Solarni sustavi grijanja: pregled tehnologija za izvedbu grijanja na bazi solarnih sustava

Pitanje pronalaska alternativnih izvora topline postaje sve aktualnije. Tome pridonose rastuće cijene plina, ugljena, nafte. Vrlo perspektivno usmjerenje – solarni sustavi grijanja, sposobni učinkovito grijati prostorije mnoge godine.

Razmišljate o postavljanju heliosustava, ali imate sumnje i pitanja? Pomoći ćemo vam razumjeti kada je svrhovito iskoristiti sunčevu energiju za grijanje, te ćemo opisati moguće opcije organizacije grijanja. Osim toga, ponudit ćemo upute za izradu vlastitih heliosustava – ravnog i cjevastog kolektora.

Energija sunca – alternativni izvor topline

Ideja korištenja sunčeve energije za grijanje nije nova. Štoviše, svrhovitost njezine primjene dokazali su Amerikanci, Kinezi, Španjolci, Izraelci i Japanci.

Tržište obiluje ponudama različitih instalacija za pretvorbu sunčeve energije i njezino daljnje korištenje za kućanske potrebe.

Heliosustavi se aktivno koriste kao glavni izvor topline u mnogim zemljama svijeta. U našim geografskim širinama zasad se primjenjuju kao dopuna sustavu grijanja.

Cijena sustava ovisi o njihovom tipu, površini, materijalu koji se koristi pri izradi. Iz godine u godinu primjećuje se stabilan trend smanjenja cijena svih vrsta solarnih instalacija – heliosustava.

To ih čini pristupačnijima širokim slojevima stanovništva. No zasad nije svatko tko želi spreman obaviti takvu kupnju.

Međutim, uz želju, moguće je napraviti učinkovit sustav solarnog grijanja vlastitim rukama, potrošivši znatno manje sredstava.

Uobičajeni sustav grijanja koji izvrsno obavlja svoje funkcije dugi niz godina postaje sve skuplji. Razlog tome je globalno poskupljenje energetskih resursa u cijelom svijetu. Prirodna želja koja se javlja kod vlasnika jest uštedjeti na grijanju koje pojede značajan dio obiteljskog proračuna.

Tako solarni sustav grijanja može u potpunosti zamijeniti uobičajeni sustav na kruta goriva, plinski ili bilo koji drugi. Sve ovisi o vrsti i veličini prostorije u kojoj će se koristiti.

Opcija prikladna za žitnicu neće odgovarati stambenoj kući, a sustav koji zadovoljava potrebe vikendice nikako se neće nositi s grijanjem dvokatnice.

Potpuna zamjena tradicionalnog grijanja solarnim ponekad je problematična. Vlasnik se boji da se sustav možda neće nositi s tim ili da fizički nema dovoljno mjesta za montažu potrebnog broja panela.

Stoga se često koristi kombinirani sustav grijanja, bez potpunog odustajanja od instalirane plinske (električne ili druge) opreme. Razina zamjene uobičajenog grijanja solarnim može doseći 90%.

Također, važnu ulogu ima godišnji broj sunčanih dana na području gdje se nalazi dom. Pritom prosječna dnevna temperatura nije toliko važna. Mnoge instalacije učinkovito apsorbiraju svjetlost u zimskim mraznim danima (solarni kolektori koji koriste antifriz kao toplinski medij).

Osim grijanja, solarna instalacija može osigurati dom toplom vodom i električnom energijom.

Gdje će helioinstalacija biti najučinkovitija

Prilikom zamjene grijanja solarnom instalacijom potrebno je uzeti u obzir niz čimbenika koji utječu na njezinu učinkovitost.

Prvo, potrebno je pravilno odabrati tip solarne instalacije. U ovom pitanju treba uzeti u obzir površinu prostorije i njezinu namjenu. Najčešće je to privatna kuća u kojoj živi obitelj od 4-5 osoba.

Drugo, pažljivo izračunati potrebe za toplinom na temelju maksimalne potrošnje u hladnom dijelu godine. Usporediti te brojke s količinom energije koju proizvodi 1 m² solarne instalacije. Ostaje izračunati površinu solarne konstrukcije koja se može nositi s grijanjem određene prostorije.

Dobivena vrijednost postat će glavni čimbenik pri određivanju mjesta postavljanja sustava. Obično vlasnici kućanstava radije koriste krov ili zid kuće. Rijetko se koristi okućnica ili krov garaže. Ponekad se izrađuju posebni nosači za montažu instalacije.

Izgradnja posebnih postolja za montažu solarnih sustava omogućuje maksimalno zgodno postavljanje na okućnici

Važno je da ništa ne priječi slobodan prodor sunčevih zraka na površinu koja upija svjetlost. Treba odabrati južni, jugoistočni ili jugozapadni zid ili dio krova.

Nakon definiranja mjesta postavljanja solarnih panela, potrebno je provesti pripremne radove na kući:

• Osloboditi prostor. Posjeći suvišne nasade ako smetaju.
• Ojačati krov. Pritom ne smijete zaboraviti kolika će biti težina predviđene konstrukcije.
• Dodatno toplinski izolirati zgradu. Jer besmisleno je grijati ulicu.

Treće, potrebno je riješiti pitanje: kupiti ili samostalno izgraditi sustav grijanja. Sve ovisi o financijskim mogućnostima i želji da se uloži vrijeme u izradu konstrukcije.

Ako odaberete drugu opciju, potrebno je razumjeti princip rada odabranog sustava kako biste sve ispravno sastavili.

Moguće opcije postavljanja solarnog grijanja

Opcije izgradnje solarnog sustava grijanja u potpunosti ovise o željama vlasnika kućanstva:

• Korištenje tvorničkih proizvoda. Kupnja gotovih kolektora sa samostalnom instalacijom i montažom.
• Izgradnja pilot projekta.  Potreban je za provjeru učinka upotrebe sustava radi daljnje izrade točnih proračuna.
• Samostalno izvođenje cjelokupnog ciklusa radova.  Proračun, projektiranje, izgradnja «od nule» solarnog sustava, njegova instalacija.

Opcija br. 1. Podrazumijeva odabir ispravnog mjesta postavljanja solarnih instalacija, jer o tome će ovisiti učinkovitost njihovog korištenja. Za montažu će također biti potrebne posebne vještine.

Izračunavanje broja panela neće biti potrebno – dovoljno će biti iznijeti sve svoje želje firmi dobavljaču opreme. Također će biti potrebno odgovoriti na dodatna pitanja menadžera – i gotovo, odabir optimalnog broja panela (kolektora) dogodit će se bez ikakvih poteškoća.

Za montažu solarne instalacije vlastitim rukama na krovu potrebno je osigurati podršku barem jednog pomoćnika. Jedna osoba neće moći obaviti takav posao.

Opcija br. 2 – izgradnja pilot projekta. To će biti optimalno rješenje za ljude koji sumnjaju. Jer konačnu odluku o zamjeni sustava grijanja teško je donijeti odmah. Izgraditi solarni kolektor (zračni ili vodeni) manjih dimenzija i isprobati ga «u praksi» bit će korisno iskustvo.

Procjenjujući stvarne troškove proizvodnje, uspoređujući ih s tržišnom vrijednošću sličnih sustava i izračunavajući uštede od korištenja u kućanstvu, donošenje odgovorne odluke bit će jednostavno.

Varijanta br. 3 – izbor pravih majstora.

Za potpuno grijanje objekta bit će potrebno obaviti ogroman posao:

• Izračunati potrebnu površinu solarnog sustava.
• Odrediti mjesto buduće montaže i ojačati ga.
• Dodatno izolirati stambeni prostor.
• Nabaviti sve elemente za izgradnju sustava.
• Izgraditi solarnu bateriju.
• Instalirati izgrađeni sustav, vodeći se osnovnim zahtjevima – kutom nagiba u odnosu na pad sunčevih zraka.

Izvođenje punog ciklusa radova na izgradnji sustava ne može se nazvati lakim zadatkom, ali proces je iznimno uzbudljiv. Osim toga, omogućuje uštedu prilično velike svote.

Prilikom odabira vrste grijanja koje koristi sunčevu energiju, treba odlučiti hoće li se dodatno koristiti za zagrijavanje vode i proizvodnju električne energije (kliknite za povećanje)

Vrste instalacija za pretvorbu sunčeve energije

Ovisno o principu rada razlikuju se dvije vrste uređaja koji apsorbiraju sunčevu svjetlost:

• Baterije na fotonaponskim pretvaračima. Predstavljaju sustave serijski ili paralelno spojenih poluvodičkih elemenata. One opskrbljuju strujom za napajanje kućanskih grijača.
• Solarni kolektori. Panelne s sustavom cijevi ispunjenih nositeljem topline: zrakom, smjesom koja se ne smrzava ili vodom. Oni isporučuju suncem zagrijani nositelj topline u krug grijanja.

Razmotrimo svaku opciju zasebno.

Solarni paneli

Solarna baterija pretvara apsorbiranu svjetlost u električnu energiju. Sastoji se od fotoćelija (najčešće silicijskih) koje mogu iz sunčevog zračenja odmah izvlačiti istosmjernu električnu struju.

Takvo postrojenje može se koristiti za osiguravanje rada električne opreme za grijanje. Potrebno ga je priključiti na sustav opskrbe električnom energijom stambenog prostora.

Učinkovitost pretvorbe sunčevog zračenja ovog uređaja je od 5% do 20%, ovisno o vrsti uređaja koji pretvara sunčevo zračenje. Proizvodnost 1 m² sunčane baterije je 120 W.

Preostaje izračunati koliko kvadratnih metara površine će biti potrebno za zadovoljenje potreba određenog kućanstva, uzimajući u obzir veličinu stambenog objekta, individualne potrebe za toplinom i razinu izolacije konstrukcija.

Sunčane baterije najprikladnije je smjestiti na krov kuće, odabirući za to njezinu južnu stranu.

Za grijanje je sunčane baterije najučinkovitije koristiti u južnim regijama. Njihov glavni nedostatak je smanjenje učinkovitosti u sumrak i po oblačnom vremenu, te potpuni izostanak rada noću.

Da biste izradili sunčanu bateriju vlastitim rukama, najprije ćete morati sastaviti okvir, zalemiti sunčane elemente, zatim sve pažljivo položiti i upotrijebiti brtvilo.

Za izradu okvira koriste se drvene letvice i aluminijski kutnici. Sve ovisi o veličini konstrukcije koja se sastavlja i mjestu njezine ugradnje. Sunčani elementi – silicijske pločice – najskuplji su dio konstrukcije. Mogu biti monokristalni i polikristalni. Prvi su nešto skuplji, ali im je učinkovitost 5% veća.

Napraviti ih samostalno je nemoguće. Fotonaponske pretvarače je bolje nabaviti s već zalemljenim vodičima.

Njih treba postaviti na podlogu od drvenih vlakana (DVP), zatim učvrstiti u okviru, izvesti žice iz elemenata van te sve otvore zaliti brtvilom. Pustiti da se konstrukcija dobro osuši i prekriti poklopcem od stakla ili prozirne plastike.

Sheme montaže i načini povezivanja sunčanih baterija opisani su u ovom članku.

Solarni kolektori

Bitno drugačiji način pretvorbe apsorbiranog svjetla kod kolektora. Osnova njihova rada je toplinski medij koji prolazi kroz cijevi.

Ovisno o konstrukciji, mogu se razlikovati tri glavne vrste kolektora koji se najčešće koriste za izgradnju solarnog sustava grijanja:

• Ravni. Toplinski prijamnik – apsorber izrađen je od lima s pocrnjelom vanjskom površinom. Zagrijavanjem predaje energiju toplinskom mediju sustava grijanja.
• Vakuumski. Kolektorski sustav vakuumskog tipa izveden je po principu termosice, zahvaljujući čemu se gotovo dvostruko bolje čuva toplina dobivena od sunca.
• Koncentratori. Uređaj je opremljen konkavnim zrcalnim dijelom s velikom površinom, koji fokusira sunčevu svjetlost na malu površinu apsorbera.

Najrasprostranjeniji solarni uređaji u kućanstvima opremljeni su sustavom cijevi izvedenim kao paralelno povezani elementi ili zavojnice. Cijevi se pune tehničkom vodom ili mješavinom vode s tekućinom protiv smrzavanja ili zrakom.

Vizualizacijom glavnih dijelova solarnog uređaja lakše je odlučiti gdje je najbolje smjestiti pojedine komponente (+)

Zračni uređaj može se koristiti kao dodatni izvor grijanja. Ne može u potpunosti osigurati toplinu kućanstvu neovisno o regiji u kojoj se nalazi. Glavna značajka ove vrste solarnog sustava jest zrak koji služi kao toplinski medij.

Cijevni sustavi prilično se aktivno koriste za grijanje tijekom cijele godine. Antifriz ili mješavina antifriza zagrijava se pod sunčevim zrakama, zatim prolazi kroz unutarnje izmjenjivačke cijevi, a potom se usmjerava u spremnik.

Kretanje tekućine potiče pumpa, zahvaljujući kojoj se tekućina iz spremnika premješta u sustav grijanja. Zagrijani toplinski medij istiskuje ohlađeni dio tekućine, koji se potom vraća u kolektor na zagrijavanje.

Princip rada ravnog solarnog sustava temelji se na prodoru sunčeve svjetlosti u ploču u kojoj se nalazi toplinski apsorber. On se zagrijava i emitira toplinu koja se prenosi na tekućinu koja cirkulira kroz metalne (najčešće bakrene) cijevi.

Što se može napraviti vlastitim snagama?

Solarni sustav grijanja koji koristi zračni kolektor može se izraditi vlastitim rukama. Najbolje ga je smjestiti na južni zid zgrade.

Što je veća površina grijanog prostora, to će veću površinu zauzimati kolektor – moguće cijeli zid kuće. Također, ovaj solarni sustav može se izgraditi na tavanu.

Prilikom planiranja postavljanja sustava zračnog grijanja na tavanu, potrebno je voditi računa da on izdrži težinu uređaja (+)

Sunčani kolektor koji zagrijava zračnu masu – obavlja svoje funkcije grijanja putem tokova zraka koji prolaze unutar sustava. Nosač topline cirkulira kroz krug, hladeći se, ponovno ulazi u sustav. Kretanje zračnih tokova može se odvijati prirodno ili uporabom ventilatora.

Što se tiče materijala za izradu zračnog kolektora, ovdje se mogu koristiti razne dostupne sirovine. Ne postoji jedinstveno pravilo.

Kućni majstori usavršavaju ovu vrstu sunčanog sustava koji se sastavlja u kućnim uvjetima. Netko teži dobiti jeftiniju varijantu, žrtvujući pritom učinkovitost, netko – naprotiv.

Kada se upoznate s osnovnim elementima zračnog kolektora, lakše ćete donijeti odluku o mjestu njegove montaže – krov ili zid (+)

Razmotrimo osnovne načine.

Osobitosti instalacije cjevastog heliosustava

Sunčani sustav cijevnog tipa za grijanje može se koristiti u različitim regijama. Ne ovisi o vanjskoj temperaturi. Glavno je da na instalaciju pada maksimalna količina sunčevih zraka.

Antifriz koji se koristi kao nosač topline ne smrzava se na niskim temperaturama. U vedrim zimskim danima količina sunčeve svjetlosti premašuje količinu svjetlosti koja dolazi ljeti.

Cijevni sunčani kolektor sastoji se od sustava prozirnih vakuumskih cijevi međusobno povezanih. U njima se nalazi tvar s niskom temperaturom vrenja. Kada proključa, isparava, prenosi svoju toplinu na bakreni vrh i otječe prema dolje, gdje se sve ponavlja iznova.

Vakuumske cijevi, izrađene od vatrostalnog stakla, iznutra su ispunjene tvari koja može proključati na niskoj temperaturi (+)

Vakuumske cijevi apsorbiraju do 90% svih sunčevih zračenja (vidljivog i infracrvenog). Sunčeva energija, pretvorena u toplinsku, dolazi do nosača topline. On prenosi tu energiju dalje kroz sustav – u izmjenjivač topline koji se nalazi u posebnom spremniku-akumulatoru.

Kretanje nosača topline i vode kroz sustav grijanja odvija se pomoću pumpi. Važno je da spremnik ima dobru toplinsku izolaciju. Izmjenjivača topline u pravilu ima dva: jedan je spojen s dodatnim grijačem, drugi – s kolektorima.

U kućama s ovom vrstom sunčanih instalacija isplativo je dodatno priključiti sustav podnog grijanja. To omogućuje učinkovitije grijanje zgrade.

Što se tiče montaže cijevnih kolektora, možete ga instalirati sami. Jedino trebate uzeti u obzir radni kut nagiba – on mora biti najmanje 20°.

Cijevni sunčani kolektor postavlja se na krov, odabravši najsunčaniji smjer. Važno je da u blizini nema visokih zgrada koje bi ometale slobodno prodiranje sunčeve svjetlosti

Sastaviti vakuumsku instalaciju vlastitim rukama nije moguće – napraviti vakuumske cijevi u kućnim uvjetima je nemoguće. To rade tvornice specijalizirane za proizvodnju vakuumskih solarnih sustava.

Ravna solarna instalacija

Često se za grijanje koristi ravni solarni kolektor.

Za njegovu izgradnju trebat će:

• metalni okvir;
• čvrsto dno;
• sloj toplinske izolacije;
• sloj crnog apsorbera sunčevog zračenja;
• prozirni poklopac – plastika, staklo;
• cijevi za tekućinu (bakar, aluminij).

Konstrukciju treba opremiti ulaznim i izlaznim cijevima te pumpom za učinkovitu cirkulaciju tekućine.

Možete sami sastaviti ravnu solarnu instalaciju. Za to se često koriste pri ručna sredstva, odabirom jeftinijih materijala kao analogije (+)

Ravni kolektor možete postaviti pod bilo kojim kutom, obvezan uvjet je čišćenje od snijega i prašine. Posebno je dobar za toplu klimu.

U hladnom godišnjem dobu primjećuje se niska radna sposobnost i visoki gubici topline. To dovodi u pitanje korištenje samo ovog solarnog sustava za cjelovito grijanje. Optimalno je koristiti ravnu solarnu instalaciju zajedno s plinskim, električnim ili krutim gorivom za grijanje.

Predlažemo da se upoznate s člancima o vlastitoj izradi solarnih sustava grijanja:

1. Kako napraviti solarni kolektor za grijanje vlastitim rukama — korak po korak vodič
2. Kako napraviti solarnu bateriju vlastitim rukama: načini sastavljanja i montaže solarne ploče

Još jednom o svrhovitosti

Korištenje sunčeve energije za grijanje umjesto uobičajenih energetskih izvora je isplativo. Ovisno o odabranoj vrsti solarnog sustava, ušteda na potrošnji plaćene topline može iznositi do 100%.

Mogućnost potpune zamjene sustava grijanja – korištenje kolektora s vakuumskim cijevima. To je prilično skup projekt u početnoj fazi. Kasnije može garantirati potpunu energetsku neovisnost, isplativši se za 6-8 godina.

Domaći majstori su neograničene domišljatosti – kao labirint za cirkulaciju tekućine unutar kolektora može se prilagoditi obično crijevo

Vijek trajanja solarnih instalacija je do 25 godina. Zahtijevaju minimalno održavanje – povremeno čišćenje površina od snijega, prašine, smeća. Što se tiče popravka, može se obaviti vlastitim snagama. Značajan nedostatak – ravni kolektori i solarni paneli "se boje" uragana.

Takvo grijanje je sigurno za stanovnike kuće i okoliš. Potpuno je besplatno i ne ovisi o tečaju valuta niti cijenama energenata.

Zaključci i koristan video na temu

Video će prikazati proces samostalne izgradnje solarne baterije:

Praktični vodič za izgradnju sustava grijanja zrakom:

Tehnologija izrade ravnog solarnog uređaja vlastitim rukama:

Solarni uređaji ili solarni sustavi grijanja dobro su se pokazali diljem svijeta. Omogućuju besplatno dobivanje topline, smanjujući troškove plaćanja komunalnih računa za grijanje za 30% ili više.

Moguća je potpuna zamjena energenata solarnom energijom u vašem sustavu grijanja. Još jedna važna prednost je mogućnost sastavljanja solarnog uređaja vlastitim rukama.

Imate li praktične vještine u sastavljanju ili korištenju solarnih sustava grijanja? Podijelite svoje znanje, postavljajte pitanja o temi i sudjelujte u raspravama. Obrazac za komentare nalazi se ispod.