Saulės energijos panaudojimas patalpų šildymui

Pastaruoju metu Lietuvoje stebimas didelis susidomėjimas ne tik saulės elektrinėmis, bet ir šilumos siurbliais. Netylant kalboms apie besikeičiančias elektros kainas, žmonės ieško būdų, kaip įdarbinti atsinaujinančios energijos išteklius. Vienas iš variantų - saulės elektrinės. Lietuvoje jas įsirengusių arba įsigijusių vartotojų skaičius jau pasiekė 130 tūkst., skelbia Energetikos ministerija. Dauguma - beveik 110 tūkst. - elektros energiją gaminančių vartotojų yra fiziniai asmenys.

Energijos taupymas yra puikus būdas sumažinti mėnesio sąskaitas ir kartu tausoti aplinką. Efektyvaus energijos vartojimo pavyzdžiai - būsto izoliacijos gerinimas arba pažangių technologijų taikymas. Atsinaujinančiosios energijos naudojimu siekiama sumažinti anglies pėdsaką ir žmonių priklausomybę nuo iškastinio kuro.

Šiame straipsnyje aptarsime saulės energijos panaudojimo galimybes patalpų šildymui, technologijas, privalumus, trūkumus bei ekonominį efektyvumą.

Saulės energijos technologijos patalpų šildymui

Yra du pagrindiniai būdai, kaip saulės energija gali būti naudojama patalpų šildymui:

• Fotovoltinės sistemos (PV): Saulės šviesą į elektros energiją verčiantys moduliai leidžia namų ūkiams gaminti energiją visiškai nevartojant vandens. Naudojant fotovoltinę sistemą saulės šviesą galima paversti elektros energija. Tai pagrįsta „fotoefekto“ principu, kuris buvo atrastas dar XIX a., tačiau fiziškai paaiškintas ir panaudotas tik XX amžiuje. Šiandien šią technologiją galima rasti ant daugelio namų stogų, kur gyventojams tiekiama elektra iš nemokamos saulės energijos.
• Saulės kolektoriai: Šie įrenginiai efektyviai panaudoja saulės spinduliuotę, paverčiant ją šiluma, kuri vėliau yra panaudojama tiek vandens, tiek patalpų šildymui. Saulės energiją naudojančios vandens šildymo sistemos kelia vis didesnį susidomėjimą, nes tai sumaniausias ir efektyviausias šilumos gamybos sprendimas. Kalbant vaizdžiai, saulės kolektorius veikia panašiai, kaip saulėje gulinti laistymo žarna: saulės spinduliai įkaitina kolektoriaus skystį. Cirkuliacijos siurblys pumpuoja sušildytą skystį į saulės energiją naudojančią talpą.

Fotovoltinės sistemos (PV) veikimo principas

Fotovoltika veikia naudojant saulės elementus. Šie elementai spinduliuojamą energiją paverčia elektros energija. Elementus galima sujungti į modulius ir įrengti ant stogų, prie fasadų ir atvirose erdvėse.

Energijos surinkimas: kai šviesa krinta ant fotovoltinių modulių (FV modulių), saulės elementuose išsiskiria elektronai. Teigiami ir neigiami krūvio nešikliai susikaupia prie atitinkamų elektrinių kontaktų, todėl tarp priekinės ir galinės elemento dalies teka nuolatinė srovė. Šis fotoelektrinis efektas susidaro be mechaninių ar cheminių reakcijų, todėl tai nereikalauja priežiūros ir nesidėvi.

Elektros energijos konversija: saulės generatoriaus generuojamą nuolatinę srovę inverteris (paprastai dar vadinamas saulės energijos inverteriu arba maitinimo iš tinklo įrenginiu) paverčia tinklui tinkama kintamąja srove (230 arba 400 V kintamosios įtampos, 50 Hz dažnio). Išbandyti saugos standartai ir brandi procesorių technologija bei pažangiausia galios elektronika užtikrina veiksmingą saulės energijos konversiją.

Šiuo metu yra du būdai, kaip galima vartoti saulės energiją, pagamintą stogo fotovoltinės sistemos: visą ją galima eksportuoti į tinklą arba iš dalies ar visiškai vartoti vietoje. Elektros energijos kaina už kilovatvalandę paprastai būna daug didesnė nei supirkimo tarifas už tą pačią kilovatvalandę saulės elektros energijos, eksportuojamos į tinklą. Todėl pagaminta fotovoltinė elektros energija vis dažniau naudojama vietoje arba laikinai kaupiama baterijose, o į tinklą eksportuojama tik perteklinė elektros energija.

Saulės kolektorių veikimo principas

Saulės šiluminė energija - tai šilumos ir karšto vandens gamyba saulės kolektoriuose išnaudojant saulės energiją. Saulės sistemos kolektoriaus plotas turi būti kuo tiksliau apskaičiuotas atsižvelgiant į karšto vandens poreikius jūsų namų ūkyje - taip bus užtikrintas optimalus rezultatas ir maksimaliai išnaudosite saulės energiją.

Kolektorius yra bet kokio saulės modulio pagrindas. Absorbavimo įrenginys surenka saulės spindulius ir paverčia juos šiluma. Specialus skystis, kurį sudaro vandens ir antifrizo mišinys, tekėdamas absorbavimo įrenginiu įšyla, o tada perduoda šilumą į šilumokaitį saulės energiją naudojančiame talpykloje. Koks yra saulės kolektoriaus efektyvumas, t. y., kiek saulės spinduliuotės sugertos šilumos paverčiama naudinga šiluma, parodo kolektoriaus efektyvumo parametras.

Naudojant saulės šilumos sistemą galite naudoti nemokamą saulės energiją ir sumažinti mėnesio išlaidas energijai. Be to, įsirengę saulės šilumos sistemą, parodysite savo įsipareigojimą saugoti aplinką, nes tvariai sumažinsite išmetamo CO₂ kiekį.

Saulės energiją savo reikmėms galite naudoti dviem būdais. Vienas iš jų - dvivalentis karšto vandens kaupiklis. Kai temperatūra nukrinta dėl karšto vandens, pavyzdžiui, kai vanduo imamas vonioje ar duše, prireikus įsijungia katilas, kad per antrąjį kontūrą užtikrintų papildomą šildymą. Kitos saulės kolektorių sistemos derinimo galimybės su produktais taip pat užtikrina aukštą geriamojo vandens šildymo komforto lygį.

Saulės energijos ir šilumos siurblių derinimas

Šilumos siurblių oras-oras, oras-vanduo ir saulės elektrinių duetas gyventojams itin naudingas šaltuoju metų laiku - paskaičiuota, kad šiuos du įrenginius naudojant kartu galima sutaupyti 35-70 proc.

„Saulės elektrinė paprastai būna pirmas žingsnis, kurį žengia pigesnių ir tvaresnių sprendimų ieškantys gyventojai. Kadangi saulės generuojama ir momentiškai vartojama elektra yra nemokama, stengiamasi maksimaliai ją suvartoti diegiant kitus įrenginius, tokius kaip šilumos siurbliai oras-oras, šildantys arba vėsinantys patalpas, ar oras-vanduo, taip pat galintys šildyti arba vėsinti patalpas, o kartu ir ruošti karštą vandenį.

Veiksmingiausias būdas gaminti šilumą iš elektros energijos - naudoti šilumos siurblį. Naudojant šilumos siurblį, iš vienos kilovatvalandės elektros energijos galima pagaminti iki keturių kilovatvalandžių šilumos, naudojant nemokamą aplinkos energiją.

Jei šilumos siurblys naudojamas patalpų šildymui ir karšto vandens ruošimui reikalingai energijai kompensuoti, pigi saulės elektra leidžia nebrangiai apsirūpinti šiluma. Ketinantys derinti fotovoltinę sistemą su šilumos siurbliu turėtų rinktis ekologišką šildymo sistemą, kuri specialiai optimizuoja pasigamintos energijos vartojimą ir gali būti pritaikyta taip, kad atitiktų fotovoltinės sistemos generuojamą energiją.

Turint saulės elektrinę ir šilumos siurblį oras-vanduo, pastarojo sąnaudos 10-ies metų laikotarpiui preliminariai būtų apie 4 kartus mažesnės nei dujų katilo ir beveik 2 kartus mažesnės nei malkinio katilo.

Ekonominis efektyvumas ir atsipirkimas

Saulės elektrinių ir šilumos siurblių atsiperkamumas yra skaičiuojamas ir vertinamas ne trumpuoju, o ilguoju eksploatacijos laikotarpiu, paprastai imamas 10 metų laikotarpis.

Skaičiavimams pasirinktas hipotetinis 120 kv. metrų ploto B energinės klasės maždaug prieš dešimtmetį statytas namas, kurio šiluminiams metiniams poreikiams reikėtų apie 1000 kubinių metrų (m3) dujų, apie 7 m3 malkų arba apie 10 000 kilovatvalandžių (kWh) elektros. Vadinasi, tokio gyventojo sąskaitos už šilumą per metus, atsižvelgiant į vidutines šildymo kuro kainas, naudojant gamtines dujas galėtų siekti apie 1,4 tūkst. Eur, kūrenant malkas - apie 650 Eur, o šildantis vien elektra, be šilumos siurblio - apie 2,5 tūkst. Eur.

Naudojant šilumos siurblius oras-vanduo, priklausomai nuo oro temperatūros ir sezoniškumo, tokio pastato šiluminiams poreikiams kartu su karšto vandens paruošimu per metus apytiksliai galėtų prireikti apie 4000 kWh. Jei vartotojas visą reikiamą elektros energijos kiekį imtų iš tinklo, suma siektų apie 1 tūkst. Eur, o jei elektrą pasigamintų pats, naudodamas saulės elektrinę - tokiu atveju išlaidos tebūtų apie 170-200 Eur per metus. Per 10-ties metų laikotarpį vartotojas galėtų sutaupyti apie 72 proc. išlaidų, palyginti su gamtinėmis dujomis, 80 proc. - su elektra ir 43 proc. - su malkomis.

2022 m. keliose Europos šalyse atliktas tyrimas apie gyvenamuosiuose namuose įrengtų saulės elektrinių ir šilumos siurblių įtaką išlaidoms parodė, kad Vokietijoje, Ispanijoje ir Italijoje namų ūkiai, įsirengę saulės elektrines ir šilumos siurblius, sutaupė iki 84 proc. Tyrimo autoriai teigia, kad net jei gamtinių dujų kainos nukristų iki prieškrizinio lygio, kartu naudojami saulės elektrinės ir šilumos siurbliai vis tiek leistų namų ūkiams sutaupyti iki 73 proc. išlaidų.

Mano, kad namų ūkius atsisakyti iškastinio kuro gana veiksmingai skatina ir valstybės taikomos kompensacijos įsirengiant saulės elektrines ar keičiant taršius katilus šilumos siurbliais. Pasinaudojus parama, saulės elektrinę galima įsirengti apie 30 proc. pigiau, o šilumos siurblį - iki 50 proc. Šiuo metu pasinaudojus taikomomis kompensacijomis daugiau kaip 42 tūkst. namų ūkių Lietuvoje yra įsirengę saulės elektrines, o daugiau kaip 15 tūkst. - šilumos siurblius.

Lietuvos kontekstas ir ateities perspektyvos

Lietuvoje šiuo metu vis dar dažniausiai sutinkami šildymo būdai yra malkiniai arba dujiniai katilai, tačiau vis dažniau namų ūkiai, norėdami turėti didesnį komfortą ir patogesnį namų mikroklimato valdymą, renkasi netaršius šilumos siurblius bei saulės elektrines. Augimo tendencijos stebimos ir kitose Europos šalyse. Pavyzdžiui, Vokietijoje, 2022 m. saulės elektrinių skaičius padidėjo 9 proc., palyginti su 2021 m., o šilumos siurblių - 53 proc. Italijoje atitinkamu laikotarpiu saulės elektrinių įrengta 240 proc. daugiau, o šilumos siurblių - 37 proc.

Saulės šviesos Lietuvoje užtenka, kad žaliąja energija būtų aprūpinti kone visi šalies gyventojai. Kasmet gegužės-rugsėjo mėnesiais sugeneruojama didžioji dalis metinės energijos, tad ilgainiui per vasarą sukauptos saulės energijos užteks visai žiemai. Be to, saulėtasis laikotarpis Lietuvoje ilgėja - šių metų vasaris saulėtų valandų skaičiumi standartinę klimato normą viršijo 30 proc, rodo Lietuvos hidrometeorologijos tarnyba.

Europos politika energetikos klausimu vienareikšmiškai juda link šildymo ateities, kurioje dominuoja atsinaujinanti energetika bei tvarūs sprendimai.

Dažniausiai užduodami klausimai apie saulės elektrines

• Ar Lietuvoje pakanka saulės, kad saulės energija aprūpintų namus? Taip, saulės šviesos Lietuvoje užtenka.
• Kokios galios elektrinę rinktis? Svarbu tinkamai įvertinti, kokios galios jėgainė būtų efektyviausia namams, atsižvelgiant į elektros energijos suvartojimo poreikius.
• Ar saulės elektrinė tilps ant nedidelio namo stogo? Jei saulės elektrinę planuojate įrengti ant šlaitinio pastato stogo, skaičiuojama, kad 1 kW reikia 6 m² stogo ploto.
• Ar galima įsirengti saulės elektrinę ant ūkinio pastato? Taip, jei nėra pakankamai vietos ant gyvenamojo namo stogo.
• Ką daryti, jei niekur nėra vietos nuosavai saulės elektrinei įsirengti? Galima įsigyti saulės jėgainę iš nutolusio saulės elektrinių parko.
• Kaip prižiūrėti saulės elektrinę? Reikėtų periodiškai patikrinti, ar ant saulės modulių nėra susikaupusio storo lapų, žiedadulkių ar purvo sluoksnio.
• Ar galima gauti paramą saulės elektrinės įsirengimui? Taip, visi, teisingai užpildę Lietuvos Respublikos Aplinkos ministerijos aplinkos projektų valdymo agentūros (APVA) paramos saulės elektrinės įrengimui prašymą, gali susigrąžinti iki 30 proc. investicijų į žaliąją energiją.

Šildymo būdų palyginimas

Šioje lentelėje pateikiama apibendrinta informacija apie skirtingus šildymo būdus, padedanti geriau suprasti jų privalumus ir trūkumus:

Svarbu pažymėti, kad šios kainos yra apytikslės ir gali skirtis priklausomai nuo konkrečių sąlygų ir pasirinktos įrangos.

tags: #patalpu #sildymas #saules #energija