Da li smo svesni blagodeti koje nam pruža Sunce? Zašto u velikoj meri ne koristimo ovu besplatnu toplotu? Da li solarno grejanje može smanjiti mesečni račun? Šta čini ovaj sistem i koje su njegove prednosti saznajte u ovom članku.

Uslovi korišćenja sunčeve energije

U ranijem članku bilo je reči o sunčevoj energiji. Takođe je napomenuto da mogućnost racionalnog korišćenja, odnosno primene sunčeve energije najviše zavisi od sledećih faktora:

• klimatskih uslova,
• urbanističkih rešenja naselja i
• stepena ekonomske razvijenosti zemlje.

Sa aspekta urbanističkog rešenja, najpovoljnija su naselja sa prizemnim ili jednospratnim objektima, porodične kuće. Svi višespratni objekti smanjuju mogućnost korišćenja sunčeve energije, sa jedne strane raste veća potreba za toplotnom energijom, a sa druge strane smanjuje se mogućnost postavljanja potrebnih broja kolektora.

Objekti u koji se predviđa korišćenje sunčeve energije za potrebe grejanja moraju zadovoljiti sledeće uslove:

• pojačana toplotna zaštita
• odgovarajuća orijentacija
• potreban nagib krova
• raspoložive površine krova i vrta objekta za smeštaj solarnih kolektora.

Korišćenje sunčeve energije iziskuje veća investiciona ulaganja nego što su ulaganja prilikom upotrebe neobnovljivih primarnih izvora energije (fosilnih goriva). Ova konstatacija navodi na zaključak, da se sistemi sa obnovljivim izvorima energije najviše primenjuju u zemljama sa visokim stepenom ekonomske razvijenosti. U tom smislu, javljaju se nelogičnosti koje upućuju da korišćenje sunčeve energije nije najveće u onim delovima sveta gde je ima u izobilju, već u visoko razvijenim zemljama.

Visoko ekonomski razvijene zemlje otvaraju nove fabrike za proizvodnju uređaja i opreme za korišćnjenje sunčeve energije, sa unapred definisanim ciljem da je izvoze u druge države i tako ostvare što veći profit.

Načini korišćenja sunčeve energije

Za potrebe grejanja i pripremu TPV u stambenim i javnim objektima, sunčeva energija, u principu, može se koristiti na dva načina:

• direktno i
• indirektno.

Direktna primena sunčeve energije podrazumeva da sunčevi zraci padaju na površine kolektora, a toplota koja se dobije akumulira se u akumulatoru toplote, odakle se odvodi do potrošača (potrošnog mesta).

Indirektna primena sunčeve energije podrazumeva slučaj kada se toplotna energija dobija od prirodnih akumulatora sunčeve energije (zemlje, vode i spoljašnjeg vazduha). U ovom slučaju u sistem podrazumeva korišćenje toplotne pumpe.

Učešće sunčeve energije u pokrivanju toplotnog opterećenja objekta

„Tehnički je moguće izvesti solarni grejni sistem koji će pokrivati 100% godišnjeg toplotnog opterećenja, i koji tada neće zahtevati pomoćni kotao. Projektovani solarni grejni sistem za snabdevanje svih potreba u energiji za vreme najhladnijih meseci bio bi tada velikih dimenzija. U većini slučajeva, mnogo je ekonomičnije projektovati solarni grejni sistem da pokriva deo godišnjeg toplotnog opterećenja, i osigura se pomoćnim izvorom energije za pokrivanje ostalog dela potreba u energiji.”/Beckman, W., Klein, S., Duffie, J., Solar heating design, John Wiley&Sons, Inc., New York/

Navedeni tekst svoj smisao nalazi u ekonomskoj opravdanosti solarnog sistema. Naime, u današnje vreme visokog tehnološkog razvoja, pomoću sjajno optimizovane i konstruisane opreme mogu se savladati skoro sve prepreke i postići željeni ciljevi, međutim, postavlja se pitanje: ima li uvek sve svoj smisao?

Iz tog razloga, u zavisnosti o kom klimatskom području je reč, a u cilju izbegavanja robusnih solarnih sistema i visokih investicija, opravdano je ove sisteme projektovati takve, da u okviru svog rada imaju podršku pomoćnog izvora energije, tj. da u najhladnijim mesecima godine, kada je grejanje i najpotrebnije, a sunčanih dana je najmanje, rade u kombinaciji sa dodatnim izvorom.

1. Priprema tople potrošne vode

Učešće sunčeve energije u pripremi tople potrošne vode (TPV) zavisi od potrebne toplote za pripremu TPV i raspoložive energije Sunca. U periodu od januara do aprila i od septembra do decembra, pored sunčeve toplote (solarni sistem) potrebno je obezbediti i dodatni izvor toplote (dogrevanje). U periodu od polovine aprila do polovine avgusta, solarni sistem pruža dovoljnu količinu toplote.

Dakle, sunčeva energija ne može obezbediti pripremu tople potrošne vode u toku cele godine, te sistem za pripremu TPV, pored sunčeve energije, u pojedinim periodima godine mora imati podršku klasičnog toplotnog izvora (npr. gasnog kotla).

Osnovni delovi sistema gde je priprema TPV celogodišnja i gde sistem za pripremu TPV ima podršku klasičnog toplotnog izvora su:

• sunčevi kolektori,
• akumulacioni bojler,
• cevovod i prateća oprema solarne instalacije,
• gasni kotao,
• cevovod i prateća oprema klasične instalacije.

Broj potrebnih kolektora za pripremu TPV projektuje se i proračunava prema planiranom solarnom udelu pokrivenosti, očekivanoj potrošnji tople vode, usmerenosti krova prema stranama sveta, nagibu krova i lokaciji na kojoj se instalacija postavlja.

Prilikom dimenzionisanja solarnih instalacija značajnu ulogu ima solarni udeo pokrivenosti i stepen iskorišćenja sistema.

Solarni udeo pokrivenosti

Solarni udeo pokrivenosti daje odnos solarnog priliva energije i ukupne potrebne toplote za pripremu tople potrošne vode. Udeo pokrivenosti od 100% znači da je od solarne instalacije na raspolaganju ukupna toplotna energija za pripremu TPV.

Solarne instalacije se dimenzionišu tako da pokriju 100% potreba za energijom za pripremu TPV u letnjim mesecima. Budući da zimi Sunce zrači manje toplote i da su sunčevi zraci manjeg intenziteta, faktor solarne pokrivenosti za celu godinu je u proseku cca. 60%. Navedeni procenat se odnosi za klimatske uslove Srbije.

Što je viši solarni udeo pokrivenosti neke solarne instalacije, to će se manje fosilnih goriva potrošiti za dogrevanje. U ekstremnom slučaju, za udeo pokrivenosti od 100%, nema potrebe za fosilnim gorivima. Udeo pokrivenosti od 100% zimi jedva da se može ostvariti. Već manje povišenje udela pokrivenosti zimi zahteva znatno proširenje solarne instalacije, a to nije ekonomski isplativo.

Stepen iskorišćenja sistema solarne instalacije

Kao stepen iskorišćenja solarne instalacije označava se odnos priliva toplotne energije prikupljene pomoću kolektora i globalnog sunčevog zračenja na površinu apsorbera kolektora, svedeno na određeno vremensko razdoblje, npr. jednu godinu. Stepen iskorišćenja sistema time opisuje delotvornost solarne instalacije.

2. Grejanje objekta

Na koji način i u kom obimu će se sunčeva energija koristiti za grejanje objekata zavisi od potreba u količini toplote za grejanje i raspoložive energije Sunca. U periodu grejanja od oktobra do decembra i od januara do aprila meseca, postoji potreba za toplotnom energijom. Deo ove energije može se dobiti od sunca, međutim u hladnom delu godine, kada je i najveća potreba za toplotom, sunca je i najmanje.

Ako bi se objekat grejao samo pomoću sunčeve energije, tada bi se ona morala uskladištiti u letnjim mesecima i kasnije koristiti u zimskom periodu. Sistemi grejanja sa skladištenjem sunčeve energije u letnjem periodu izuzetno su glomazni i skupi, te se u praksi, po pravilu, ne koriste. Akumulacioni rezervoari tih sistema velikih su zapremina i ne mogu se smestiti u objekat, već se ukopavaju u zemlju.

Tako, na primer, za klimatske uslove Novog Sada i stambeni objekat neto površine 150m² i za specifično projektno toplotno opterećenje grejanja: 80, 100 i 120W/m², potrebne veličine akumulacionih rezervoara iznosile bi: 405, 510 i 600m³. Za zapreminu stambenog prostora od 420m³, zapremine rezervoara u odnosu na zapreminu stambenog prostora redom bi bile: 0,96; 1,21 i 1,43%. Razume se da su ovo apsurdne veličine i za klimatske uslove zemalja srednje Evrope potpuno isključuju mogućnost grejanja objekata samo pomoću sunčeve energije.

Iz gore navedenog, jedino se u vidu podrške sistemu grejanja ogleda realna mogućnost korišćenja sunčeve energije za grejanje objekata. Renomirani proizvođači razvili su opremu za ove sisteme, a nude i konkretna projektantska rešenja.

Osnovnu opremu sistema grejanja sa podrškom grejanju sa sunčevom energijom čine:

• sunčevi kolektori,
• kombinovani akumulacioni bojler,
• cevovod i prateća oprema solarne instalacije,
• gasni kotao,
• cevovod i prateća oprema klasične instalacije.

Dimenzionisanje solarne instalacije za podršku grejanju objekata ima za cilj da se dosegne faktor pokrivanja ukupnih potreba za toplotom između 10−40%.

Da bi se postavila solarna instalacija sa podrškom sistemu grejanja i da bi se solarni sistemi mogli primeniti, potrebno je da objekti ispune sledeće uslove:

• po mogućnosti da imaju manju potrebu za toplotom grejanja,
• po mogućnosti da imaju niže temperature polaznog i povratnog voda i
• da se obezbedi najpovoljnija usmerenost solarnih kolektora.

Manja potreba za toplotom grejanja

Često se sreću postojeće zgrade sa potrebama toplote od 200kWh/m²god. U takvim je slučajevima solarna instalacija velikih dimenzija i može samo marginalno smanjiti potrošnju fosilnih energenata, a ne i značajno povećati faktor solarnog pokrivanja u potrebama toplote.

Za zgrade sa dobrom toplotnom izolacijom, kao što su, na primer, nisko-energetske kuće sa potrebama toplote grejanja ≤ 70kWh/m²god, solarna instalacija za pripremu tople potrošne vode i podršku sistemu grejanja može isporučiti značajnu količinu toplote, povećavajući godišnji faktor solarnog pokrivanja za vrednost oko 30%. Posebno u proleće i jesen, solarna podrška sistemu grejanja značajno doprinosi sniženju troškova energenata.

Za slučaj pasivne kuće, sa potrebama toplote od oko 15kWh/m²god, solarna podrška sistemu grejanja može biti manje značajna budući da je potreba za grejanjem manja i da je koncentrisana u decembru, januaru i februaru, kada je i sunčevo zračenje slabije.

Niže temperature polaznog i povratnog voda

Standardne instalacije grejanja rade sa temperaturama vode u polazu 70−90˚C. Zimi, solarna instalacija ne može doseći ove povišene temperature. Za slučaj instalacija sa pločama koje zrače toplotu (podno ili zidno grejanje), niske temperature polaznog i povratnog voda (npr. 40/30˚C) omogućavaju optimalno korišćenje toplote akumulirane u solarnoj instalaciji.

Najpovoljnija usmerenost solarnih kolektora

Dok su za solarnu pripremu tople potrošne vode usmerenost i nagib površine krova povoljni u širokom rasponu (gubici < 10% kod usmerenosti istok-zapad, nagib krova 0˚−60˚), za solarnu podršku sistemu grejanja, zbog nižeg položaja sunca i kraćih dana u sezoni grejanja, prednost ima ugao kolektora od najmanje 45˚ i po mogućnosti površina krova usmerena prema jugu, što je najpovoljnije, odnosno prema potezu od jugoistoka do jugozapada, kao krajnjih tačaka.

I kao zaključak

Svi zaključci koji proizilaze iz prethodno navedenog teksta odnose se za klimatske uslove u Republici Srbiji.

Sunčeva energija, koja se u velikim količinama dozračuje na Zemlju, zagrevajući pri tome zemlju, vodu i vazduh, predstavlja neiscrpan obnovljivi izvor energije. I pored toga, upotreba sunčeve energije za potrebe grejanja objekata, zbog značajnih ograničenja, uslovljena je i svedena na mala učešća u pokrivanju toplotnog opterećenja grejanja objekata.

 Vrlo bitno ograničenje kod korišćenja sunčeve energije odnosi se na činjenicu da Sunce ima svoj dnevni i godišnji ciklus, kao i promenu položaja i udaljenosti od Zemlje, a time i količinu dozračene energije na površinu Zemlje. Tako, na primer, za vreme oblačnih dana ili u sezoni grejanja kada je i najveća potreba za energijom, mogućnost korišćenja sunčeve energije je minimalna.

Jedino se u vidu podrške sistemu grejanja ogleda realna mogućnost korišćenja sunčeve energije za grejanje objekata. Dimenzionisanje solarne instalacije za podršku grejanju objekata ima za cilj da se u pojedinim periodima grejne sezone dosegne faktor pokrivanja ukupnih potreba za toplotom između 10−40%.

Kada je u pitanju priprema tople potrošne vode, solarne instalacije se dimenzionišu tako da pokriju 100% potreba za energijom za pripremu TPV u letnjim mesecima. Budući da zimi Sunce zrači manje toplote i da su sunčevi zraci manjeg intenziteta, faktor solarne pokrivenosti za celu godinu je u proseku cca. 60%.