Jaunums Latvijas tirgū: Saules ūdens sildītāji (kolektori)

Kas ir saules enerģija?

Saule dod mums enerģiju divos veidos – kā gaismu un siltumu. Agrāk saules enerģija galvenokārt tika izmantota lai mājokļus padarītu gaišākus un siltākus. Attīstoties zinātnei un tehnoloģijām, jau pirms 50 gadiem sākās šī neizsmeļamā enerģijas resursa aktīva apgūšana.

Ir divu veidu saules enerģijas izmantošanas iekārtas. Pirmās ir saules kolektori, kas ir paredzēti siltuma iegūšanai. Otrās ir saules baterijas (PV), kas paredzētas elektroenerģijas ražošanai. Bieži saules kolektorus mēdz jaukt ar saules baterijām, taču to vienīgā līdzība ir enerģijas avots.

Saules ūdens sildītāji (kolektori) Latvijā pagaidām netiek plaši izmantotas, bet tām ir liela perspektīva nākotnē. Saules kolektori saules starojumu pārvērš siltumenerģijā. Latvijā pārsvarā ir izkliedētais saules starojums, tāpēc saules kolektori ir izdevīgāki par saules baterijām, tie ir lētāki un izmanto ne tikai tiešo, bet arī izkliedēto saules starojumu, turklāt tiem ir lielāks lietderības koeficients. Ja mēs salīdzinām izmaksas, kolektori ir daudz lētāki par saules baterijām, jo lm² saules bateriju maksā aptuveni 4 reizes dārgāk kā saules kolektors.

 Saules enerģija

Saules enerģija ir elektromagnētiskais starojums, kura maksimums atrodas redzamās gaismas zonā, ar viļņa garumu 0,55 nm. To izstaro saule, kuras virsmas temperatūra ir 5600K.

Saule gada laikā uz Zemi raida aptuveni 200 000 000 miljardus kilovatstundu, kas vairāk nekā 10 000 reižu pārsniedz pasaules pieprasījumu pēc enerģijas. Tomēr saules starojums nav pastāvīgs. Naktī, kad saule norietējusi, tās starojumu saņemt nav iespējams. Tāpat arī, ja diena ir apmākusies, saules starojumu saņemam nepilnīgi. Tādēļ, pirms domāt par to, kā varētu izmantot saules enerģiju vēlams pārdomāt – kāds ir ģeogrāfiskais platums, kurā dzīvojat, jo no tā atkarīgs saules spīdēšanas laiks visa gada garumā. Tāpat jāpadomā par to, kāds ir raksturīgais klimats vidē, kurā dzīvojat. Te jānovērtē ne tikai mākoņu un miglu veidošanās biežums, bet arī piesārņojuma pakāpe.

Globālā starojuma izmaiņas dienas laikā izraisa zemes rotēšana ap savu asi. Izmaiņas sezonas laikā rodas zemei rotējot ap sauli, kā arī mainoties zemes ass stāvoklim. Pateicoties 23,5° leņķim starp zemes asi un iedomāto vertikālo līniju, saules starojums uz zemes virsmu ir tuvāks perpendikulam vasarā nekā ziemā. Papildus tam, saules starojuma intensitāte ir atšķirīga dažādos platuma grādos. Ja uz ekvatora īpašu saules starojuma izmaiņu gada laikā nav, tad tās ir ievērojamas uz Ziemeļpola un Dienvidpola.

Piemēram, Rīgā ziemas saulgriežu dienā saule kustas gar apvārsni – tās maksimālais augstums ir tikai 10,5 loka grādi. Atbilstoši saules ceļš virs horizonta ir īss un īsa ir arī ziemas diena – tikai 6 stundas un 43 minūtes. Ziemas saulgriežos saule uzlec aptuveni dienvidaustrumos un noriet dienvidrietumos. Vasaras vidū saules augstums ir pat piecas reizes lielāks, bet diena – gandrīz trīs reizes garāka. Saule lec ziemeļaustrumos, veic garu, plašu loku pāri debesīm un noriet ziemeļrietumos. Saules kustība, dienas ilgums un augstums dažādos gadalaikos Latvijā ir redzama  tabulā.

Saules kustība dažādos gadalaikos Latvijā

cauri mākoņiem, dūmakai un miglai, sasniedz zemes virsmu kā izkliedētais starojums. Tiešais saules starojums sasniedz zemes virsmu bez iepriekšējas izkliedēšanās. Abi veidi kopā veido tā saukto globālo starojumu. Tiešā un izkliedētā starojuma proporcijas, atkarībā no atrašanās vietas, ir ļoti dažādas. Saulainās pasaules vietās, tādās kā Sahāras Tuksnesis vai Kalifornijas štats (ASV), pārsvarā ir tiešais starojums.

Pateicoties Eiropas laika apstākļiem, apmēram 40% no ikgada globālā starojuma ir izkliedētais starojums. Šo starojumu nav iespējams fokusēt, izmantojot lēcas vai spoguļus. Šī iemesla dēļ Eiropā lietot koncentrējošās sistēmas no ekonomiskā viedokļa ir neizdevīgi. Eiropā izmantojamās saules iekārtas pārsvarā ir saules kolektoru sistēmas un tās konstruētas, lai tās pēc iespējas efektīvāk spētu uztvert izkliedēto starojumu.

Tabulā redzams saules starojuma vērtības gada laikā Latvijā. Vidējais saules radiācijas lielums uz horizontālas plāksnes ir 1109 kWh/m². Ņemot vērā lietderības koeficientu un zudumus, Latvijā iespējams iegūt 400 kWh no l m² gadā.

Mēneša un gada vidējais saules radiācijas lielums uz horizontālas plāksnes kWh/m²

Saules ūdens sildītāji ūdens apgādes sistēmās.

Saules ūdens sildītājs paredzēts, lai ar to vasaras mēnešos varētu daļēji vai pilnīgi nosegt nepieciešamo karstā ūdens slodzi. Kaut arī saules sistēma neaizvieto tradicionālo karstā ūdens apgādes sistēmu, tomēr tā var nosegt no 50% līdz 80% no ikgada slodzes.

Vakuuma kolektori (kolbas)

Šie kolektori ir ļoti efektīvi un tiem ir augsts lietderības koeficients pateicoties kolektora vakuumcaurulēm. Šos kolektorus iespējams lietot temperatūras diapazonā līdz 150°C. Vakuuma kolektorus piedāvā cauruļu formā. Vakuuma cauruļu kolektoros absorbētāji atrodas stikla caurulēs, kurās ir vakuums. Enerģijas zudumi, kurus izraisa gaisa molekulu kustība kolektora iekšpusē, ir ievērojami samazināti. Spēki, ko izraisa vakuums stikla caurules iekšpusē, tiek viegli pārvarēti, pateicoties caurules formai.

Kā notiek ūdens cirkulācija vakuuma kolbās:

Šādas sistēmas mēdz dēvēt  par termosifona sistēmām. Termosifona sistēmas uzbūve ir vienkāršāka. Siltumnesējs saules kontūra cirkulē brīvi. Sūknis un vadības ierīce šai sistēmai nav nepieciešami. Salīdzinājumā ar piespiedu cirkulāciju, termosifona sistēmā šķidrums cirkulē pateicoties dabīgajai konvekcijai. Uzsildītais karstais ūdens ir “vieglāks” nekā aukstais ūdens un tāpēc paceļas saules kontūra visaugstākajā punktā. Tā siltuma enerģija izmantojamam ūdenim tiek novadīta, pateicoties siltummainim. Siltumnesējs atdziest un nonāk saules kontūra lejasdaļā, un cikls atkārtojas.

Saules siltuma izmantošana peldbaseinos

Sabiedrisko peldbaseinu vadīšanas pieredze tomēr rāda, ka lielākā daļa cilvēku apmeklē atklātos peldbaseinus pārsvarā saulainā laikā.
Lai peldēšanās baseinos būtu patīkama, tajos esošo ūdeni ieteicams uzsildīt. Lielu daļu no ūdens uzsildīšanai nepieciešamās enerģijas var aizstāt ar saules enerģiju, tādējādi samazinot baseina ekspluatācijas izdevumus un nodrošinoties pret iespējamo enerģētisko resursu cenu pieaugumu nākotnē.

Saules starojums ir vislielākais tieši peldēšanās sezonas laikā (no maija līdz oktobrim). Pieprasījums pēc siltuma enerģijas un saules pieejamība ir vienlaicīgi. Peldbaseini netiek izmantoti ziemā, kad arī saule nav īpaši devīga. Peldbaseina ūdeni ir nepieciešams uzsildīt ne vairāk kā 28°C. Tajā pašā laikā, plānotā temperatūra karstā ūdens sagatavošanai mājas vajadzībām ir vismaz 45°C. Nosacīti zemā ūdens temperatūra atklātos peldbaseinos ļauj izmantot vienkāršus un lētus kolektorus, kuri darbojas pie zemām temperatūrām, bet ar augstu efektivitāti.

Saules ūdens sildītāju priekšrocības:

*Ja vasaras laikā karstais ūdens tiek sagatavots pateicoties tikai saules enerģijai, tad apkures katlu var vispār neizmantot. Tā ir priekšrocība, jo īpaši vasaras mēnešos tradicionālās apkures sistēma, darbojas ar zemu efektivitāti;

*Neizmantojot apkures katlu vasarā, samazinās arī piesārņojuma daudzums, jo vasaras mēnešos īslaicīgas katlu darbināšanas rezultātā rodas slāpekļa oksīda (NO) un oglekļa oksīda (CO) izmeši, kuru koncentrācija ir virs vidējā līmeņa.

*Zemas ekspluatācijas izmaksas (atpelnās 2-3 gadu laikā);
*Nerūsējošā tērauda iekšpuse, ārpuse un korpuss, kas nodrošina konstrukcijas ilgmūžību;
*Var pieslēgt pie kombinētās vai elektriskās ūdens sildīšanas;
*Mazs elektroenerģijas patēriņš (no 0 līdz 30 kWh gadā);
*Viegla un ērta aizsardzība pret sasalšanu;
*Nav nepieciešams cirkulācijas sūknis;
*Mikroprocesoru vadība;
*Latvijā ir pietiekami daudz saules enerģijas.