapgādes sistēmai.

Šīs iekārtas saules starojuma pārveidošanas efektivitāte ir no 5% līdz 20% atkarībā no saules starojumu pārstrādājošās ierīces veida. 1 m² saules baterijas ražība ir 120 W.

Atliek aprēķināt, cik kvadrātmetru platības būs nepieciešams, lai nodrošinātu konkrētās mājsaimniecības vajadzības, ņemot vērā mājokļa izmērus, individuālās vajadzības pēc siltuma un konstrukciju siltinājuma līmeni.

Saules baterijas visērtāk izvietot uz mājas jumta, izvēloties tā dienvidu nogāzi.

Apkurei saules baterijas visefektīvāk izmantot dienvidu reģionos. To galvenais trūkums ir efektivitātes samazināšanās krēslā un mākoņainā laikā, pilnīga darbspējas neesamība nakts laikā.

Lai izgatavotu saules bateriju pašu spēkiem, vispirms būs jāsamontē rāmis, jāpielodē saules elementi, pēc tam viss rūpīgi jāizklāj un jāizmanto hermētiķis.

Rāmja izgatavošanai izmanto koka līstes, alumīnija stūrīšus. Viss atkarīgs no samontējamās konstrukcijas izmēra un tās uzstādīšanas vietas. Saules elementi – silīcija plāksnes – ir visdārgākā konstrukcijas daļa. Tie ir monokristāliski un polikristāliski. Pirmie ir nedaudz dārgāki, taču to ražība ir par 5% augstāka.

Tos izgatavot pašu spēkiem nav iespējams. Fotoelektriskos pārveidotājus labāk iegādāties ar jau pielodētiem vadiem.

Tos paredzēts novietot uz kokšķiedru plātnes pamatnes, pēc tam nostiprināt rāmī, izvest elementu vadus uz āru un visas atveres aizpildīt ar hermētiķi. Ļaut konstrukcijai kārtīgi nožūt un pārklāt ar stikla vai caurspīdīgas plastmasas vāku.

Saules bateriju montāžas shēmas un pieslēgšanas veidi ir aprakstīti šajā rakstā.

Saules kolektori

Principiāli atšķirīgs absorbētās gaismas pārveidošanas veids kolektoriem. To darbības pamatā ir siltumnesējs, kas plūst pa caurulēm.

Atkarībā no konstrukcijas var izdalīt trīs galvenās kolektoru šķirnes, kuras visbiežāk izmanto saules apkures sistēmas izbūvei:

• Plakanie. Siltuma uztvērējs – absorbētājs ir izgatavots no lokšņu metāla ar melninātu ārējo virsmu. Sasilstot, tas nodod enerģiju apkures sistēmas siltumnesējam.
• Vakuuma. Kolektora vakuuma tipa sistēma ir izveidota pēc termosa shēmas, kā dēļ saņemtais siltums no saules tiek saglabāts gandrīz divreiz labāk.
• Koncentratori. Ierīce ir aprīkota ar ieliektu spoguļdaļu ar lielu virsmas laukumu, kas fokusē saules gaismu uz nelielu absorbētāja laukumu.

Visbiežāk sadzīvē sastopamās saules iekārtas ir aprīkotas ar cauruļu sistēmu, kas veidota kā paralēli savienoti elementi vai čūska. Caurules tiek piepildītas vai nu ar tehnisko ūdeni, vai ar ūdens un nesasalstoša šķidruma maisījumu, vai ar gaisu.

Vizualizējot saules iekārtas galvenās daļas, ir vieglāk izlemt, kur vislabāk novietot vienu vai otru sastāvdaļu (+)

Gaisa iekārtu var izmantot kā papildu apkures avotu. Tā nespēj pilnībā nodrošināt mājsaimniecību ar siltumu neatkarīgi no tās atrašanās reģiona. Šāda veida saules sistēmas galvenā īpatnība – gaiss, kas pilda siltumnesēja lomu.

Cauruļu sistēmas diezgan aktīvi tiek izmantotas apkurei visu gadu. Antifrīzs vai antifrīza maisījums tiek uzkarsēts saules staros, pēc tam iet caur iekšējām siltummaiņas caurulēm, tad tiek novirzīts uz akumulācijas tvertni.

Šķidruma kustību veicina sūknis, kura dēļ tas no tvertnes pārvietojas uz apkures sistēmu. Uzkarsētais siltumnesējs izspiež atdzisušo šķidruma daļu, kurai atkal jāatgriežas kolektorā un jāuzsilst.

Plakanās saules sistēmas darbības princips balstās uz saules gaismas iekļūšanu panelī, kur atrodas siltuma absorbētājs. Tas uzsilst un izstaro siltumu, kas tiek nodots šķidrumam, kas cirkulē pa metāla caurulēm (visbiežāk vara).

Ko var uzbūvēt pašu spēkiem?

Saules apkures sistēmu, kas izmanto gaisa tipa kolektoru, var uzbūvēt paša spēkiem. Vislabāk to novietot uz ēkas dienvidu sienas.

Jo lielāka ir apsildāmās telpas platība, jo lielāku platību aizņems kolektors – iespējams, visu mājas sienu. Arī šo saules sistēmu var uzbūvēt bēniņos.

Plānojot uzstādīt gaisa apkures sistēmu bēniņos, ir jāparūpējas, lai tie izturētu iekārtas svaru (+)

Sildošais gaisa masu saules kolektors – pilda apkures funkcijas, izmantojot gaisa plūsmas, kas iet caur sistēmu. Dzesēšanas šķidrums cirkulē pa kontūru, atdziestot, atkal nonāk sistēmā. Gaisa plūsmu kustība var notikt dabiski vai ar ventilatora palīdzību.

Attiecībā uz materiāliem gaisa kolektora izgatavošanai, šeit var izmantot dažādus pieejamos līdzekļus. Vienota noteikuma nav.

Mājas meistari pilnveido šāda veida saules sistēmas, kas tiek montētas mājas apstākļos. Kāds cenšas iegūt lētāku variantu, upurējot efektivitāti, kāds – otrādi.

Izprotot gaisa kolektora pamatelementus, ir vieglāk pieņemt lēmumu par tā uzstādīšanas vietu – jumts vai siena (+)

Apskatīsim galvenos veidus.

Cauruļveida heliosistēmas uzstādīšanas īpatnības

Cauruļveida saules sistēmu apkurei var izmantot dažādos reģionos. Tā nav atkarīga no ārējās temperatūras. Svarīgi, lai uz iekārtu nokļūtu maksimālais saules staru daudzums.

Antifrīzs, ko izmanto kā dzesēšanas šķidrumu, zemās temperatūrās nesasalst. Skaidrās ziemas dienās saules gaismas daudzums pārsniedz vasarā saņemto gaismas daudzumu.

Cauruļveida saules kolektors sastāv no sistēmas ar caurspīdīgām vakuuma caurulēm, kas savienotas savā starpā. Tajās ir viela ar zemu viršanas temperatūru. Uzvārgoties tā iztvaiko, nodod siltumu vara galam un plūst lejup, kur viss atkārtojas.

Vakuuma caurules, izgatavotas no ugunsdroša stikla, iekšpusē ir piepildītas ar vielu, kas spēj uzvārīties pie zemas temperatūras (+)

Vakuuma caurules absorbē līdz 90% no visa saules starojuma (redzamā un infrasarkanā). Saules enerģija, pārvērsta siltumenerģijā, nonāk pie dzesēšanas šķidruma. Tas nodod šo enerģiju tālāk pa sistēmu – siltummaiņā, kas atrodas īpašā akumulācijas tvertnē.

Dzesēšanas šķidruma un ūdens kustība pa apkures sistēmu notiek ar sūkņu palīdzību. Svarīgi, lai tvertnei būtu laba siltumizolācija. Siltummaiņu parasti ir divi: viens ir savienots ar papildu sildītāju, otrs – ar kolektoriem.

Mājās ar šāda veida saules iekārtām ir izdevīgi papildus pieslēgt siltās grīdas sistēmu. Tas ļauj efektīvāk apsildīt ēku.

Attiecībā uz cauruļveida kolektoru montāžu, to var uzstādīt paša spēkiem. Vienīgi jāņem vērā darba slīpuma leņķis – tam jābūt vismaz 20°.

Cauruļveida saules kolektoru novieto uz jumta, izvēloties visvairāk saulaino virzienu. Svarīgi, lai tuvumā nebūtu augstceltņu, kas traucētu brīvai saules gaismas iekļūšanai

Vakuuma iekārtu nevar izveidot pašu spēkiem – vakuuma caurules nav iespējams izgatavot mājas apstākļos. To dara rūpnīcas, kas specializējas vakuuma saules sistēmu ražošanā.

Plakanā saules iekārta

Bieži vien apkurei izmanto plakanu saules kolektoru.

Tā izveidošanai būs nepieciešami:

• metāla rāmis;
• izturīgs dibens;
• siltumizolācijas slānis;
• melnas krāsas saules starojuma absorbētāja slānis (adsorbents);
• caurspīdīgs vāks – plastmasa, stikls;
• caurules šķidrumam (varš, alumīnijs).

Konstrukcija jāaprīko ar ieplūdes un izplūdes atzarojumiem un sūkni efektīvai šķidruma cirkulācijai.

Plakanu saules iekārtu var samontēt pašu spēkiem. Šim nolūkam bieži izmanto pieejamos līdzekļus, izvēloties lētākus materiālus kā analogu (+)

Plakanu kolektoru var uzstādīt jebkurā leņķī, obligāts nosacījums – tīrīt no sniega un putekļiem. Tas ir īpaši piemērots siltam klimatam.

Aukstajā gadalaikā tiek novērota zema darbspēja un augsti siltuma zudumi. Tas apšauba tikai šīs saules sistēmas izmantošanu pilnvērtīgai apkurei. Optimāli būs izmantot plakanu saules iekārtu kopā ar gāzes, elektrisko vai cietā kurināmā apkures veidu.

Piedāvājam iepazīties ar rakstiem par pašdarinātu saules apkures sistēmu montāžu:

1. Kā izgatavot saules kolektoru apkurei pašu spēkiem — soli pa solim ceļvedis
2. Kā izgatavot saules bateriju pašu rokām: saules paneļa montāžas un uzstādīšanas paņēmieni

Vēlreiz par lietderību

Apkurei izmantot saules enerģiju parasto energoresursu vietā ir izdevīgi. Atkarībā no izvēlētā saules sistēmas veida, ietaupījums uz maksas siltuma patēriņu var sasniegt līdz 100%.

Pilnīgas apkures sistēmas nomaiņas variants – kolektoru izmantošana ar vakuuma caurulēm. Sākotnējā posmā tas ir diezgan dārgs projekts. Turpmāk tas var garantēt pilnīgu enerģētisko neatkarību, atmaksājoties 6-8 gadu laikā.

Mājas amatnieku atjautībai nav robežu – kā labirintu šķidruma cirkulācijai kolektora iekšpusē var pielāgot parastu šļūteni

Saules iekārtu kalpošanas laiks ir līdz 25 gadiem. Tās prasa nelielu kopšanu – periodisku virsmu tīrīšanu no sniega, putekļiem, gružiem. Attiecībā uz remontu, to var veikt pašu spēkiem. Būtisks trūkums – plakanie kolektori un saules baterijas “baidās” no viesuļvētrām.

Šāda apkure ir droša mājas iedzīvotājiem un videi. Tā ir pilnīgi bezmaksas un nav atkarīga no valūtas kursa, energoresursu cenām.

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

Video demonstrēs pašrocīgas saules baterijas izveides procesu:

Vizuālais ceļvedis gaisa apkures sistēmas izbūvei:

Tehnoloģija plakanās saules iekārtas izgatavošanai pašrocīgi:

Saules iekārtas jeb saules apkures sistēmas ir sevi labi pierādījušas visā pasaulē. Tās ļauj iegūt siltumu bez maksas, samazinot komunālos apkures maksājumus par vismaz 30%.

Ir iespējama pilnīga enerģijas resursu aizstāšana ar saules enerģiju Jūsu apkures sistēmā. Vēl viena būtiska priekšrocība – Jūs varat samontēt saules iekārtu pašrocīgi.

Vai Jums ir praktiskas iemaņas saules apkures sistēmu montāžā vai ekspluatācijā? Dalieties ar uzkrātajām zināšanām, uzdodiet jautājumus par tēmu un piedalieties diskusijās. Komentāru forma atrodas zemāk.