Päikeseküttesüsteemid: heliosüsteemidel põhineva kütte korraldamise tehnoloogiate analüüs

Alternatiivsete soojusallikate otsimise küsimus muutub üha aktuaalsemaks. Sellele aitavad kaasa tõusvad gaasi, söe ja nafta hinnad. Väga perspektiivne suund on päikeseküttesüsteemid, mis suudavad ruumi tõhusalt kütta paljude aastate jooksul.

Mõtlete päikeseenergiasüsteemi paigaldamisele, kuid on kahtlusi ja küsimusi? Aitame Teil mõista, millal on päikeseenergiat küttesüsteemi rakendada otstarbekas, ja kirjeldame võimalikke kütte korraldamise variante. Samuti pakume juhiseid isetehtud päikeseenergiasüsteemide – lame- ja torukollektorite – valmistamiseks.

Päikeseenergia – alternatiivne soojusallikas

Idee kasutada päikeseenergiat kütmiseks pole uus. Pealegi on selle rakendamise otstarbekust tõestanud ameeriklased, hiinlased, hispaanlased, iisraellased ja jaapanlased.

Turg kubiseb erinevatest päikeseenergia muundamise ja selle majapidamisvajadusteks edasise kasutamise seadmete pakkumistest.

Päikeseenergiasüsteeme kasutatakse aktiivselt peamise soojusallikana paljudes maailma riikides. Meie laiuskraadidel kasutatakse neid seni veel küttesüsteemi täiendusena.

Süsteemide maksumus sõltub nende tüübist, pindalast ja valmistamisel kasutatavast materjalist. Aasta-aastalt täheldatakse stabiilset tendentsi kõikide päikeseenergiaseadmete – päikeseenergiasüsteemide – hindade langemisele.

See muudab need laiematele elanikkonnakihtidele kättesaadavamaks. Kuid mitte igaüks soovija pole veel valmis sellist ostu sooritama.

Kuid soovi korral saab tõhusa päikeseküttesüsteemi ka ise ehitada, kulutades tunduvalt vähem vahendeid.

Harjumuspärane küttesüsteem, mis on aastaid oma ülesandeid suurepäraselt täitnud, muutub üha kallimaks. Selle põhjuseks on energiaressursside globaalne hinnatõus kogu maailmas. Omaniku loomulik soov on kütte pealt kokku hoida, kuna see neelab olulise osa pere eelarvest.

Seega võib päikeseküttesüsteem täielikult asendada harjumuspärase tahkekütte-, gaasi- või mõne muu süsteemi. Kõik sõltub ruumi tüübist ja suurusest, kus seda kasutatakse.

Viljaaida sobiv variant ei sobi elumaja jaoks ning suvila vajadusi rahuldav süsteem ei tule toime 2-korruselise mõisahoone kütmisega.

Traditsioonilise kütte täielik asendamine päikeseküttega on mõnikord problemaatiline. Omanik kardab, et süsteem ei suuda toime tulla või füüsiliselt ei jätku ruumi vajaliku arvu paneelide paigaldamiseks.

Seetõttu kasutatakse sageli kombineeritud küttesüsteemi, loobumata täielikult paigaldatud gaasi- (elektri- või muust) seadmest. Harjumuspärase kütte asendamise tase päikeseküttega võib ulatuda 90%-ni.

Samuti on oluline elukoha piirkonna aastane päikesepaisteliste päevade arv. Keskmine ööpäevane temperatuur pole seejuures nii oluline. Paljud seadmed neelavad valgust tõhusalt ka talvistel külmadel päevadel (päikesekollektorid, mis kasutavad soojuskandjana antifriisi).

Peale kütte suudab päikeseseade tagada elamule sooja vee ja elektrivarustuse.

Kus on päikeseenergiaseade kõige tõhusam

Kütte asendamisel päikeseseadmega tuleb arvestada mitmete teguritega, mis mõjutavad selle tõhusust.

Esiteks, tuleb õigesti valida päikesesüsteemi tüüp. Selles küsimuses tuleb arvestada ruumi pindala ja selle otstarvet. Enamasti on tegemist eramajaga, kus elab 4-5-liikmeline pere.

Teiseks, tuleb hoolikalt välja arvutada soojavajadus, lähtudes maksimaalsest tarbimisest külmal aastaajal. Võrrelda neid arve 1 ruutmeetri päikeseseadme toodetud energiaga. Jääb üle arvutada päikesekonstruktsiooni pindala, mis suudab toime tulla konkreetse ruumi kütmisega.

Saadud suurus saab peamiseks teguriks süsteemi paigutuse koha määramisel. Tavaliselt eelistavad majapidamiste omanikud kasutada maja katust või seina. Harva kasutatakse kõrvalkrunti või garaažikatust. Mõnikord ehitatakse spetsiaalsed alused seadme paigaldamiseks.

Spetsiaalsete aluste ehitamine päikesesüsteemide paigaldamiseks võimaldab neid kodu territooriumil maksimaalselt mugavalt paigutada

Oluline on, et miski ei takistaks päikesekiirte vaba tungimist valgust neelavale pinnale. Valida tuleb lõuna-, kagu- või edelasein või katuseosa.

Olles otsustanud, kuhu päikesepaneelid paigutatakse, tuleb teha eluruumi eelnev ettevalmistus:

• Ruumi vabastamine. Raiuda maha liigsed istutused, kui need segavad.
• Katuse tugevdamine. Siin tuleb meeles pidada, milline kaal on kavandatud konstruktsioonil.
• Hoone täiendav soojustamine. Sest mõttetu on tänavat kütta.

Kolmandaks, tuleb otsustada küsimus: osta või ehitada küttesüsteem iseseisvalt. Kõik sõltub rahalistest võimalustest ja soovist kulutada aega konstruktsiooni valmistamisele.

Valides teise variandi, tuleb mõista vajaliku süsteemi tööpõhimõtet, et kõik õigesti kokku panna.

Võimalikud variandid päikesekütte paigaldamiseks

Päikeseküttesüsteemi ehitamise variandid sõltuvad täielikult majapidamise omaniku soovidest:

• Tehases valmistatud toodete kasutamine. Valmis kollektorite ostmine koos iseseisva paigalduse ja monteerimisega.
• Pilootprojekti ehitamine.  See on vajalik süsteemi kasutamise efekti kontrollimiseks täpsete arvutuste edasiseks tegemiseks.
• Täieliku töötsükli iseseisev teostamine.  Päikesesüsteemi arvutamine, projekteerimine, nullist ehitamine, selle paigaldamine.

Variant nr 1. See eeldab päikeseseadmete õige asukoha valikut, sest sellest sõltub nende kasutamise tõhusus. Paigaldamiseks on vaja ka erioskusi.

Paneelide kogust ei ole vaja arvutada – piisab kõigi oma soovide esitamisest seadmete tarnijafirmale. Samuti tuleb vastata juhtide täpsustavatele küsimustele – kõik, optimaalse paneelide (kollektorite) arvu valimine toimub ilma igasuguste raskusteta.

Päikeseseadme ise katusele paigaldamiseks on vaja vähemalt ühe abilise toetust. Üksi sellise tööga hakkama ei saa.

Variant nr 2 – pilootprojekti ehitamine. See on optimaalne lahendus kahtlejatele. Sest lõplikku otsust küttesüsteemi väljavahetamise kohta on raske kohe teha. Ehitada väike päikesekollektor (õhu- või veekollektor) ja testida seda tegelikus töös saab kasulikuks kogemuseks.

Olles hinnanud tegelikud tootmiskulud, võrrelnud neid sarnaste süsteemide turuväärtusega ja arvutanud kokkuhoiu majapidamises kasutamisest, on lihtne vastutustundlikku otsust teha.

Variant nr 3 – tõeliste meistrite valik.

Objekti täisväärtuslikuks kütteks tuleb teha tohutut tööd:

• Arvutada välja vajalik päikesesüsteemi pindala.
• Määrata tulevase paigalduse koht, tugevdada see.
• Lisaks soojustada eluruum.
• Soetada kõik süsteemi ehitamiseks vajalikud elemendid.
• Ehitada päikesepatarei.
• Paigaldada ehitatud süsteem, järgides põhinõudeid – kaldenurka päikesekiirte langemise suhtes.

Süsteemi rajamise täieliku töötsükli teostamist ei saa nimetada kergeks tegevuseks, kuid protsess on äärmiselt paeluv. Pealegi võimaldab see säästa päris märkimisväärse summa.

Valides päikeseenergiat kasutavat kütetüüpi, tuleb otsustada, kas seda kasutatakse lisaks vee soojendamiseks ja elektritootmiseks (kliki suurendamiseks)

Päikeseenergia muundamise seadmete tüübid

Tööpõhimõttest sõltuvalt eristatakse kahte tüüpi päikesevalgust neelavaid seadmeid:

• Patareid fotogalvaanilistel muunduritel. Need on süsteemid, mis koosnevad järjestikku või paralleelselt ühendatud pooljuhtelementidest. Need annavad voolu koduküttekehade toiteks.
• Päikesekollektorid. Paneelid torusüsteemiga, mis on täidetud soojuskandjaga: õhk, külmumatu segu või vesi. Need toimetavad päikese poolt soojendatud soojuskandja kütteringi.

Vaatleme iga varianti eraldi.

Päikesepaneelid

Päikesepatarei muundab neelatud valguse elektrienergiaks. See koosneb fotoelementidest (enamasti ränist), mis suudavad päikesekiirgusest kohe eraldada alalisvoolu.

Sellist seadet saab kasutada elektriliste kütteseadmete töövõime tagamiseks. See tuleb ühendada eluruumi elektrivarustussüsteemiga.

Selle seadme päikesekiirguse muundamise efektiivsus on 5% kuni 20% olenevalt päikesekiirgust töötleva seadme tüübist. 1 m² päikesepatarei tootlikkus – 120 W.

Jääb üle arvutada, mitu ruutmeetrit pinda on vaja konkreetse majapidamise vajaduste rahuldamiseks, lähtudes eluruumi suurusest, individuaalsetest soojavajadusest ja konstruktsioonide soojustuse tasemest.

Päikesepatareisid on kõige mugavam paigutada maja katusele, valides selleks lõunapoolse kalde.

Kütmiseks on päikesepatareisid kõige tõhusam kasutada lõunapoolsetes piirkondades. Nende peamine puudus on efektiivsuse langus hämaras ja pilvise ilmaga ning täielik töövõime puudumine öisel ajal.

Päikesepatarei ise valmistamiseks tuleb kõigepealt kokku panna raam, jootma päikeseelemendid, seejärel kõik ettevaatlikult paigutada ja kasutada hermeetikut.

Raami valmistamiseks kasutatakse puidust liiste, alumiiniumnurki. Kõik sõltub kokkupandava konstruktsiooni suurusest ja selle paigalduskohast. Päikeseelemendid – räniplaadid – on konstruktsiooni kõige kulukam osa. Need on kas monokristallilised või polükristallilised. Esimesed on mõnevõrra kallimad, kuid nende tootlikkus on 5% kõrgem.

Neid ise valmistada – võimatu. Fotogalvaanilisi muundureid on parem osta juba joodetud juhtmetega.

Need tuleb asetada puitkiudplaadist alusele, seejärel kinnitada raamis, juhtida elementide juhtmed välja ja täita kõik augud hermeetikuga. Lasta konstruktsioonil hästi kuivada ja katta klaasist või läbipaistvast plastikust kaanega.

Päikesepatareide paigaldusskeemid ja ühendamisviisid on kirjeldatud selles artiklis.

Päikesekollektorid

Kollektoritel on põhimõtteliselt teistsugune neeldunud valguse muundamise viis. Nende töö aluseks on torudes liikuv soojuskandja.

Sõltuvalt konstruktsioonist võib eristada kolme peamist kollektoritüüpi, mida kõige sagedamini kasutatakse päikeseküttesüsteemi rajamiseks.

• Lamekollektorid. Soojuse vastuvõtja – absorber on valmistatud lehtmetallist, mille välispind on mustaks värvitud. Kuumenedes annab see energia edasi küttesüsteemi soojuskandjale.
• Vaakumkollektorid. Vaakumtüüpi kollektorsüsteem on valmistatud termoste põhimõttel, tänu millele säilib peaaegu kaks korda paremini päikeselt saadud soojus.
• Kontsentraatorid. Seade on varustatud nõgusa peegeldava detailiga, millel on suur pindala, fokusseerides päikesevalguse väikesele absorberi alale.

Kõige levinumad kodumajapidamises kasutatavad päikeseküttesüsteemid on varustatud torustikuga, mis on valmistatud paralleelselt ühendatud elementidest või spiraalina. Torud täidetakse kas tehnilise veega või vee ja antifriisi või õhu seguga.

Päikesepaigaldise põhiosi visualiseerides on lihtsam otsustada, kuhu teatud komponendid kõige paremini paigutada (+).

Õhupaigaldist saab kasutada täiendava kütteallikana. See ei suuda majapidamist täielikult soojaga varustada sõltumata selle asukohapiirkonnast. Selle päikesesüsteemi peamine omadus on õhk, mis toimib soojuskandjana.

Torukujulisi süsteeme kasutatakse üsna aktiivselt aastaringseks kütteks. Antifriis või antifriisi segu soojeneb päikesevalguses, seejärel läbib sisemised soojusvahetustorud ja suunatakse seejärel akumulatsioonipaaki.

Vedeliku liikumist stimuleerib pump, tänu millele liigub see paagist küttesüsteemi. Kuum soojuskandja tõrjub välja jahtunud vedelikuosa, mis peab seejärel tagasi kollektorisse naasma ja uuesti soojenema.

Lamepäikesesüsteemi tööpõhimõte põhineb päikesevalguse tungimisel paneeli sisse, kus asub soojusneelur. See soojeneb ja kiirgab soojust, mis kandub üle metalltorudes (tavaliselt vasest) ringlevale vedelikule.

Mida on võimalik ise valmistada?

Õhukollektorit kasutavat päikeseküttesüsteemi saab ehitada oma kätega. Parim on paigutada see hoone lõunaseinale.

Mida suurem on köetava ruumi pindala, seda suurema ala kollektor hõivab – võib-olla kogu maja seina. Samuti saab selle päikesesüsteemi ehitada pööningule.

Plaanides paigaldada pööningule õhkküttesüsteemi, tuleb tagada, et pööning talub paigaldise raskust (+).

Õhkmassi soojendav päikesekollektor – täidab oma küttefunktsioone tänu süsteemis liikuvatele õhuvooludele. Soojuskandja ringleb mööda kontuuri, jahtudes ja naaseb uuesti süsteemi. Õhuvoolude liikumine võib toimuda loomulikult või ventilaatori abil.

Mis puutub õhukollektori valmistamise materjalidesse, siis siin saab kasutada erinevaid käepäraseid vahendeid. Ühtset reeglit ei ole.

Kodumeistrid täiustavad seda tüüpi kodus kokkupandavat päikesesüsteemi. Keegi püüab saada odavamat varianti, ohverdades seejuures tõhususe, keegi – vastupidi.

Olles aru saanud õhukollektori põhielementidest, on lihtsam otsustada selle paigalduskoha üle – katus või sein (+)

Vaatleme põhilisi viise.

Torupäikeseenergiasüsteemi paigalduse eripärad

Torukujulist tüüpi päikesesüsteemi kütteks saab kasutada erinevates piirkondades. See ei sõltu välisõhu temperatuurist. Peaasi, et paigaldusele langeks maksimaalne kogus päikesekiiri.

Antifriis, mida kasutatakse soojuskandjana, ei külmu madalatel temperatuuridel. Selgetel talvepäevadel ületab päikesevalguse hulk suvel saabuva valguse hulka.

Torukujuline päikesekollektor koosneb omavahel ühendatud läbipaistvate vaakumtorude süsteemist. Need sisaldavad madala keemistemperatuuriga ainet. Keemistemperatuuril aurustudes annab see oma soojuse vaskotsikule ja voolab alla, kus kõik kordub uuesti.

Tulekindlast klaasist valmistatud vaakumtorud on seest täidetud ainega, mis suudab keema minna madalal temperatuuril (+)

Vaakumtorud neelavad kuni 90% kogu päikesekiirgusest (nähtavast ja infrapunasest). Päikeseenergia muundatakse soojusenergiaks ja jõuab soojuskandjani. See edastab selle energia edasi süsteemis – soojusvahetisse, mis asub spetsiaalses akumulatsioonipaagis.

Soojuskandja ja vee liikumine küttesüsteemis toimub pumpade abil. Oluline on, et paagil oleks hea soojusisolatsioon. Soojusvahetid on tavaliselt kaks: üks on ühendatud lisaküttekehaga, teine kollektoritega.

Seda tüüpi päikeseseadmetega majades on kasulik täiendavalt ühendada põrandaküttesüsteem. See võimaldab hoonet tõhusamalt kütta.

Mis puutub torukujuliste kollektorite paigaldusse, siis seda saab paigaldada ise. Ainus, tuleb arvestada töökaldenurgaga – see peab olema vähemalt 20°.

Torukujuline päikesekollektor paigutatakse katusele, valides kõige päikeselisema suuna. Oluline on, et läheduses ei oleks kõrghooneid, mis takistavad päikesevalguse vaba läbitungimist.

Vaakumseadme ise ehitamine ei õnnestu – vaakumtorude valmistamine kodus on võimatu. Seda teevad tehased, mis on spetsialiseerunud vaakumpäikesesüsteemide tootmisele.

Lame päikeseseade

Kütteks kasutatakse sageli tasast päikesekollektorit.

Selle ehitamiseks on vaja:

• metallraam;
• tugev põhi;
• soojustuskiht;
• musta värvi päikesekiirguse neelduja kiht (adsorber);
• läbipaistev kate – plast, klaas;
• vedelikutorud (vask, alumiinium).

Konstruktsioon tuleb varustada sisse- ja väljalasketorudega ning pumbaga tõhusa vedelikuringluse tagamiseks.

Tasapäikeseseadme saab ise kokku panna. Selleks kasutatakse sageli käepärast vahendeid, valides odavamad materjalid analoogina (+).

Tasase kollektori saab paigaldada mis tahes nurga all, kohustuslik tingimus – puhastada lumest ja tolmust. See on eriti hea sooja kliima jaoks.

Külmal aastaajal täheldatakse madalat töövõimet ja suuri soojuskadusid. See seab kahtluse alla ainult selle ühe päikesesüsteemi kasutamise täielikuks kütteks. Optimaalne on kasutada tasast päikeseseadet koos gaasi-, elektri- või tahkeküttega.

Soovitame tutvuda isetehtud päikeseküttesüsteemide artiklitega:

1. Kuidas ise kütteks päikesekollektor teha — samm-sammult juhend
2. Kuidas ise päikesepatarei valmistada: päikesepaneeli kokkupaneku ja paigalduse viisid

Veel kord otstarbekusest

Päikeseenergia kasutamine kütteks tavaliste energiaressursside asemel on kasulik. Sõltuvalt valitud päikesesüsteemi tüübist võib tasulise soojuse tarbimise kokkuhoid olla kuni 100%.

Küttesüsteemi täieliku asendamise variant – vaakumtorudega kollektorite kasutamine. See on algstaadiumis piisavalt kulukas projekt. Hiljem võib see tagada täieliku energiasõltumatuse, tasudes end ära 6-8 aastaga.

Kodumeistrite leidlikkusel pole piire – kollektori sees vedeliku ringlemise labürindina saab kasutada tavalist voolikut.

Päikeseseadmete eluiga on kuni 25 aastat. Need vajavad vähest hooldust – pindade perioodilist puhastamist lumest, tolmust, prügist. Mis puudutab remonti, saab seda teha oma jõududega. Oluline puudus – tasased kollektorid ja päikesepatareid "kardavad" orkaane.

Selline küte on elanikele ja keskkonnale ohutu. See on täiesti tasuta ega sõltu valuutakurssidest ega energiaressursside hindadest.

Järeldused ja kasulik video teemal

Video demonstreerib ise päikesepatarei ehitamise protsessi:

Illustreeriv juhend õhkküttesüsteemi ehitamiseks:

Lameda päikeseseadme ise valmistamise tehnoloogia:

Päikeseküttesüsteemid on end kogu maailmas hästi tõestanud. Need võimaldavad saada soojust tasuta, vähendades küttekommunaalkulusid 30% võrra.

Võimalik on täielikult asendada energiaressursid päikeseenergiaga oma küttesüsteemis. Teine oluline eelis on see, et päikeseküttesüsteemi saab ise kokku panna.

Kas teil on praktilisi kogemusi päikeseküttesüsteemide kokkupanekul või kasutamisel? Jagage oma teadmisi, esitage teemakohaseid küsimusi ja osalege aruteludes. Kommentaarivorm asub allpool.