Päikesekollektorite kasutamise kogemus Suurbritannias

Iga uue asja kasutusele võtmisega läheb aega kuni asi kõigile piisavalt selgeks saab. Seejuures on kaval õppida teiste ja mitte enda vigadest.
Arvestades, et päikeseenergia kasutamine mitmel viisil muutub aina laialdasemaks, siis annan siin ülevaat 2010-2011. aastatel Suurbritannias ja Iirimaal läbi viidud uurimusest päikesekollektorite kasutamisest sooja vee tootmiseks üksikelamutes.

Uuringu nimi: “Here comes the sun: a field trial of solar water heating systems
Uuringu on tellinud The Energy Saving Trust

Kollektorite tüübid:
Põhimõtteliselt on olemas kolme tüüpi päikesekollektoreid, mida saab kasutada kodus vee soojendamiseks: katmata kollektorid, plaatkollektorid ja vaakumtorukollektorid. Uuriti kahte viimast tüüpi – 54 plaatkollektorit ja 34 vaakumtorukollektorit. Kuigi teoreetiliselt peaks vaakumtoru kollektor andma sama pinna kohta rohkem energiat soojuskandjale, siis praktikas sellist vahet täheldada polnud.

Lisaküte:
Päikesekiirgusel töötava veesoojendi juurde kuulub kindlasti lisasoojuse allikas, mis tagab piisavalt kõrge tarbevee temperatuuri juhul, kui pole piisavalt päikest. Uuringus tuli ette väga mitmesuguseid kütteseadmeid, mille energiaallikaks oli gaas, kütteõli, puit, soojuspump jms.
Enamlevinud seade, mida kasutati oli kahe spiraaliga paak.
http://www.virkus.com/kalle/wp-content/uploads/2012/01/kollektor.jpg
Joonis 1: Päikesekollektoriga sooja vee tootmise põhimõtteline skeem


http://www.virkus.com/kalle/wp-content/uploads/2012/01/nelik-1024x505.jpg
Uuringust:
Uuriti mitmesuguse konfiguratsiooniga seadmete komplekte üle kogu Ühendkuningriigi ja iiri Vabariigi. Haaratud olid kõik seal eksisteerivad kliimatsoonid, mille aastane päikesekiirgus oli vahemikus 900kWh/m²/aasta kuni 1200kWh/m²/aasta (Eestis on vastav suurus 977kWh/m²/aasta – www.rrb.ee/loodusenergia/skin/files/paikesekyttesysteem.pdf). uuring viidi läbi ajavahemikus Aprillist 2010 kuni Aprillini 2011. Mõõdeti kolme suurust:
- päikesekollektorilt vee soojendamiseks tarbitud energia
- pumpade ja juhtimisseadmete poolt kasutatud elektrienergia
- lisakütteseadme poolt vee soojendamiseks kulutatud energia
Ühtlasi uuriti ka tarbimise poole andmeid:
- vooluhulk
- kogu tarbitud soojusenergia sooja vee süsteemist
- süsteemi sisenenud külma vee temperatuur
- süsteemist väljastatud sooja vee temperatuur

Tegurid, mis mõjutavad tõhusust:
Kasutatava sooja vee hulk.
Mida rohkem sooja vett kasutati, seda efektiivsem oli kogu süsteem. Leibkonnad. kus oli rohkem liikmeid, kasutasid sooja vett rohkem ja seega oli nende energiatõhusus suurem.

Sooja vee tarbimise ja lisakütte tarbimise ajaline suhe (tarbimisharjumused)
Sellest sõltub, kui palju üldse on võimalik päikesekollektorit kasutada. Süsteemid, mis andsid välja rohkem energiat olid sellised, kus lisakütte andmine lõppes just enne sooja vee kasutamise tippaega, enamasti päeva lõpus. Seejärel voolab akumulatsiooni paagi allossa juurde palju külma vett, mida päikesekollektor saab järgmisel päeval soojendama hakata.
Mitmed süsteemid, kus lisaküte lülitus sisse pärast sooja vee ära kasutamist olid ebatõhusad, sest päikesekollektori tööle hakates oli väga vähe või ei olnud üldse akupaagis külma vett, mida soojendada.


Highslide JS
(Vajuta joonisele, et näha seda suuremalt)

Variant “A”
Boiler hakkab vett soojendama kell 15:30, tõstes vee temperatuuri 62°C-ni, et seda saaks kasutada õhtul ja järgmise päeva hommikul. Kuigi majapidamises ei kasutata sooja vett kuigi palju, jätab selline kord maksimaalse koguse külma vett järgmise päeva päikesele soojendamiseks. Päikesekollektor alustab vee soojendamist kell 8:00. Sel ajal oli akupaagi alumise osa temperatuur langenud 20°C-ni. Päeva jooksul tõusis see 55°C-ni.

Variant “B”
Majapidamises kasutatakse sooja vett peamiselt hommikuti. Boiler kütab vett kella 6:00 ja 8:00 vahel – sooja vee tarbimise ajal ja pärast seda. Selle tulemusel on vesi akumulatsioonipaagis päeva alguseks üles soojendatud. Kuigi päev on päikesepaisteline, mahub akupaaki suhteliselt vähe soojust ja kogu vee temperatuur tõuseb 60°C-ni juba kella 12:30-ks. Ülejäänud aja päevast pole vaatamata kõrgele päikesepaiste intensiivsusele vaatamata kollektorist kasu, sest akumulatsiooni mahtuvus on juba täis.

Selle probleemi lahendamiseks on mitu võimalust:
- Lisakütte boileritel taimerite kasutamine, mis tagab, et vett soojendatakse lisaks ainult siis, kui päikesekollektor on andnud oma maksimumi.
- Õigesti dimensioneeritud päikesega köetav vee maht – osa akumulatsioonipaagist, mida saab soojendada ainult päikeseküttega. Selliste lahendust puhul, kus sellist lahendust ei kasutata, on lisakütte ajastuse mõju süsteemi tõhususele eriti suur.

Soojakadu akumulatsioonipaagist
Keskmise akumulatsioonipaagi soojakadu on 500 kuni 800kWh aastas. See on küllaltki suur kogus energiat. Unustada ei tohi ka torude piisavat isoleerimist.

Sooja vee temperatuur
Parimaid tulemusi saavutasid need majapidamised, kus sooja vee temperatuuri ei hoitud liiga kõrgel ja lasti sel suures ulatuses kõikuda. Siiski tuleb meeles pidada kriitilist temperatuuri, millest allapool on oht bakterite (eriti legionella) levikuks ja teist piiri, millest kõrgemal temperatuuril on oht katlakivi tekkimiseks.
Mõnes uuritud majapidamises kasutati pumpade käitamiseks elektrit PV-paneelidelt. Enamuses siiski tarbiti võrguvoolu. Igal juhul oli keskmine pumpade ja kontrollerite tarbitav 5% kogu süsteemi energiakäibest või 55kWh aastas majapidamise kohta.
Üksikutes majapidamistes, kus elektri tarbimine ulatus kuni 180kWh aastas selgus, et tegemist on valesti reguleeritud süsteemidega, kus pumpasid käitati ka siis kui päikeseenergiat parajasti saadaval ei olnud.


Kokkuvõtteks:
Uuritud päikesekollektorite osa majapidamiste sooja vee tootmises oli 9% kuni 98%. Mediaansuurus oli 39%. Järeldusena toodi välja, et korralikult paigaldatud ja hästi kasutatavad süsteemid toodavad 60% majapidamise soojast veest, mis energia mõttes teeb ca 1500kWh aastas. Siit saab leida lihttasuvuse, kui arvutada selle koguse elektrienergia maksumus ja võrrelda seda süsteemi paigaldus- ja ekspluatatsioonikuludega.
84% majapidamistest olid oma päikesekollektorsüsteemidega rahul ja 54% olid väga rahul.
Lisandunud elektri tarbimine oli väike võrreldes saadud lisasoojusega
Akupaakide isoleerimisele tuleb pöörata tähelepanu – see mõjutab üldist kasu oluliselt

Väga oluline soovitud tulemuse saamisel on õiged tarbimisharjumused.

Väga tähtis on õigete tarbimismustrite õpetamine ja kasutamine.


Lõpuks veel üks tarbija “checklist”:
1. Tee kindlaks oma maja katuse kaldenurk ja kõik võimalikud takistused päikesekiirguse teel. Kindlasti ei kõlba kollektori paigaldamiseks kirde-, põhja- ja loode-suunalised katused.
2. Mõelge läbi oma olemasoleva sooja vee süsteemi ühendamise võimalused päikesekollektoriga. Vähemagi kahtluse korral ümberehitamise juures konsulteerida spetsialistiga.
3. Mõelge läbi kui palju te säästate üleminekul uuele süsteemile ja kui palju maksab üleminek ise.
4. Kontrollige, kuidas teie majapidamises sooja vett toodetakse – kui seda tehakse mitmes kohas mitme boileriga ei pruugi te päikesekollektorist ilma tõsise ümberehituseta kuigi palju kokkuhoidu saada.
5. Arvestage, et akumulatsioonipaagi jaoks on vaja piisavat ruumi, kuhu see paigutada. Päikesekollektor ise võtab kasutusel ruumi ca 2 kuni 4 ruutmeetrit.


Tõlkis ja kohandas Kalle Virkus
26.09.2013