От доста време съществува дилемата за целесъобразността на отоплението със слънчева енергия, както и спекулациите в двете посоки - за и против.
Търговците свалят звезди от небето за това колко „безплатно” е ползването на слънчевите колектори и как целогодишно се решават проблемите с отоплението и топлата вода. Естествено в много случаи „случайно” се изпускат подробностите за действителното състояние на нещата. Това става ясно едва след като клиентът монтира съответното съоръжение.
Безспорен факт е, че върху нас се изсипва поток от слънчева енергия, а много малка част от нея се ползва за отопление и БГВ (битова гореща вода). В момента хит е добивът на електричество, независимо от ниската усвояемост ( 12-15%) на слънчевата енергия. Балансът в едно домакинство показва обаче, че само 20% от енергийните нужди на едно домакинство са за електроенергия. Останалите 80% са за отопление и БГВ. Ето защо системите за отопление и БГВ ще продължат да увеличават своята популярност, особено в условията на изчерпващите се традиционни енергоносители и в условия на криза.
Слънцето е един неизчерпаем източник на енергия, който не се използва пълноценно. Всяка секунда до повърхността на земята достигат над 1300 W/m2. Тази енергия може да бъде използвана като се улови чрез различни видове слънчеви колектори и се използва за:
- гореща вода за битови нужди, за хотели и ресторанти, за различни индустриални процеси,
- локално водно отопление
- затопляне на вода в басейни
Видове cлънчеви системи за отопление
Първо поколение
От векове, плоските слънчеви панели са най-простите и най-елементарни средства, използвани от човека за улавяне на прякото слънчево греене. Причината за това, те да са прост и привлекателен източник на енергия се дължи на икономически, екологични и функционални показатели. Усложняването на колектора, което е извършено през последните десетилетия, а не решаването на проблема с ниската доходност, прави оборудването по-несигурно на база следните елементи:
• Защита на стъклото;
• Контактът тръба/абсорбционна плоскост при прехвърляне в металните тръби (висок риск от корозия);
• Боя със съмнителна трайност(когато се ползва вместо селективно покритие);
• Ненадеждни и дори опасни системи за размразяване;
• Риск от прегряване и изкипяване при по-ниска консумация от добиваната топлинна енергия;
Поради тези слабости и кондензацията, която се появява вътрешно, тези панели по правило имат работен живот не по-голям от шест години, и по този начин са почти напълно изоставени още през 80-те.
Второ поколение
рез последните две десетилетия, заедно с постоянното увеличаване на цените на горивата и с появата на новото екологично съзнание, започна и търсенето на нови процеси за улавяне на преките слънчеви лъчи. Вакуумните тръби и тези с концентрирани колектори (CPC - комбинираните параболични концентратори), са два примера за това усилие. И двата постигат добиви по-големи от тези на първото поколение, като същевремено подобряват тяхната дълготрайност. При същите условия на използване, тези колектори по принцип имат по-нисък срок на служба, с изключение на вакуумните тръби, които се развиват технологично.
Няма система от тези две поколения, която да решава някои от следните капризи на природата (с изключение на опериращите на огромни площи колекторни полета и системи и акумулиращи обеми):
• Липса на слънце през нощта;
• Средно 7 часа слънцегреене на ден в преходните сезони;
• Само 3 до 4 часа слънцегреене средно на ден през зимата.
Последно поколение
Термодинамични системи за добив на слънчева енергия
Термодинамичните системи за слънчева енергия представляват съществен скок напред в развитието на добива на Слънчева енергия. При високи показатели за надеждност и ефективност, очевидно термодинамичните системи са преодолели почти всички ограничения в традиционните им еквиваленти. Използвайки прости високопродуктивни слънчеви панели без стъкло, те функционират чрез екологичен фреон (хладилен агент), улавяйки веднага, както пряката така и дифузната слънчева радиация. Използва се и топлината на околната среда чрез естествена конвекция. Така се увеличава нивото на добитата енергия, което позволява на термодинамичните слънчеви системи да работят на директна слънчева светлина, при облачно небе, дъжд или през нощта.
Високата доходност на системата също позволява намаляване на площта, необходима за панелите по отношение на традиционните системи. Системата с Термодинамични панели предлага по-икономично решение за битова гореща вода, парно отопление, отопление на басейн или загряване на вода за промишлеността.
Такива са системите HEETEX - моделите ЕСО1-40, в зависимост от топлинната мощностт. Това са термопомпени системи с директно изпарение от типа “Слънце/Въздух - Вода”. Състоят се от корпус с вграден топлообменник фреон/вода (в качеството му на кондензатор) и изнесен на подходящо място термодинамичен панел (топлообменник-изпарител) за директно усвояване на слънчевото излъчване.
Принципа на работа е следният: извлича се енергията от директното слънчево нагряване чрез термодинамичният панел, където става изпарение на фреона, и в концентриран вид се отдава на флуида във вътрешната тръбна инсталация тип "парно". Енергията необходима за пренасяне на топлината от по-студената околна среда към по-топлият бойлер или отоплителна инсталация също се добавя към усвоената слънчева.
Вътрешните тела могат да бъдат:
- подово или стенно отопление,
- конвектори,
- алуминиеви радиатори или лири със завишена топлообменна повърхност.
Преимущество е високият COP ( достигащ 7-8 ) при директно слънцегреене, както и възможността да се добива топлина от дифузното излъчване, околният въздух или дъжд. Това прави този вид термопомпа атрактивна комбинация от класически слънчев панел и климатик, като ползва в максимална степен предимствата йм, без да страда от техните недостатъци.
Прилагането на директно изпарение в слънчевият панел прави възможно използването на съоръжението 24 часа 365 дни в годината. Облекченият монтаж и липсата на необходимост от кладенци, полагането на подземни тръби или натоварвания на покривните конструкции, както и работата при всякакви външни условия без опасност от ниски или високи температури правят тази система икономически изгодна и удобна.
Използването на термопомпи вода/вода по същество е ползване на акумулирана слънчева енергия в земята и подземните водоизточници. Така се решават някои от проблемите с използването на слънчевата енергия, но инвестициите са значително по-големи. Освен това те са зависими от наличието на подходящи и с достатъчен дебит водоизточници, което в много случаи е основен проблем. Решаването му чрез полагане на мрежа подземни тръби също е предизвикателство от техническа и финансова гледна точка, а зареждането с топлинна енергия на зоната, контактуваща със серпентините е силно зависимо от конкретните условия, както и от режима на ползване на съоръжението. В случай, че се ползва само за отопление не са редки случаите, в които системата започва да намалява добиваната топлинна енергия в следствие „изтощаването” и недостатъчното зареждане на подземният слой със топлинна енергия.
Термопомпите въздух/вода също ползват акумулираната във въздуха слънчева енергия. Те също са силно зависими от околната температура и преодоляването на тази зависимост води до влошаване на енергийните и функционалните им параметри.
Създаването на комбинирани схеми за отопление посредством използването на различни топлоизточници е решение за проблемите, породени от съответните недостатъци за всяка система поотделно. Пример за това е комбинирането на наличен (или нов) вакуумно-тъбен или плосък колектор заедно с термодинамична система. Когато има достатъчно слънце за работата на слънчевият колектор коефициентът на трансформация (СОР) е много голям (достига съотношение до100-200 между вкараната в системата и получената енергия). В останалите случаи вместо нагревател на електричество се ползва термодинамичната система, чийто СОР обикновено е 4-5, като може да достигне до 7-8. Средният коефициент на такава комбинирана система надвишава 12.
В случаи, когато източниците на топлинна енергия се базират на слънцето като доставчик в различните й форми, то ефективността, комфорта, икономическата рентабилност и екологична съобразност правят подобна система идеалното решение за всеки съвременен дом или офис.
