VIDZEMES AUGSTSKOLA
INŽENIERZINĀTŅU FAKULTĀTE
VIENKĀRŠAS DARBĪBAS PRINCIPA
AUTOMATIZĒTS SAULES ENERĢIJAS ŪDENS SILDĪTĀJS
KVALIFIKĀCIJAS DARBS
Autors: Mārtiņš Ozols
Stud.apl. MTk 12004
Darba vadītājs: Dr. Sc. ing., docents Arnis Cīrulis
Valmiera 2014
2
KOPSAVILKUMS M. Ozola kvalifikācijas darbs „Vienkāršas darbības principa automatizēts saules
enerģijas ūdens sildītājs” – Valmiera: VA, 2014.- 40 lpp.
Pēdējos desmit gados zinātnieki veikuši nopietnus pētījumus par saules enerģijas
izmantošanas iespējām. Kā liecina pētījumi arī Latvijas platuma grādos saules enerģiju var
veiksmīgi izmantot kā videi nekaitīgu, alternatīvu energoresursu. Taču kā rāda statistika
Latvijas iedzīvotāji to neizmanto pietiekoši lielā mērā.
Pētījumā apkopota informācija par saules enerģijas izmantošanas iespējām Latvijā.
Darbā ir izpētīts cik izdevīgi ir izmantot saules enerģiju vidēja līmeņa iedzīvotājam Latvijas
apstākļos.
Darbā eksperimentāli izgatavots paškonstruēts, automatizēts saules kolektors ar
kopējām izmaksām 198.23 EURO. Pie gaisa temperatūras +20°C, pašgatavotais saules
kolektors dienā sasilda 100 litrus ūdens ar temperatūru +37°C un vairāk. Turklāt kolektors
efektīvi darbojās ne tikai saulainajās, bet arī mākoņainajās dienās, ļaujot ietaupīt elektrības
izmaksas ūdens sildīšanai.
Kvalifikācijas darbs izstrādāts laikā no 2014. gada 20. februāra līdz 21. maijam VA.
34 attēli, 5 tabulas, 5 pielikumi.
3
SUMMARY M. Ozols qualification work “Basic automatized solar powered water heater” –
Valmiera: VA, 2014.- 40 lpp.
In the last decade scientists have made serious research about the use of solar energy.
This research suggests that even at Latvia's latitude solar power can be successfully used as an
environment friendly, alternative energetic resource. Unfortunately the statistics show that in
Latvia solar power is not used at it's full capacity.
The study gathered information about the possible use of solar power in Latvia. The
paper studies how beneficial is the use of solar power to a middle class citizen in Latvia's
conditions.
Experimental work has resulted in a basic automatized sun collector with the total cost
of 198.23 EURO. At the temperatures of about +20°C the “self-made” sun collector heats up
100 liters of water per day to the temperature of +37°C or more. In addition the collector
effectively works not only when it is sunny but also in a cloudy day. Allowing to save
electricity costs for water heating.
Qualification work has been developed in the time frame from February 20th, 2014
until the 21st of may, 2014 at VA.
34 pictures, 5 tables, 5 attachments.
4
SAĪSINĀJUMI UN ATSLĒGVĀRDI CO2 – oglekļa dioksīds
PV – saules baterijas
Drainback – iztukšojamās noslēgtas aktīvās saules paneļu sistēmas
Polusyn 3.3 – datorprogramma saules kolektoru sistēmas lietderības koeficienta aprēķināšanai
GW- gigavats
ERAF- Eiropas Reģionālās attīstības fonds
VSAC – Valsts Sociālās aprūpes centrs
KPFI- Klimata pārmaiņu finanšu instruments
LZ – Latvijas Zinātņu
SKII- Sociālās korekcijas izglītības iestāde
kW/h - kilovatstunda
MW/h - megavatstunda
5
SATURS KOPSAVILKUMS ..................................................................................................................... 2
SUMMARY ............................................................................................................................... 3
SAĪSINĀJUMI UN ATSLĒGVĀRDI ....................................................................................... 4
SATURS ..................................................................................................................................... 5
IEVADS ..................................................................................................................................... 6
1. SAULES ENERĢIJAS IZMANTOŠANAS IESPĒJAS UN TEHNOLOĢIJU ANALĪZE .. 7
1.1.Saules enerģijas izmantošanas iespējas Latvijā ................................................................ 7
1.2.Saules kolektori ................................................................................................................ 8
1.2.1.Plakanie saules kolektori ........................................................................................... 9
1.2.2.Vakuuma cauruļu saules kolektori .......................................................................... 10
1.3.Saules kolektoru sistēmas ............................................................................................... 13
1.3.1.Pasīvās sistēmas ....................................................................................................... 14
1.3.2.Aktīvās sistēmas ...................................................................................................... 15
1.3.3.Saules kolektoru sistēmu regulētāji ......................................................................... 18
1.3.4.Siltumnesēji saules kolektoru sistēmās.................................................................... 22
1.3.5.Saules kolektoru sistēmu uzstādīšana ...................................................................... 23
1.3.6.Aprēķini ar POLYSUN 3.3 ..................................................................................... 24
1.4.Saules kolektoru sistēmas pasaulē un Latvijā................................................................. 25
2.PROTOTIPA IZSTRĀDE SAULES ENERĢIJAS ŪDENS SILDĪTĀJAM ....................... 28
2.1. Materiāli un metodes ..................................................................................................... 28
2.2. Saules kolektora gatavošanas darba gaita ...................................................................... 30
2.3. Saules kolektora shēma ................................................................................................. 31
2.4. Saules kolektora darbības princips. ............................................................................... 32
2.5. Automātiskās vadības izvēles princips .......................................................................... 32
2.5.1. Termostata izvēle .................................................................................................... 32
2.5.2. Releja izvēle. .......................................................................................................... 33
2.5.3. Sūkņa izvēle ............................................................................................................ 33
2.5.4. Automātikas darbības princips ............................................................................... 35
2.6. Saules kolektora efektivitāte .......................................................................................... 36
2.7. Saules kolektora ekonomiskais novērtējums ................................................................. 37
SECINĀJUMI .......................................................................................................................... 38
IZMANTOTĀ LITERATŪRA ................................................................................................ 39
PIELIKUMI .............................................................................................................................. 41
6
IEVADS Latvijas Republika nav bagāta ar dabiskajiem energoresursiem - ap 70% energoresursu
tiek importēti, tāpēc vietējo un atjaunojamo energoresursu plašākas izmantošanas veicināšanai
ir sevišķa nozīme Latvijas apstākļos.
Saules enerģijas galvenā priekšrocība ir tā, ka tā ir pieejama visur, tāpēc nav vajadzības
tērēt kurināmo, kas piesārņo gaisu ar CO2 izplūdes gāzēm. Svarīgi ir tas, ka saules enerģiju
var izmantot arī tad, kad tā nemaz nespīd, jo globālais starojums sastāv no tiešā un izkliedētā
starojuma. Zinātnieki ir secinājuši, ka pasaule gada laikā saņem 10 000 reižu vairāk enerģijas,
nekā spēj patērēt. Taču cilvēce vēl nav iemācījusies pilnā mērā un efektīvi izmatot šo
bagātību.
Kā rāda pētījumi saules enerģija Latvijā pašlaik nevar konkurēt ar citiem enerģijas
veidiem augsto izmaksu dēļ, tomēr saules enerģijas resursi Latvijā ir pietiekami tās praktiskai
izmantošanai.
Pētījuma mērķis – izpētīt cik praktiski un ekonomiski izdevīgi izmantot paškonstruēta,
automatizētu saules kolektoru Latvijas apstākļos
Darba uzdevumi:
1) analizēt saules enerģijas izmantošanas iespējas Latvijā;
2) salīdzināt dažādu saules kolektoru un saules kolektoru sistēmu izmantošanas
iespējas;
3) izpētīt saules enerģijas izmantošanas pieredzi pasaulē un Latvijā;
4) eksperimentāli izgatavot saules kolektoru un novērtēt tās izmantošanas
efektivitāti privātmājā ūdens sildīšanai;
5) veikt ekonomisko novērtējumu paškonstruētam, automatizētam saules
kolektoram.
7
1. SAULES ENERĢIJAS IZMANTOŠANAS IESPĒJAS UN TEHNOLOĢIJU ANALĪZE
1.1.Saules enerģijas izmantošanas iespējas Latvijā
Saules staru radītais vidējais enerģijas daudzums Latvijas teritorijā ir aptuveni
65W/m2, savukārt saulaino stundu skaits – aptuveni 1700 – 1800 gadā. Var secināt, ka
katrs Latvijas teritorijas m2 gadā vidēji saņem 1100 kWh saules enerģijas, no kuras
elektroenerģijā var pārvērst 150 kWh (Pun Ghedia 2013).
.
1.1.attēls: Saules spīdēšanas karte
Avots:( Latvijas ģeogrāfijas atlants)
Saules enerģiju var izmantot siltuma (saules kolektori) un elektroenerģijas (saules
baterijas - PV) ražošanai. Latvijā saules starojumam ir samēra zema intensitāte. Kopējais
saules enerģijas daudzums ir 1109 kWh/m2 gadā, kas ir nedaudz vairāk nekā Skandināvijas
valstīs (skat. 1.2. attēls). Mēneša un gada vidējās globālas saules radiācijas lielums uz
horizontālas plāksnes, kWst/m2, salīdzinot ar Berlīni, Helsinkiem, Stokholmu un
Kopenhāgenu, Rīgā gadā ir vislielākais, tas ir 1109 kWh/m² , kad Berlīnē tas ir 1031 kWh/m²,
Stokholmā – 1026 kWh/m², Kopenhāgenā tas ir 1013 kWh/m² un Helsinkos – 980 kWh/m².
Neskatoties uz to, šajās valstīs saules enerģiju sekmīgi izmanto jau ne vienu gadu vien
(Shipkovs P. et.al.2005).
kWst
./m2
gadā 980
1013 1026 1031
1109
900
950
1000
1050
1100
1150
Hel
sinki
Kopen
hāge
na
Stoho
lma
Berlīne Rīga
1.2. attēls: Gada vidējās globālas saules radiācijas lielums
(uz horizontālas plāksnes (kWst./m2) Avots: (Shipkovs P. et.al.2005)
8
Visaktīvākais saules radiācijas izmantošanas periods mūsu platuma grādos ir no maija
līdz septembrim, iegūstot 700–740 kWh/m², no oktobra līdz aprīlim – 200–240 kWh/m², no
novembra līdz februārim – 40–50 kWh/m² skat. 1.3. attēls (Šipkovs P. u.c..1999).
1.3.attēls: Saules radiācija Latvijā pa mēnešiem
Avots: (Šipkovs P. u.c.1999).
1.2.Saules kolektori
Saules kolektori ir tehniskas iekārtas, kas absorbēto saules starojumu pārvērš siltumā,
ko pēc tam izmanto karstā ūdens sagatavošanai, telpu apkurei, peldbaseinu apsildei vai citur.
Lielākā daļa saules kolektori darbojas pēc līdzīga principa. Absorbējošā virsma uzņem
siltumu no saules starojuma un uzsilda kolektora caurulēs cirkulējošo šķidrumu. Tālāk
uzsildītais šķidrums tiek novadīts uz siltummaini, kas uzsilda krāna vai apkures ūdeni. Šis
cirkulējošais šķidrums drošības pēc nedrīkst būt toksisks, vēlams izmantot šķidrumus kas
taisīti uz propilēna glikola bāzes skat. 1.4. att. (Saules kolektors.lv.Pieredzes grāmata. 2013)
Ar 1 m2 saules kolektoru var uzsildīt līdz pat 60l ūdens dienas laikā. Uzsildītā ūdens
temperatūra sasniedz līdz pat 50oC. Lai nodrošinātu ar karsto ūdeni ģimeni, kura sastāv no 3 -
4 ģimenes locekļiem, nepieciešami 3 m2 saules kolektora. Vidēja lieluma privātmājai
nepieciešams kolektors ap 4–5 m² platībā (Šipkovs P. u.c.1999).
Tirgū pieejami divu veidu saules kolektori: plakanie un vakuuma saules kolektori
skat.1.4. att.
1.4.attēls: Saules kolektori
A- plakanais saules kolektors, B- vakuuma saules kolektors
Avots: (Saules kolektors.lv Pieredzes grāmata. 2013)
A B
9
1.2.1.Plakanie saules kolektori
Plakanā saules kolektora uzbūve: 1) kolektora absorbējošā virsma, 2) caurules,
pildītas ar siltumnesēju, 3) lai novērstu iespējamo siltuma noplūdi zema kolektora ir
ierīkota siltumizolācija.
Saules kolektora darbības princips- saules starojuma enerģija iziet cauri kolektora stikla
aizsargvirsmai, tiek uztverta un pārveidota siltuma enerģijā. Iegūtā siltuma enerģija tiek
izmantota caur kolektoru plūstošā siltuma nesēja uzsildīšanai (skat. 1.5. att.).
1.5. attēls: Plakanā, paralēlā caurules tipa saules kolektora uzbūve
a- absorbējošā virsma, b- – plūsmas caurules c – siltumizolācija, d- savācējcaurule
Avots: (Syn City Hot.com)
Absorbējošā virsma – sastāv no vara vai alumīnija loksnēm. Tās savienotas kopā ar
iebūvētām caurulēm, kas ir no alumīnija vai vara. Virsma ir pārklāta ar absorbētāju, kas uztver
saules radiāciju. Šis pārklājums spēj uzņemt 90-95% no saules radiācijas daudzuma.
Absorbētāja virsma ir izgatavota no titāna un silīcja oksīda.
Caurules – uzkrāj uzņemto absorbējošās virsmas siltumu. Caurules var būt izvietotas
divos veidos, paralēlā vai spirāles sistēmā. Paralēlajā sistēmā, kolektora apakšā ir aukstā
šķidruma caurule, kolektora augšpusē uzsildītā šķidruma caurule, tās savā starpā ir savienotas
ar vairākām mazākām caurulēm, pa kuru šķidrums plūst un uzņem siltumu no absorbējošās
virsmas. Šādu kolektoru priekšroka ir tā, ka var saslēgt vienā ķēdē 5 vai pat 10 kolektorus un
visi kolektori strādās vienādi efektīvi, jo caurplūdes šķidruma ātrums un temperatūra visos
tajos būs vienāda. Šāda sistēmu pārsvarā pielieto kolektoros ar kapara caurulēm.
Spirāles kolektora sistēmas princips ir, ka no ieplūdes kolektorā līdz tā izplūdei,
šķidrums iet tikai pa vienu cauruli, kas met vairākus zig-zagus pa visu kolektoru (skat.1.6.att.
Šādā sistēmā parasti var saslēgt tikai 3-5 kolektorus un katrs nākamais kolektors silda
iepriekšējā kolektora jau uzsildīto šķidrumu, kas samazina tā efektivitāti, jo augstāka
a
b
c
d
10
efektivitāte ir sildīt zemas temperatūras šķidrumu un tam ir arī mazāki siltuma zudumi. Šādai
kolektoru sistēmai ir augstāka šķidruma izejas temperatūra, attiecīgi boilerim varēs adot
vairāk enerģijas. Šādu sistēmu parasti izmanto alumīnija cauruļu kolektoros. Jo samazinās
metinājuma vietu skaits no 18 līdz 2.
1.6.attēls: Plakanais saules kolektors ar spirālveida cauruli
a- kolektora rāmis, b- izolācijas slānis, c- spirālē satīta caurule,
d- absorbers, f- stikla aizsargslānis
Avots: (Baxi Group.lv)
Korpuss – pasargā kolektoru no apkārtējās vides un novērš siltuma zudumus.
Korpusam ir ļoti svarīga loma, tam ir jābūt stingram un mehāniski izturīgam. Tas ietekmē
kolektora lietderību un kalpošanas laiku. Parasti kolektoru korpusi ir no alumīnija un apakšējā
daļā ir akmens vates izolācija vismaz 50mm bieza. Sānu malās arī ir akmens vates izolācija,
20mm bieza. Tā samazina siltuma zudumus un kalpo arī kā papildus apakšējās un sānu
virsmas aizsardzība no ļoti augstās absorbējošās virsmas temperatūras.
Solārais stikla pārklājums – samazina siltuma zudumus un aizsargā no apkārtējās
vides. Izmantotais stikls ir īpaši izturīgs pret mehānisko slodzi (krītošs sniegs, krusa, zari,
vējš). Kolektora stikla izturību pārbauda apšaudot to ar 150g metāla lodēm. Augstākais saules
caurlaidības standarts ir U1 – caurlaidība lielāka par 90%. (Mojiri Ahmad et.al. 2013).
1.2.2.Vakuuma cauruļu saules kolektori
Vakuuma kolektors sastāv no vakuuma stikla cauruļu sistēmas. Atkarībā no
nepieciešamās jaudas, kolektors var sastāvēt no 20-60 caurulēm (skat. 1.7. att.).
1.7.attēls: Vakuuma kolektori
Avots: (Heliodyne.com 2013)
11
Vakuuma stikla caurules konstrukcija ir līdzīgā termosa konstrukcijai: viena caurule ir
ievietota citā ar lielāko diametru. Starp tām ir vakuums, kas nodrošina pilnīgu siltumizolāciju
(skat. 1.8. att.).
1.8.attēls: Vakuuma kolektora stikla caurule
Avots: (Heliodyne.com 2013)
Stikla caurulē ar vakuumu, ievietots siltuma absorbēšanas slānis, kurā savukārt atrodas
vara caurule, kurā cirkulē ūdens vai glikola šķidrums. Vakuuma stikla caurulē siltuma
savācējs ir atdalīts no apkārtējās vides ar vakuuma telpu, kas ļauj gandrīz pilnībā novērst
siltuma zudumus apkārtējā vidē uz siltumvadītāja un konvekcijas rēķina (skat.1.9. att.).
1.9.attēls: Vakuuma kolektora stikla caurules uzbūve
Avots: (Wordpress.com 2009)
Vakuuma kolektori Latvijas platuma grādos ir efektīvāki par plakanajiem kolektoriem ,
jo pateicoties vakuuma kolektoru caurules cilindriskai formai saules stari krīt uz patstāvīgi
vienmērīgu virsmu (plaknē perpendikulāri pret caurules asi) skat. 1.10. att.
1.10.attēls: Saules staru krišanas leņķis uz vakuuma kolektora caurulēm
Avots: (Apricus.com)
12
Vakuuma kolektori atšķirībā no plakanajiem absorbē ne tikai saules starus, bet arī
infrasarkanā siltuma starojumu, tāpēc ar 20% jaudu darbojas arī ziemā. Turklāt vakuums
caurulē nodrošina pilnīgu siltumizolāciju, līdz ar ko izstarojuma zudumi pie ūdens
uzsildīšanas augstajām temperatūrām ir ļoti zemi. Tā kā kopējais zudumu koeficients
vakuuma kolektorā ir mazs, siltumnesējs tajā sakarst līdz 120–160ºC (Apricus.com)
Vakuuma saules kolektoru iekārtas sistēmu īpatnības:
1. Saules kolektoram jābūt uzstādītam dienvidpusē, tad efektivitāte būs maksimālā.
2. Uzstādīšana nepieprasa dārgus papildus darbus (zemes darbi vai urbšanas darbi).
3. Ūdens uzsildīšana ir iespējama līdz augstajām temperatūrām (siltumnesēja
temperatūra pašā kolektorā var būt augstāk par +100°C), līdz ar to var tikt
izmantots kā ūdens uzsildīšanai, tā arī jebkura tipa apkures veidiem.
4. Siltuma daudzums ir atkarīgs no saules izstarojuma daudzuma. Vakuuma
kolektors izstrādā siltumu no tiešā un no izkliedētā (mākoņains debesis) saules
izstarojuma, bet ziemas mēnešos kad gaismas diena ir īsa un ļoti bieži blīvs
mākoņu daudzums, siltuma apjoms, ko saražo saules kolektors, ir minimāls,
tāpēc tas nevar kļūst par vienīgo siltuma avotu.
5. Kalpošanas laiks 20-30 gadi, tas ir saistīts ar vienkāršo kolektora konstrukciju,
vienīgā mehāniskā griezošās sistēmas daļa ir cirkulācijas sūknis (Trinkl,
Christoph et al. 2005).
Tomēr aplūkojot Latvijā realizētos saules kolektoru uzstādīšanas projektus var secināt,
ka gan firmas, gan iestādes izvēlas plakanos saules kolektorus.
Kā apgalvo speciālisti vakuuma kolektoru stikla caurules tiek ražotas no ļoti plāna
(1,4-2mm) borsilikāta stikla. To triecienizturība ir nepietiekama Latvijas klimatam, kur
regulāri ir vētras. Arī krusas graudi Latvijā mēdz sasniegt vakuuma caurulēm bīstamus
izmērus. Cauruļtipa saules kolektorus Eiropā nesertificē neviena respektabla testēšanas
laboratorija, jo tie nespēj izturēt stingrās triecienizturības prasības. Ziemā Latvijā temperatūra
bieži ir ap 0oC. Sniegs kūstot nokļūst starp saules kolektora caurulēm, sniegam atkal sasalstot
ledus var saplēst no plānā (1,4-2mm) stikla ražotās caurules (Sauleskolektors.lv 2013).
Kā atzīst saules kolektors.lv būvkonstrukciju montēšanas speciālists Jānis Sudars,
šobrīd jaunākie un visplašāk izmantotie ir plakanie vakuuma saules kolektori (skat. 1.11 att.).
Šiem kolektoriem vakuuma caurules nosegtas ar aizsargstiklu, kas pasargā vakuuma caurules
(Jānis Sudars pers. ziņojums).
1.11.attēls Plakanie vakuuma kolektori TS 400
13
1.3.Saules kolektoru sistēmas
Saules kolektora sistēmā ietilpst šādi elementi: saules kolektori, akumulācijas tvertne,
izplešanās tvertne, vadības bloks un cirkulācijas sūkņi. Sistēmai nepieciešamas arī apjomīgas,
labi izolētas ūdens tvertnes, kurās glabāsies ar kolektora palīdzību sasildītais ūdens.
Tvertnēm, savukārt, jābūt savienotām ar labu automātikas sistēmu, lai tās varētu izmantot
ēkas apkures sistēmā (skat. 1.12. att.).
1.12.attēls: Saules kolektora sistēma
Avots: (SelSol lv. Saules kolektori)
1. Saules enerģijas kolektors,
2. Solārais ūdens boileris,
3. Gāzes apkures katls vai jebkura cita siltumu ģenerējoša iekārta,
4. Solārais vadības bloks,
5. Cirkulācijas sūknis,
6.Ūdens temperatūras sensors ūdens boilerī ,
7. Siltumnesēja temperatūras sensors saules enerģijas kolektorā,
8. Ūdens boilerī esošais siltummainis ar pieslēgumu saules enerģijas kolektoram,
9. Ūdens boilerī esošais siltummainis ar pieslēgumu citai siltumu ģenerējošai iekārtai,
10. Apkures radiatori,
11. Siltā ūdens patērētājs (vanna, duša u.tml.),
12. Izplešanās tvertne saules enerģijas kolektora sistēmā ,
13. Ienākošais aukstais ūdens no tīkla (Sesol.lvlv Saules kolektori).
14
Saules kolektoru sistēmas darbības princips: pa noslēgto kolektora loku plūst ūdens
vai kāds nesasalstošs šķidrums. Uzglabāšanas tvertnē ieiet kā kolektora, tā papildus siltuma
avota (apkures katls, elektriskais boileris, u.c.) siltummaiņi – cauruļu vijumi, kuru uzdevums
caur siltumnesēju nodot akumulēto siltumu ienākošajam dzeramajam ūdenim. Šķidrumi
savstarpēji nesaskaras (skat.1.9. att.). Temperatūras kontroles uzdevums ir noteikt
temperatūru kolektora augšpusē T1(tur būs viskarstākais punkts) un temperatūru uzglabāšanas
tvertnes lejas daļā T2. Kad T1-T2>7°C, temperatūras kontrole padod signālu sūknim, un tas
ieslēdzas un notiek cirkulācija, līdz temperatūru starpība ΔT nokrīt līdz 3°C (.wordpress.com
2009 a).
Ir dažādas kolektora apsildes sistēmas. Ir arī tāds risinājums, kurā var iztikt bez sūkņa
un citu sarežģītu aprīkojumu. Saules ūdens apkures sistēma var būt aktīva vai pasīva.
Pasīvā sistēmā sūkņa nav, un cirkulācija balstās uz konvekcijas principu (skat. 1.13. att.
A). Aktīvā sistēma izmanto elektrisko sūkni, lai izplatītu šķidrumu caur savācēju (skat. 1.13.
att. B). Siltuma daudzums, ko karstā ūdens saules ūdens sildītājs var saražot, ir atkarīgs no
sistēmas veida un lieluma, izolācijas, uzstādīšanas leņķa un orientācijas.
1.13.attēls: Saules kolektoru apsildes sistēmu veidi
A – pasīvā saules ūdens apkures sistēma, B – aktīvā saules ūdens apkures sistēma
Avots: (Belarusin web portalon renewable energy.com)
1.3.1.Pasīvās sistēmas
Pasīvās sistēmas pārvieto ūdeni vai siltuma pārneses šķidrumu cauri sistēmai bez sūkņa.
Pasīvās sistēmās nerodas problēmas elektroenerģijas pārrāvuma gadījumā, līdz ar to a pasīvās
sistēmas ir vieglāk uzturēt un ir ilgmūžīgākas nekā aktīvās sistēmas.
Pasīvās sistēmām bieži vien ir lētākas nekā aktīvās sistēmas, bet parasti ir mazāk
efektīvas, jo pastāv lēnāks ūdens plūsmas ātrums caur sistēmu.
Konvekcijas sistēmas
Konvekcijas sistēma ir balstīta uz siltā ūdens celšanos caur saules absorbētāju uz
tvertni- dabīgā konvekcija. Šāda veida iekārtai tvertnei jāatrodas virs absorbētāja caurulēm vai
15
paneļiem. Tā kā ūdens absorbētājā sakarst, tas kļūst vieglāks un ieplūst tvertnē. Tikmēr
aukstākais ūdens tvertnē plūst uz leju uz absorbētāju, tādējādi radot cirkulāciju visā sistēmā.
Šo sistēmu trūkumi ir slikts estētiskais noformējums, liela tvertne uz jumta un problēmas ar
jumta strukturālo integritāti. Bieži vien jumts ir jāpastiprina, lai cīnītos ar tvertnes svaru
(skat.1.14. att.).
1.14.attēls: Pasīvā saules kolektoru sistēma
Avots: (Building.lv)
Grupas sildītāji
Grupas sildītāji ir vienkārša pasīva sistēma, kas sastāv no vienas vai vairākām tvertēm,
kas novietotas izolētā kastē ar pret sauli pavērstu stikla pusi. Sērijas sildītāji ir lēti, satur maz
sastāvdaļas, bet darbojas tikai vasarā, kad laiks ir silts (Power Magazine 2012).
1.3.2.Aktīvās sistēmas
Aktīvajās sistēmās izmanto elektrisko sūkņus, ventiļus, un kontrolierus, lai nodrošinātu
ūdens vai citu siltuma pārneses šķidrumu cirkulāciju caur kolektoru. Tās parasti ir dārgākas
nekā pasīvās sistēmas, taču efektīvākas. Aktīvās sistēmas bieži vien ir vieglāk pārbūvēt, nekā
pasīvās sistēmas, jo to glabāšanas tvertnēm nav jābūt uzstādītām tiešā kolektora tuvumā.
Aktīvās saules apsildes sistēmās var būt divu veidu siltumnesēji: šķidrums (ūdens, antifrīzs)
vai gaiss.
Ir divu veidu aktīvās sistēmas: atvērtās cilpas (ko sauc arī par "tiešu") vai slēgtā kontūra
(ko sauc arī par "netiešo") sistēmu. Atvērtā cikla sistēmā caur kolektoru cirkulē dzeramais
ūdens. Noslēgtā sistēmā siltuma savākšanai izmanto siltuma pārneses šķidrumu (ūdeni vai
atšķaidītu antifrīzu) un siltummaini, caur to nododot siltumu sagatavojamam ūdenim. Slēgtas
cilpas sistēmas trūkums ir tas, ka siltumapmaiņas procesā zūd efektivitāte (Lane T. et al.
2002).
16
Atvērtās cilpas jeb tiešās aktīvās sistēmas
Atvērtās cilpas aktīvās sistēmas izmanto sūkņus, lai radītu dzeramā ūdens cirkulāciju
caur kolektoru. Šī konstrukcija ir efektīva un pazemina ekspluatācijas izmaksas, bet nav
lietderīga, ja ūdens ir ciets vai ar paaugstinātu skābumu, jo apkaļķojums un korozija
pakāpeniski bojā sistēmu. Šīs sistēmas ir populāras tikai silta klimata reģionos (Power
Magazine 2012).
Piemēram, 1.14. A att. redzama saules kolektora shēma, kas silda ūdens toveri. Caur
plakano saules kolektoru sasilst ienākošais ūdens no tovera. Automātika darbina sūkni un
vārstu vienlaicīgi. Ja temperatūra pie kolektora izejas Tk (augšā) ir lielāka par temperatūru
ūdens toverī Tt (Tk>Tt + 3°C jeb Tk-Tt>3°C), tad automātika atver vārstu un ieslēdz sūkni.
Kad temperatūra izlīdzinās (Tk~Tt), automātika aizver vārstu un izslēdz sūkni. Vārstu var arī
regulēt manuāli, piemēram, kad nepieciešams izlaist ūdeni no sistēmas. Kolektoru un caurules
vajag ierīkot ar nelielu slīpumu, lai pa iztukšošanas krānu varētu izlaist ūdeni gan no tovera,
gan no kolektora (Wordpress.com 2009 b).
Saules kolektora sistēma ar ūdens tvertni, kas nodrošina mājai silto ūdeni skat.
1.15. B att. Tvertnē gan aukstais ienākošais, gan kolektora uzsildītais ūdens ir savienoti-
sajaucas (Wordpress.com 2009 b).
Šī kolektora trūkums ir, ka nav iespējams ziemas apstākļos no kolektora izliet ūdeni.
Šāda ūdens sildīšanas sistēma ir efektīva siltajās valstīs – Itālijā, Grieķijā, Turcijā, Spānijā,
Portugālē u.c. Latvijas apstākļiem šāda sistēma nav derīga. Labākajā gadījumā, kolektors
nevajadzīgi dzesēs ienākošo auksto ūdeni, sliktākajā – gan kolektors, gan tvertne, gan sūknis,
gan arī caurules rudenī vai pavasarī jau pie maziem mīnusiem, vienkārši saplīsīs.
1.15.attēls: Tiešā aktīvā saules kolektoru sistēmas
A- ar ūdens toveri, B- ar ūdens tvertni
Avots: (Wordpress.com 2009 b).
A B
17
Noslēgtā cikla jeb netiešās aktīvās sistēmas
Šīs sistēmas sūknē siltuma pārneses šķidrumus (parasti glikola un ūdens antifrīza
maisījumu) caur saules ūdens sildītāju. Siltummaiņi pārnes siltumu no cirkulējošā šķidruma
uz ūdeni, kas tiek uzglabāts tvertnē. Daži standarti šim sistēmām nosaka dubultās sienas vai
dubultspirāles, lai novērstu iespēju sabojāt dzeramo ūdeni. Noslēgtā cikla glikola sistēmas ir
populāras teritorijās, kas pakļautas salam, jo tās nodrošina labu pretsala aizsardzību. Tomēr
glikola vai antifrīza sistēmas ir dārgākas, turklāt glikols ir jāpārbauda katru gadu, un jāmaina
ik pēc dažiem gadiem, atkarībā no glikola kvalitātes un sistēmas darba temperatūrām, lai
novērstu korozijas rašanos (skat. 1.16. att. A)
Iztukšojamās jeb tā saucamās Drainback sistēmas (skat. 1.16. att. B) izmanto ūdeni kā
siltuma pārneses šķidrumu kolektora cilpā. patēriņš tāpēc ir mazliet lielāks, nekā aizvērtas vai
atvērtas slēgtās cilpas sistēmās Sūknis rada ūdens cirkulāciju caur saules ūdens sildītāju. Kad
sūkni izslēdz, ūdens no saules kolektora noplūst uz rezervuāru, tas nodrošina pretsala
aizsardzību, kā arī ļauj sistēmu izslēgt, ja ūdens glabāšanas tvertnē ir pārāk karsts (Lane T. et
al. 2002).
Drainback ir tā, ka saules ūdens sildītāju uzstādīšana un mezgli ir rūpīgi jāprojektē, lai
varētu veikt pilnīgu sistēmas drenāžu. Sūknim jābūt arī ar pietiekamu spiedienu, lai katru
reizi, uzsākot darbu, uzsūknētu ūdeni līdz kolektoram.
1.16. attēls Netiešās aktīvās sistēmas:
A- netiešā sistēma ar siltummaini tvertnē,
B – Drainback iztukšošanas sistēma ar rezervuāru
Avots: (Belarusin web portalon renewable energy.com)
A B
18
1.3.3.Saules kolektoru sistēmu regulētāji
Salīdzinājumā ar tradicionālām apkures sistēmām, saules apsildes sistēmu regulētāji
parasti ir sarežģītāki, jo tiem jāanalizē lielāks signālu skaits un jākontrolē vairāk iekārtas (tajā
skaitā arī tradicionālais apkures aprīkojums, kas tiek izmantots līdz ar solāro sistēmu).
Termostats ir ierīce pastāvīgas temperatūras uzturēšanai. Temperatūras uzturēšana
notiek vai nu izolējot objektu no mainīgās ārējās vides (pasīvie termostati) vai arī izmantojot
termoregulatoru (aktīvie termostati).
Galvenās aktīvā termostata sastāvdaļas ir sensori un izpildierīces. Izpildierīce ar
temperatūras noteikšanas elementu var būt apvienota vienā iekārta, bet termostats var būt arī
atsevišķi stāvoša vadības ierīce sildīšanas vai dzesēšanas sistēmas darbināšanai. Ja objekta
temperatūra sasniedz noteikto minimumu vai maksimumu, termostats ieslēdz vai atslēdz
sildīšanu vai dzesēšanu. Saules apsildes sistēmās termostats precizē temperatūru starpību
kolektorā un akumulācijas tvertnē. Kad vides temperatūra kolektorā par 5.6°-11°C pārsniedz
šķidruma temperatūru tvertnē, termostats iedarbina sūkni, kas nodrošina ūdens vai gaisa
cirkulāciju kolektorā. Līdz ar to vērojama vai nu šķidruma sasilšana tvertnē, vai tieša telpas
apkurināšana.
Dažādu tipu termostatu cenas var krasi atšķirties. Dārgākie no tiem ir sarežģītie
regulētāji ar mikroprocesoriem, kas optimizē siltuma nodošanu uzkrāšanas iekārtām un
dažādām mājokļa zonām. Piemēram, ELKO EP TER-9 digitālais termostats ar 6 funkcijām,
iebūvētu laika releju pilnībā nodrošina mājās ūdens apgādes un apkures kontroli. (skat. 1.17.
att.). Digitālā termostata ELKO EP TER-9 tehniskos parametrus skat. 1 tab.
1.17.attēls: ELKO EP TER-9 digitālais termostats
A- Sprieguma padeves klemmes, B- apgaismots displejs, C- vieta klemmei, D- rezerves
baterija, E- izejas kanāls, F- termodevēja klemmes, G- vadības pogas, H- izejas kanāls
Avots: (Elkoep.ru)
A
B
C
D
E
F
G
H
19
1.1. tabula
Digitālā termostata ELKO EP TER-9 tehniskie parametri
Parametri
Barošana 230VAC vai 24V AC/DC, elektriski atdalīta
Barošanas frekvence 50/ 60 Hz
Pašpatēriņš Max. 3.5 VA
Mērdiapazons -40...+110 °C
Displejs Digitālais
Apkārtējā vide -20...+55 °C
Izmērs Priekš. panelis x Dziļums 90x35.6x64 mm
Svars Priekš. Panelis; IP40
Aizsardzības klase 2 analogie signāli Ieejas signāls 2 SSR max. 240 W/DC
Izejas signāls 2 Releji; Max.2500 VA/; Nom.8A 250VAC
Kontrolēšanas veids ar histerēzi 0.5/5 K
1.18.attēls: ELKO EP TER-9 digitālais termostataelekrtiskā pieslēgšanas shēma
Avots: (Elkoep.ru)
Temperatūras sensori. Termostatos izmanto dažādas sensoru un izpildmehānismu
tehnoloģijas. Mūsdienās plašāk izmantotie sensoru veidi:
· bimetāla mehāniskie un elektriskie sensori,
· vaska kapsulas,
· elektroniskie termistori un citas pusvadītāju ierīces.
Infrasarkano staru termodevējs uztver kontrolējamā objekta izstaroto infrasarkano
starojumu (to izstaro jebkurš objekts), un pārveido to izmērāmā strāvas/sprieguma signālā.
Sensoram nav nepieciešams fizisks kontakts ar mērāmo objektu,
Termopāri. Termopāra sametināto vadu vienu galu izvieto kontrolējamajā zonā un
termopāra otri vaļējie vadu gali atrodas „aukstas” temperatūras zonā, tad uz to izvadiem
veidojas termo-EDS, kura lielums ir proporcionāls temperatūru starpībai starp kontrolējamās
zonas un „aukstās” zonas (0°C) temperatūru(skat. 1.19. att.),
20
Pretestības temperatūras devēji ir daudz precīzāki un drošāki par termistoriem un
termopāriem. Devēju darba temperatūru diapazonu nosaka termodevēja materiāls, armatūra
un savienojošo vadu materiāli.
1.19.attēls: Termperatūras sensori – termopāri TC un TZ Avots: (Elkoep.ru)
Drošības vārsts – mehānisms, kas nepieļauj darba spiediena kāpumu virs normas
apkures sistēmās. Ja sistēma ir aprīkota ar drošības vārstu, pieaugot temperatūrai un
spiedienam cirkulācijas lokā, pie noteikta spiediena tas atveras, un liekais karstais ūdens
izpūsts no sistēmas. Šāds elements apkures sistēmā ir obligāts (Moskvins G.,2008).
Automātiskais atgaisotājs – mehānisms, kas izvada apkures sistēmā sakrājušos gaisu.
Tas visbiežāk ir cilindrveidīgs (novietots sistēmas augstākajos punktos, līkumos uz leju, kur
mēdz sakrāties gaiss), uztver un izvada gaisu, neatkarīgi no tā temperatūras. Tiklīdz gaisa
padeve vārstam beidzas, tas aizveras.
1.20. att. skat. solārā sūkņa bloku, kas sevī ietver: termometru (manometru), sūkni,
drošības vārstu, regulatoru un atgaisotāju.
1.20.attēls: Solārā sūkņa bloks Avots: (Baxi Group.com)
Sūkņi ir hidrauliskas mašīnas, kas radot spiedienu pārvieto šķidrumus ar dažādu
temperatūru un viskozitāti. Visbiežāk izmanto: virzuļsūkņus centrbēdzes sūkņus, rotācijas
sūkņus, ūdens gredzena vakumsūkņus, speciālas nozīmes sūkņus. Galvenās sūkņa sastāvdaļas
21
– darba rats ar izliektām lāpstiņām, plāksnītēm vai zobiem, kuri novietoti uz vārpstas un
nekustīgs korpuss, kuram pievienota sūccaurule un spiedcaurules.
Centrbēdzes sūkņa spiediens.
Teorētiskais spiediens
(1.3.1.)
Kur:
u – apvidus ātrums,
- leņķa ātrums,
r – griešanās rādiuss,
c – šķidruma pārvietošanās ātrums,
- leņķis starp absolūto lielumu šķidruma ātrums izejot no darba riteņa un apļa ātrums,
g – brīvā kritiena paātrinājums, м *s2
(1.3.2.)
Kur:
= 1800 -
t.i.sūkņa spiediens proporcionāls skaitļa kvadrātam strādājošā riteņa apgriezienos.
u = ×D× n
Patiesais spiediens
Kur:
- sūkņa hidraulika ( г=0,8 – 0,95),
- koeficients, iedibinātais pēdējais skaitlis sūkņa plūsmā ( = 0,6 – 0,8).
Centrbēdzes sūkņa ražīgums Q atbilst šķidruma patēriņam caur kanāliem starp darba riteņa
lāpstiņām.
(1.3.3.)
22
z) с1r=b2 (( z)×c2r
Kur:
- lāpstiņu biezums,
b1 b2 – darba riteņa platums iekšējā un ārējā apvidū,
c1r с2r – radiāli sastādošie absolūtie ātrumi riteņa ieejā un izejā no tā (pietam, c1r= c1)
.(Moskvins G., 2008)
1.3.4.Siltumnesēji saules kolektoru sistēmās
Saules kolektoru sistēmās kā siltumnesējus izmanto:
· Ūdeni;
· Netoksisku šķidrumu, piemēram, antifrīzu vai glikolu;
· Gaisu.
Ūdens kā siltumnesējs tiek izmantots gan pasīvajās sistēmās, gan aktīvajās sistēmās. Lai
sistēma neapkaļķotos un neveidotos korozija, jāseko ūdens kvalitātei - ūdens nedrīkst būt ciets
vai skābs. Pie zemām āra temperatūrām pastāv arī risks, ka ūdens sistēmā vara sasalt un
pārplēst caurules, tādēļ kā siltumnesēju saules kolektoru sistēmās var izmantot atšķaidītu
antifrīzu vai glikolu.
Antifrīzu vai glikolu kā siltumnesēju var izmantot aktīvajās, slēgtajās sistēmās. To
priekšrocība ir zemāks sasalšanas temperatūra. Izvērtējot vidējo āra gaisa temperatūru un
solārā šķīduma īpašības, glikolu atšķaida ar ūdeni attiecīgajā, nepieciešamajā koncentrācijā.
Ņemot vērā, ka Latvijā vidējā gaisa temperatūra ziemā reti, kad noslīd zem -20°C un to, ka
aktīvajās sistēmās siltumnesējs nepārtraukti cirkulē, manuprāt, maksimālā, nepieciešamā
glikola koncentrācija sistēmā ir 30- 35% (skat. 1.21.att.).
Gaisa kolektoru galvenā priekšrocība - karstā laikā gaisa kolektors saražo vairāk
enerģijas, nekā analoģiskā izmēra šķidruma kolektors. Turklāt atšķirībā no šķidruma
kolektoriem, gaisa sistēma ne vien neaizsalst, bet arī nesagādā būtiskas problēmas, ko var
izraisīt noplūde kolektorā un izvadkanālos. Taču gaiss nav tik labs siltumnesējs, kā šķidrums,
tādēļ kopumā šķidruma kolektoram raksturīgs augstāks lietderības koeficients, kā gaisa
kolektoram.
1.21.attēls: Glikola sasalšanas punkts Avots: (Baxi Group.com)
23
1.3.5.Saules kolektoru sistēmu uzstādīšana
Saules kolektorus var uzstādīt uz ēku jumtiem un fasādēm, vertikāli vai horizontāli.
Bieži vien tie tiek ierīkoti 45 grādu leņķī attiecībā pret horizontālo virsmu. Uzstādot kolektoru
jāņem vērā Saules staru leņķis attiecībā pret zemes virsmu. 1.22. att. redzams kā mainās
saules staru krišanas leņķis attiecībā pret kolektoru, ja tas ir uzstādīts nepareizā leņķī. Tāpat
jāraugās, lai uz kolektoru nekristu koku, citu ēku vai tml. radīta ēna, lai tā nebūtu putekļaina
vide, tiem nevarētu piekļūt dzīvnieki, transports vai nepiederošas personas. Pareizi uzstādīta
solārā sistēma nodrošina līdz pat 60% no kopējās gada enerģijas patēriņa karstā ūdens
sagatavošanai.
1.22.attēls: Saules staru krišanas leņķis uz saules kolektoru
West – rietumi, Ost- austrumi, Sud- dienvidi
Avots:(ACA.LV 2008)
Latvijā vismazākais saules leņķis (9.6) attiecībā pret zemi ir ziemas saulgriežos un
vislielākais saules leņķis (56.4) vasaras saulgriežos skat.1.23. att. :(ACA.LV 2008)
. Tātad periodā no maija līdz septembrim solārā sistēma Latvijā gandrīz pilnībā
nodrošina ūdens uzsildīšanu.
1.23. attēls: Saules leņķis attiecībā pret zemi Latvijā saulgriežos
Avots: :(JUNKERS.LV 2008)
Pasaulē un Latvijā arvien tiek veikti pētījumi kā maksimāli efektīvāk izmantot saules
starojumu siltuma enerģijas radīšanai. Tā piemēram Latvijas Lauksaimniecības universitātē
veiktais pētījums pierāda, ka uzstādot atstarojošos spoguļus pareizā leņķī attiecībā pret
kolektoru var palielināt kopējo saules starojumu (Kancevica L. et. al. 2011).
24
1.3.6.Aprēķini ar POLYSUN 3.3
Pastāv dažādas iespējas aprēķināt nepieciešamo saules kolektora platību un sistēmas
lietderības koeficientu. Viena no iespējā ir datorsimulācijas programma „POLYSUN 3.3”
Piemēram, programmas POLYSUN 3.3 modelī tiek izveidota sistēma, kura sastāv no
saules kolektoriem, kas ražo karsto ūdeni privātmājai, kurā dzīvo trīs cilvēki, līdz ar to
nepieciešamais karstā ūdens daudzums ir 360 litri. Atsaucoties uz Latvijas Būvniecības
Normatīva 221-98 punktu, vienai personai dienā nepieciešamais karstā ūdens daudzums ir
120 litri (Likumi.lv.).
Tiek atrasta nepieciešamā saules kolektora platība, lai nodrošinātu karsto ūdeni tikai ar
saules kolektoriem un tiek uzmodelēta arī hibrīdsistēma, kurā saules kolektoriem paralēli tiek
pieslēgta cietā kurināmā katls. Modelī izmantoti plakanas virsmas saules kolektori, kuru
parametri doti 1.24. att.
1.24.attēls: Saules kolektora parametri Avots: ( Šipkovs P. 2007)
Kreisajā logā ir uzdoti dati par kolektoru, kolektora nosaukums, tips un vairāki
parametri, ar kuru palīdzību var noteikt kolektora lietderības koeficientu. Lietderības
koeficients ir atkarīgs no mainīgā x. Līdz ar to lietderības koeficients būs funkcija no x.
Funkcija ir otrās kārtas polinoms ar indeksiem c0, c1 un c2:
, (1.3.4.)
kur η – kolektora lietderības koeficients,
c0,c1,c2 – polinoma koeficienti, kuri uzdoti modelī ,
Gk – saules radiācijas blīvums, kas krīt perpendikulāri kolektora virsmai. kas k krīrīt peperprpen
, (1.3.5.)
kur Tm – kolektorā plūstošā šķidruma temperatūra,
Ta – gaisa vidējā temperatūra.
Šāds polinoms tiek izmantots modelēšanas programmā Polysun 3.3 lietderības
koeficienta aprēķināšanai, bet pastāv arī daudzi citi veidi kā atrast lietderības koeficientu.
1.21. att. labajā loga pusē parādīts kolektora moduļu skaits un kopējā platība. Šajā modelī
redzams, ka tiek uzstādīti 5 saules kolektori ar kopējo platību 7.4 m2.
Sistēmas kopskats ir attēlots 1.25.att. Sistēmā ietilpst:
· Saules kolektori un sūknis - ja temperatūra kolektorā sasniedz 8°C, sūknis
ieslēdzas, ja starpība nokrītas līdz 4°C,sūknis izslēdzas;
25
· Caurules ar diametru Ø21.3 mm ārējām caurulēm un Ø16.0 mm iekšējām
caurulēm;
· Siltumizolācijas vadītspējas koeficients 0.042 W/mK;
· Horizonts tiek pieņemts kā tīrs, kas nemet ēnas uz kolektora absorbera virsmas;
· Minimālā ūdens temperatūra ūdens akumulatorā 45°C un maksimālā, pie kuras
sistēma atslēdzas, 95°C. Kolektora virsma ir novietota 45 grādu leņķī pret
horizontu.
1.25.attēls: Sistēmas kopskats Avots: ( Šipkovs P. 2007)
Aprēķinot gada bilanci ar sistēmas Polysun 3.3 var secināt, ka privātmājai, lai saražotu
240 litri karstā ūdens dienā, saules kolektoriem gadā jāsaražo 4068.5 kWh siltā ūdens, bet
saules kolektori saražo 2271.2 kWh. Lai dzēstu radušos iztrūkumu 1797.3 kWh, var simulēt
modeli, kurā paralēli saules kolektoriem pieslēdz cietā kurināmā katlu.
Veikta analīze parada, ka saules enerģija dod 70.1% no kopējās bilances ar cietā
kurināmā katlu, jo kā parāda rezultāti: saules kolektori saražo 3093.2 kWh siltā ūdens, cietā
kurināmā katls 1316.8 kWh siltā ūdens (Šipkovs P. 2007).
1.4.Saules kolektoru sistēmas pasaulē un Latvijā
Saules termisko tehnoloģiju izmantošana pieauga 5 reizes – no 40 GW kopējās
uzstādītās jaudas 2000. gadā, līdz 185 GW 2010. gadā. Straujais pieaugums lielā mērā
skaidrojams ar enerģētikas politikas atbalstu saules tehnoloģijām Vācijā, Itālijā, Japānā, Ķīnā
u.c. Populārākās termiskās tehnoloģijas bija vakuuma cauruļu kolektori - apmēram 56% no
uzstādītās jaudas (Renewable Energy. net.).
Saules enerģijas izmantošana Latvijā, līdzīgi kā kaimiņvalstīs Lietuvā un Igaunijā,
kļuvusi populāra tikai aizvadīto 3-4 gadu laikā, jo tieši šajā salīdzinoši īsajā laika periodā
īstenota lielākā daļa termosolāro sistēmu uzstādīšanas projektu mūsu valstī.
2009. gadā Pateicoties JUNKERS un AS SEB banka atbalstam Valmieras SOS bērnu
ciematā uzstādīti saules kolektori. Projekta ietvaros SIA "Robert Bosch" siltumtehnikas atzars
JUNKERS ciematam uzdāvinājis 6 saules kolektorus un divas 400 l karstā ūdens tvertnes
sanitārā ūdens sildīšanas vajadzībām (Seb.lv. Preses relīze 2009).
2010. gadā Aizkrauklē darbu sācis viens no lielākajiem saules enerģijas kolektoriem
Baltijā, kas ar Dānijas Enerģētikas aģentūras finansiālu atbalstu ir uzstādīts uz novada
ģimnāzijas un pilsētas katlumājas jumtiem. Uz katlu mājas jumta ir izvietoti saules kolektori
175 m2 platībā, un uz Aizkraukles novada ģimnāzijas jumta 33m2
platībā, un abi šie kolektori
saražos siltumenerģiju līdz pat 3% apmērā no kopējā pilsētas siltuma slodzes vasaras periodā.
26
Tas ir pietiekams daudzums, lai varētu apgādāt ar karsto ūdeni vienu piecstāvu daudzdzīvokļu
māju, taču ieguvums no saules enerģijas izmantošanas siltumražošanā ir būtiski atkarīgs no
laika apstākļiem (Building.lv 2010).
Savukārt saules kolektoru nozaru pārstāvji 2013. gada oktobrī nosūta atklātu vēstuli
finanšu un ekonomikas ministriem kurā norāda: „Apkurē jau ir pazaudēti miljoni latu, kurus
būtu bijis iespējams ietaupīt, saprātīgi rīkojoties ar Eiropas Savienības līdzfinansētajām ēku
siltināšanas programmām.” SIA "Saules kolektors" tehniskais direktors un vēstules iniciators
Dainis Millersons norāda, ka „nozares uzņēmumu mērķis ir panākt, lai no turpmākajām
Eiropas Reģionālās attīstības fonda (ERAF) finansētajām ēku siltināšanas programmām tiktu
izņemti punkti, kas aizliedz uzstādīt saules kolektoru sistēmas.”( Latvijas reitingi.lv 2013)
Kā atzīst firmas „Viessmann” tirdzniecības inženiere Jeļena Vobļikova: „Cilvēku
interese par solārajām sistēmām pieaug katru gadu līdz ar kurināmā cenu strauju pieaugumu.
Cilvēki nāk uz konsultācijām gan pie mums uz pārstāvniecību gan pie mūsu sadarbības
partneriem. Šobrīd Latvijā ar saules kolektoriem gadā vidēji tiek aprīkoti vairāki simti
objektu, turklāt tendence ir augoša - pieprasījums katru gadu pieaug par 50-100%.”
(Wiessmann.lv 2014.)
Saules enerģijas izmantošanas iespējas Latvijā un visā Baltijas reģionā tiek pētītas
augstā zinātniskā līmenī. LZA Fizikālās enerģētikas institūta Enerģijas resursu laboratorijā,
kuru vada viens no pazīstamākajiem saules enerģijas izmantošanas pētniekiem Latvijā –
Dr.habil.sc. ing., prof. Pēteris Šipkovs šobrīd tiek turpināti dažādu saules kolektoru veidu
darba ražīguma testēšanas pasākumi, izmantojot iekārtas, kas uzstādītas uz šīs ēkas jumta
(picaso.lv).
Pašlaik Latvijā pilotprojektu veidā uzstādīti 14 lielie saules kolektoru objekti. No
tiemarī daudzi Vidzemes pusē, piemēram: saules kolektoru sistēma Mazsalacas vidusskolā,
siltā ūdens sagatavošana VSAC „Vidzeme” pansionātā „Rūja”, saules kolektori siltā ūdens
sagatavošana Rūjienas vidusskolā u.c. Tāpat Latvijā uztādītas 7 solārās siltimsūkņu sistēmas ,
6 plakanie vakuma saules kolektori, 7 apkures sistēmas ar saules kolektoriem kā arī 4
peldbaseini aprīkoti ar saules kolektoriem ūdens sildīšanai. Arī šobrīd ar ES projektu
līdzfinasējumu daudzviet Latvijā (piem. SKII „Naukšēni”) tiek uzstādītas saules koletoru
sistēmas. Saules kolektoru sistēma VSAC „Vidzemes pansionātā „Rūja”
VSAC „Vidzeme”pansionātā „Rūja” projekts realizēts 2012. gada jūlijā ar KPFI 75%
līdzfinansējumu. Sistēma sastāv no:
· 25 gab. TS400 plakaniem vakuuma saules kolektoriem (skat.1.26. att.),
· 2 gab. HSK1500 litri akumulācijas tvertnēm (skat. 1.26. att.),
· kopējā sistēmas jauda: 36,2 kW,
· kopējās projekta izmaksas 35 000Ls.
Paralēli siltā ūdens sildīšanai pansionātā saules kolektoriem pieslēgti arī kurināšanas
katli. Dienā kad apmeklēju pansionātu gaisa temperatūra bija +20°C, temperatūra kolektorā
27
+50°C, siltumnesēja (Tesola) temperatūra +32°C, bet ūdens temperatūra boilerī +20°C. Kā
atzīst pansionāta „Rūja” saimniecības daļas vadītājs Andis Alziņš, šobrīd kolektoru jauda ir
nepietiekama, jo ar silto ūdeni jānodrošina 250 klienti un arī 80 cilvēku personāls. Kopā 25
TS 400 saules kolektori ar virsmas platību 50.70 m2 saražo 400m3
karsto ūdeni gadā. 400m3
karstā ūdens ražošanai nepieciešama enerģija 20 MW/h. 1 MW/h vidēji maksā 43 EURO.
Apkures ekonomija gadā ir 860 EURO. Tātad saules kolektori atmaksāsies ~40 gados (A.
Alziņš pers. ziņojums).
1.26. attēls: Saules kolektori un HSK1500 litri akumulācijas tvertnes VSAC „Rūja”
Izpētot gan literatūrā aprakstītos, gan darbībā redzētos saules kolektorus var secināt, ka
industriālo saules kolektoru cenas un sistēmas kopējās izmaksas nosaka katra ražotāja saules
kolektoru konstrukcija, dizains, izmantotie materiāli.
Mūsu klimatā atmaksājas tikai kvalitatīvi saules kolektori, kuru ražotāji dod 10 + gadus
ilgu garantiju. To kalpošanas ilgums visticamāk būs 25 gadi un ilgāk. Šādi 2m2 lieli kolektori
nemaksā mazāk par 600 EURO. Paši saules kolektori ir tikai viens no elementiem saules
kolektoru sistēmā.
Lai saules kolektori varētu darboties nepieciešams uzstādīt visu saules kolektoru
sistēmu:
· lai saules kolektorus piestiprinātu pie jumta vai uz citas virsmas, jāizmanto alumīnija
vai cita nerūsējoša metāla nesošās konstrukcijas, kas vidēji diviem saules kolektoriem maksā
400 EURO ,
· solārais boileris, kas no parastā atšķiras ar konstrukciju un siltumizolācijas īpašībām, 2
kolektoru sistēmā var maksāt 800 EURO,
· sistēmas kontrolieris, kas nodrošina sistēmas automātisku darbību un siltumnesēja
cirkulācijas sūkņu griešanās ātruma modulēšanu, atkarībā no sarežģītības un nepieciešamajām
funkcijām maksā no 150 līdz pat 800 EURO,
· kvalitatīvs un sertificēts solārais propilēnglikola šķidrums maksā 50 līdz 100 EURO,
· hidromezgls 280-700 EURO,
· nerūsējošā tērauda gofrētās caurules ar UV starojuma drošu siltumizolāciju 30 metri
400 EURO.
Tātad vidēji 4m2 liela saules kolektoru sistēmas uzstādīšana privātmājai var izmaksāt
2680-3700 EURO un vairāk.
Var secināt, ka industriāli pieejamās saules kolektoru sistēmas ir sarežģītas un dārgas,
tādēļ savā darbā meklēšu lētāku un vienkāršāku risinājumu saules kolektora izveidei.
28
2.PROTOTIPA IZSTRĀDE SAULES ENERĢIJAS ŪDENS SILDĪTĀJAM
2.1. Materiāli un metodes
Praktiskā darba- paštaisīta saules kolektora būvēšana un iegūto rezultātu
pētījuma laiks un vieta:
Eksperiments veikts laikā no 2014. gada 20. februāra līdz 2014. gada 21. maijam VA.
Tā kā industriālie saules kolektori ir dārgi, mans eksperimenta mērķis ir izveidot
vienkāršas darbības automatizētu saules kolektoru ar daudz lētākām izmaksām.
Eksperimentāli izgatavotais saules kolektors ir vaļēja, aktīva sistēma, kur kā siltumnesējs tiek
izmantots pats ūdens. Saules kolektora būvniecībai tiek izmantots vecs loga rāmis ar stiklu,
putuplasts, vislētākā dārza šļūtene 50 m gara, melna krāsa, vecs ūdens boileris. Lai
nodrošinātu efektīvāku kolektora darbību kolektora būvniecībai tiek izmantoti automātikas
elementi; cirkulācijas sūknis, termostats un komutācijas relejs.
Eksperimentā izmantotie materiāli skat. 2.1 tab.: 2.1. tabula
Eksperimentā izmantotie materiāli
Materiāli Tehniskie parametri
Loga rāmis
70mm x 130 mm
Finiera saplāksne
70mm x 130 mm x 10 mm
Akmens vate
Rockwool Rockmin
Plus
70mm x 130 mm x 100mm
Savilcējlentas
10m
Zaļa dārza laistāmā šļūtene
Garums 50m, šļūtenes iekšējais
diametrs Ø18 mm
Alumīnija līmfollija
50 mm x 10 m
29
Materiāli Tehniskie parametri
Melna VIVA
COLOR krāsa
Izjaucamie
savienojumi ar
iekšējo un ārējo vītni
DN 16
DN 20
Kapara caurules
40cm garas
Ø17mm
Cauruļu siltumizolācija SANFLEX
400mm
Ø20 mm
Lietots
elektriskais,
horizontālais boileris KRISTAL
Tilpums 100 L
Pretvārsts DNB 20
Ø 18 mm
Drošības vārsts
¾” 3 bar
Mehāniskais pasīvais termostats ar bimetāla slēdzi TAS-AR
T +20°C - +80°C
250V-15A
Cirkulācijas sūknis GRUNDFOS UPS
25-20
Ražība 0.2-1.8 m3/h
Spiediens Max. Bar. 10
Bimetālais termometrs T25
Iegremd. daļa L – 25mm
Mērišanas diapazons 0- 120°C
Štucers: ass; radiāls
Komutācijas relejs M230 AC4
Vadības spriegums
Darbības temperatūra
Komutācijas jauda
30
2.2. Saules kolektora gatavošanas darba gaita
1.Dubultloga sānos izurbt divus caurumu, ieejošai un izejošai ūdens šļūtenei .
2.Sākotnēji apakšējo loga stiklu nolīmē ar alumīnija līmfoliju. Tomēr stikls neiztur
līmēšanas procesu un saplīst. Stikla vietā loga rāmī ievieto finiera saplāksni un pieskrūvē.
Saplāksni nolīmē ar alumīnija foliju.
3.Lai saules kolektors vēl labāk absorbētu saules enerģiju alumīnija foliju nokrāso ar
melnu krāsu.
4. Pie loga finiera saplākšņa pieskrūvē koka līstes, lai izveidotu vietu kolektora
siltinājumam.
5. Kolektora siltināšanai izmantota 100mm biezuma akmens vati un putuplastu.
Siltinājuma nostiprināšanai uzliek otru finiera saplāksni, nostiprina ar savilcējlentām un
pieskavo pie loga rāmja.
6.Logā ieklāj 50 metrus garu, zaļu dārza ūdens šļūteni ar iekšējo diametru Ø18mm.
Šļūteni nostiprina ar savilcējlentām, pieskavo pie finiera saplāksnes.
7.Šļūteni nokrāsota ar melno krāsu.
8.Ūdens boilera galā iemetina 2 caurules: aukstā ūdens ņemšanai no boilera un siltā
ūdens ieplūdei boilerī no kolektora.
9.Lai precīzāk nodrošinātu temperatūras mērīšanu no kolektora izejošo šļūtenes galu
pārgriež un šļūtenē ievieto 17mm diametra kapara cauruli. Pie kuras ar cauruļu
siltumizolācijas materiālu SANFLEX tiek piestiprināts un noizolēts no apkārtējās vides
mehāniskais pasīvais termostats ar bimetāla slēdzi.
10. Starp boileri un kolektoru ievieto cirkulācijas sūkni, starp boileri un auksto ūdens
pievadu ievieto pretvārstu un drošības vārstu, kuri nodrošina spiedienu sistēmā.
11.Sistēmā tiek ievietoti bimetāla termometri T-25: boilera ieejoša vadā, izejoša vadā un
boilerī.
12. Termoregulatoru un sūkni savieno ar releju (skat.1-3 pielikums) .
.
2.1. attēls: Saules kolektors
2.3. Saules kolektora shēma
`
Drošības vārsts 3 bar – 1 gab.
Termostats TAS-AR – 1gab.
Krāni - 3gab.
Sūknis GRUNDOFS UPS 25-20
2.2. attēls: Saules kolektora shēma Termometri T25- 3gab.
Pretvārsts DNB 20 – 1gab
31 Relejs M230 AC4 - 1gab
TE
TE
No esošā aukstā ūdensvada ievada
Karstais,
uzsildītais ūdens Drošības vārsts 3bar
Sūknis GRUNDOFS UPS 25-20
L=0.6m3/h: H 0.5m ūd.st., N=25kW
Saules kolektors
70mmx 130mm Termostats TAS-AR
Relejs M230 AC4
AC4AC4
Termometri T25
Ūdens boileris 0.1 m
3
Krāni
Pretvārsts DNB 20
2.4. Saules kolektora darbības princips.
1. Eksperimentāli izgatavotā saules kolektora sistēma ir vaļēja, aktīva sistēma,
kur kā siltumnesējs tiek izmantots pats ūdens.
2. Kad ūdens temperatūra saules kolektorā sasniedz +40°C, termostats, caur
releju, ieslēdz sūkni.
3. Ieslēdzoties sūknim, sasildītais ūdens no kolektora tiek aizpumpēts uz boileri,
savukārt auksto ūdeni no boilera apakšas aizsūknē uz kolektoru.
4. Kad ūdens temperatūra kolektorā nokrītas zem +30°C, sūknis izslēdzas.
5. Process atkārtojas, līdz ūdens boilerī ir sasniedzis nepieciešamo ūdens
temperatūru.
6. Kad siltais ūdens no boilera tiek patērēts, no aukstā ūdens pievada sistēmas
boilerī ieplūst aukstais ūdens.
7. Pretvārsts nodrošina ūdens aizplūšanu no boilera (skat. 2.2.att.).
2.5. Automātiskās vadības izvēles princips
No automātikas elementiem izvēlos 2 temperatūras sensorus un
kontrolieri. Automātikas darbības princips: kad temperatūra pie kolektora izejas Tk (augšā)
ir+ 3°C lielāka par temperatūru ūdens boilerī Tt (Tk>Tt + 3°C jeb Tk-Tt>3°C),
tad temperatūras devējs dod impulsu kontrolierim, kas savukārt ieslēdz
sūkni. Kad temperatūra izlīdzinās (Tk~Tt), automātika izslēdz sūkni.
Taču sazinoties ar tehniskajām firmām „Lāsma” un „SLO” izrādās, ka lētākie
kontrolieri maksā 130-150 EURO, tādēļ izvēlos lētāku variantu: termostatu un komutācijas
releju.
2.5.1. Termostata izvēle
Izvēlos mehānisko pasīvo termostatu TAS–AR ar bimetāla slēdzi, kas izolēts no
mainīgās ārējās vides (skat. 2.5. att.). Šādu termostatu izvēlos, jo tas krietni vien samazinās
kolektora automātikas izmaksas. Šis termostats vienlaicīgi veiks divas funkcijas: temperatūras
kontroli un sūkņa ieslēgšanas, izslēgšanas funkciju.
Bimetāla slēdzis saslēdz elektrisko ķēdi (termostatu, sūkni), ja ūdens kolektorā uzsilis
virs +40°C temperatūras. Kad ūdens kolektorā atdziest zem +30°C slēdzis atvieno sūkni līdz
ar to pārtraucot ūdens aukstā ūdens padevi kolektoram.
2.5. attēls: Termostats TAS -AR
32
33
2.5.2. Releja izvēle.
Lai nodrošinātu pareizu saules kolektora automātikas darbību, nepieciešams
komutācijas relejs. Relejs nepieciešams, lai nodrošinātu sūkņa ieslēgšanās, izslēgšanās
darbību, pretēji termostata darbībai.
Komutācijas relejs M230 AC4 ir elektromehāniska ierīce, kas paredzēta elektrisko ķēžu
komutācijai (skat. 2.6. att.). Relejs sastāv no kontaktiem, ko pārslēdz ar solenoīda veida
elektromagnēta palīdzību, izmantojot enkuru no magnētiska materiāla. Komutācijas releja
M230 AC4 tehniskos datus skat. 2.3. tab.
2.6. attēls: Komutācijas releja M230 AC4
2.3 tabula
Komutācijas releja M230 AC4 tehniskie dati
Vadības spriegums 230 VAC
Darbības temperatūra -40...+55 °C
Komutācijas jauda 250 VAC 6 A
Izmēri W x H x D 6.2 x 93 x 75.6 mm
2.5.3. Sūkņa izvēle
Cirkulācijas sūkņa GRUNDFOS UPS 25-20 īss apraksts un darbības princips.
Kolektoram izvēlos GRUNDFOS UPS 25-20 markas vienpakāpju, vienpusēju,
zemspiediena cirkulācijas sūkni ar ražīgumu 0,6 m3/h.
Sūknis sastāv no korpusa, darba rata ar izliektām lāpstiņām, plāksnītēm, kas izvietotas
uz vārpstas, sūccaurules, spiedcaurules. Ūdeni sūknim pievada centrā, bet no korpusa izvada
pa pievienoto īscauruli. Darba ratam rotējot, lāpstiņas pārnes mehānisko enerģiju uz šķidrumu
un tas sāk pārvietoties centrbēdzes spēka ietekmē no centra uz perifēriju un iekļūst izplūdes
caurulē. Līdz ar to pie ieplūdes darba ratā rodas retinājums un šķidrums atmosfēras spiediena
ietekmē pa ieplūdes cauruli pieplūst sūknim (skat.2.3. att.).
34
2.3. attēls: Cirkulācijas sūkņa GRUNDFOS UPS 25-20 uzbūve,
elektrības pieslēguma shēma Avots: (Grundofs.lv 2014)
2.2. tabula
Tehniskie parametri GRUNDFOS UPS 25-20
Dati Parametri
Ražība m3/h 0.2-1.8
Spiediens Max, Bar 10
Jauda (3 ātrumi), kW 25, 40, 65
Kā redzams 2.4. att., lai nodrošinātu izgatavotā saules kolektorā ūdens plūsmu
nepieciešama spiediena starpība starp ieeju un izeju no kolektora. Sūknim GRUNDFOS UPS
25-20 ir 3 ieejas jaudas: 25W, 40W, 60W. Kolektora ūdens cirkulācijas nodrošināšanai
izvēlos 1 ātrumu ar jaudu 25W.
2.4. attēls: Sūkņa GRUNDFOS UPS 25-20 darbības raksturlīknes
Avots: (Grundofs.lv 2014)
35
2.5.4. Automātikas darbības princips
1. Kad temperatūra kolektorā ir zem +30°C, termostata slēdzis ir saslēgts un strāva
tiek padota uz releja elektromagnētisko spoli, līdz ar to atslēdzot sūkni no
sprieguma.
2. Kad temperatūra kolektorā sasniedz +40°C termostata slēdzis atveras un pārtrauc
sprieguma padevi uz spoli. Releja kontakts saslēdzas un spriegums tiek padots
uz sūkni. Sūknis ieslēdzas un darbojas līdz kolektora ūdens temperatūra nokrītas
līdz +30°C (skat. 2.7. att).
2.7. attēls: Saules kolektora automātikas darbības princips
Ø
Ø
O
T
N
L
N
L
Ø
1
.
2
.
Nulle
Fāze
Zemējums
Komutācijas relejs M230 AC4
Termostats TAS-AR
1
. 2
.
36
2.6. Saules kolektora efektivitāte
Eksperimentāli novēroju saules kolektora darbību no 2014. gada 17.-30. aprīlim.
Siltākajās dienās, kad gaisa temperatūra sasniedza +20°C, ūdens boilerī uzsila līdz
+33...+37°C temperatūrai.
Dienās, kad gaisa temperatūra noslīdēja zem +20°C, ūdens temperatūra nokritās zem
+30°C (skat.2.8. att.).
2.8. attēls: Boilerī uzsildītā ūdens temperatūra attiecībā pret gaisa temperatūrām
Aprīļa mēnesī likās, ka saules kolektors darbojas nevainojami, taču maija otrajā pusē,
kad gaisa temperatūra sasniedz +30°C, parādījās arī trūkumi automātikas izvēlē. Kad gaisa
temperatūra ārā uzkarsa līdz +30°C, temperatūra kolektorā sasniedza pat +50°C un sasildīja
ūdeni boilerī virs +40°C, līdz ar to sūknis darbojās nepārtraukti, neizslēdzoties. Šinī gadījumā
varētu pārregulēt termostata ieslēgšanās funkciju uz augstāku temperatūru, bet aukstākajās
dienās atkal būtu jāpārregulē uz zemāku temperatūru. Tas būtu ļoti neparocīgi. Man
secinājums, ka tomēr labāk būtu bijis izvēlēties sākotnējo variantu kur kā automātikas
elementi būtu 2 temperatūras sensori un regulējošais bloks vai arī pašam veidot kontrolējošo
bloku uz arduino bāzes.
37
2.7. Saules kolektora ekonomiskais novērtējums
Saules kolektora izmaksas skat. 2.4. tab.
2.4. tabula
Saules kolektora izmaksas
Materiāli Cena
(EURO)
Loga rāmis 0.00
Finiera saplāksne 0.00
Akmens vate 0.00
Savilcējlentas 1.20
Zaļa dārza laistāmā šļūtene 50m 27.43
Alumīnija līmfollija 3.00
Melna krāsa 1.70
Izjaucamie savienojumi ar iekšējo un ārējo vītni 25.20
Kapara caurules 2.40
Cauruļu siltumizolācija SANFLEX 0.40
Lietots elektriskais, horizontālais boileris KRISTAL 0.00
Pretvārsts DN 15 1.78
Drošības vārsts 3 bar 4.36
Mehāniskais pasīvais termostats ar bimetāla slēdzi TAS-AR
9.93
Cirkulācijas sūknis GRUNDFOS UPS 25-20 100.83
Bimetālais termometrs T63 9.00
Komutācijas relejs M230 AC4 11.00
KOPĀ IZMAKSAS ∑ EURO 198.23
Paškonstruēts, automatizēts saules kolektors izmaksāja 198.23 EURO. Vislielākās
izmaksas 100.83 EURO sastādīja cirkulācijas sūknis.
Pie gaisa temperatūras +20°C, pašgatavotais saules kolektors spēj dienā sasildīt vismaz
100 litrus siltā ūdens ar temperatūru +37°C un vairāk. Turklāt saules kolektors efektīvi
darbojās ne tikai saulainajās, bet arī mākoņainajās dienās. Šāds saules kolektors no aprīļa līdz
septembrim spēs nodrošināt privātmāju ar siltu ūdens dušu, ļaujot ietaupīt elektrības izmaksas
ūdens sildīšanai.
38
SECINĀJUMI
1) Latvijas platuma grādos saules enerģiju var veiksmīgi izmantot kā videi
nekaitīgu, alternatīvu energoresursu, jo Latvijas teritorijas m2 gadā vidēji saņem
1100 kWh saules enerģijas, no kuras elektroenerģijā var pārvērst 150 kWh , kas
ir nedaudz vairāk kā citās Skandināvijas valstīs;
2) Visefektīgākie Latvijas platuma grādos ir plakanie vakuuma saules kolektori, jo
Vakuuma kolektori atšķirībā no plakanajiem absorbē ne tikai saules starus, bet
arī infrasarkanā siltuma starojumu, tāpēc ar 20% jaudu darbojas arī ziemā.
3) Eksperimentāli izgatavots, automatizēts saules kolektors izmaksāja 198.23
EURO. Pie gaisa temperatūras +20°C, pašgatavots saules kolektors spēj dienā
sasildīt vismaz 100 litrus ūdens ar temperatūru +37°C un vairāk;
4) Apkopojot pētījuma rezultātus secināju, lai uzlabotu paškonstruētā saules
kolektora efektivitāti:
· no automātikas elementiem labāk (par termostatu un releju) būtu izvēlēties
temperatūras sensorus un kopā ar regulējošo bloku vai pašam veidot
kontrolējošo bloku uz arduino bāzes;
· lai aukstajās, vējainajās dienās kolektora sistēmā būtu mazāki siltuma zudumi
nepieciešams nosiltināt no kolektora izejošās caurules un nohermetizēt loga
rāmi;
· efektīvāk dārza šļūtenes vietā kolektora izgatavošanai būtu izmantot materiālu
ar labāku siltumvadītspēju, piemēram, kapara caurules. Taču, līdz ar to,
kolektora izmaksas pieaugtu vismaz par 200-300 EURO.
5) Pašgatavots saules kolektors ir lielisks papildinājums energoapgādei, jo:
· saules enerģijas izmantošana ir bezmaksas,
· enerģijas ražošanas procesā nerodas emisijas un atkritumi,
· samazinās karstā ūdens rēķini,
· netiek noplicināti dabas resursi.
IZMANTOTĀ LITERATŪRA
1. Kancevica L., Aboltins A.. 26-27 May, 2011 Substantion for construction of solar
collector with reflectors Latvia University of Agriculture, Jelgava, 326-329 pp.
2. Lane T. and Olson K. Homepower Magazine. 2002. "Solar hot water for cold
climates: Part II – Drainback systems". 86: 62–70.
3. Moskvins G. 2008. Mācību līdzeklis studiju priekšmetā „Automatizācija”, Jelgava
LLU Tehniskā fakultāte, 99-100 lpp.
4. Mojiri Ahmad, Taylor A. Robert, Thomsen Elizabeth, Gary Rosengarten. December
2013 Spectral beam splitting for efficient conversion of solar energy—A review,
Renewable and Sustainable Energy Reviews. Pages 654–663
5. Shipkovs P., Esbensen T., Kashkarova G., Lebedeva K., Shipkovs J. 2005. Solar
energy use in Latvian conditions. Journal of applied research official journal of
Lithuanian Applied Sciences Academy, Lithuania, Nr. 2, 68-73 pp.
6. Šipkovs P.. 2007. Atjaunojamo energoresursu izmantošana Latvijas apstākļos. Rīga.
15-21 lpp.
7. Šipkovs P., Kaškarovs D., Šipkovs J. 1999. Saules enerģijas izmantošanas iespējas
Latvijā. LZA, LLA un MZA, LLU. Simpozija referātu krājums. Jelgava, 5 lpp.
8. Trinkl, Christoph, Wilfried Zörner, Claus Alt, Christian Stadler "Performance of
Vacuum Tube and Flat Plate Collectors Concerning Domestic Hot Water Preparation
and Room Heating". 2nd European Solar Thermal Energy Conference 2005
(estec2005). CENTRE OF EXCELLENCE FOR SOLAR ENGINEERING at
Ingolstadt University of Applied Sciences. Retrieved 2010-08-25
9. Pun Ghedia April 25, 2013 posted to University of South Wales Renewable and
Sustainable Energy · http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php 19.02.2014.
10. Sauleskolektors.lv . Pieredzes grāmata – SlideShare. 2013. gada 27. marts
http://www.slideshare.net/sauleskolektorslv/sauleskolektorslv-pieredzes-grmata
20.02.2014.
11. Syn City Hot, Water Solar Hot Water Systems.
http://www.suncityhotwaterplumbing.com.au/solar_hot_water_systems 20.02.2014.
12. Baxi Group. Solārās sistēmas. http://www.jana.lv/f/uploads/SOLLV.pdf 21.02.2014.
13. Heliodyne. 2013. Solar Flat Plate vs. Evacuated Tube Collectors.
http://eventhorizonsolar.com/pdf/FlatvsEvac.pdf 20.02.2014.
14. Apricus Solar hot water. Solar Collector.
http://www.apricus.com/html/solar_collector.htm 21.02.2014.
15. Sauleskolektors.lv. Saules kolektors.
http://sauleskolektors.lv/lv/par_kolektoriem/tipi.html 22.02.2014.
16. SelSol. Alternatīvās tehnoloģijas. http://www.selsol.lv/saules-kolektori 22.02.2014.
17. Word press.com. a. 2009. gada 1. okt. Saules kolektors 1 daļa.
http://andzja.wordpress.com/2009/10/01/saules-kolektors-1-dala/ 22.02.2014.
39
18. Belarusin web portalon renewable energy. Solar energy overview.
http://re.buildingefficiency.info/en/solar-energy-overview/ 23.02.2014.
19. Building.lv. Termosolārie risinājumi. http://www.building.lv/news/267-saules-
energijas-izmantosana/94874-termosolarie-risinajumi-jeb-saules-energija-silta-udens-
sagatavosanai-un-pamata 25.02.2014.
20. Power Magazine. On 26, January 2012. Solar Water Heating System Basics Home
http://www.homepower.com/articles/solar-water-heating/basics/what-solar-water-
heating 25.02.2014.
21. Word press.com. b Saules bateriju/paneļu sistēmas.
http://andzja.wordpress.com/2009/10/19/ 25.02.2014.
22. Lāsma. Termostats. http://www.lasma.lv/lat/termostats/412-elko-ep-ter-9-digitalais-
termostats/ 26.02.2014.
23. Elkoep. http://www.elkoep.ru/produkcija/inels-bus-system/ 27.02.2014.
24. Junkers. Saules enerģija. http://www.junkers.lv/produkti/tehnikas-darbibas-
principi/solara-energija.html 26.02.2014.
25. ACA.LV. Izmantojam saules enerģiju. 2008. gada 23. Marts: aktīvās sistēmas
http://www.allconstructions.com/.../ izmantojam-saules-energiju-aktivas-sistemas
28.02.2014.
26. LIKUMI. LV. MK Nr.38 „Noteikumi par Latvijas būvnormatīvu LBN 222-99
"Ūdensapgādes ārējie tīkli un būves"” 01.02.2000. ar grozījumiem www. likumi.lv
28.02.2014.
27. Renewable Energy. Policy Network for the 21st Century
http://www.ren21.net/REN21Activities/GlobalStatusReport.aspx?gclid=COHh39WE-
bwCFWbqcgodVjkA0g 01.03.2014.
28. SEB. Preses relīzes. 2009. gada 19. augusts. Ar SEB bankas un JUNKER palīdzību
Valmieras SOS bērnu ciematā http://seb.lv/lv/about/press-centre/press-
releases/y2009/june/news19082009a/ 03.03. 2014
29. Building.lv. 2010. gada 4. okt. Saules kolektori Aizkrauklē.
http://www.building.lv/news/206-atjaunojamo-energoresursu-izmantosana-vel-tals-
cels-ejams/109682-saules-kolektori-aizkraukle 03.03.2014.
30. Latvijas reitingi. 2013. gada 17. okt. Saules kolektoru nozare: Apkurē pazaudēti
miljoni . http://www.reitingi.lv/lv/news/ekonomika/84454-saules-kolektoru-nozare-
apkure-pazaudeti-miljoni.html 05.03.2014.
31. Wiessman. Saules kolektori strāvas ražošanai.
http://www.viessmann.lv/lv/privatmaja/produkti/photovoltaik.html 05.03.2014.
32. PICASO.LV. Saules enerģijas izmantošana pasaulē un Latvijā
http://www.picaso.lv/lv/nozares-jaunumi/86-saules-enerijas-izmantoana 05.03.2014.
33. GRUNDFOSShttp://www.akvedukts.lv/userfiles/image/Informacija/RK/RK_UPS_25
_20.pdf 22.04.2014
40
PIELIKUMI
I PIELIKUMS.
SAULES KOLEKTORA GATAVOŠANAS DARBA GAITA
1. attēls: Caurumu izurbšana un finiera saplākšņu pieskrūvēšana loga rāmim
2. attēls: Finiera saplākšņa nolīmēšana ar alumīnija foliju, nokrāsošana
3. attēls: Loga rāmja nosiltināšana
II PIELIKUMS.
SAULES KOLEKTORA GATAVOŠANAS DARBA GAITA
1. attēls: Šļūtenes ieklāšana loga rāmī, nokrāsošana
2. attēls: Kapara caurules ievietošana, termostata piestiprināšana, noizolēšana
3. attēls: Pretvārsta, sūkņa pievienošana
III PIELIKUMS.
SAULES KOLEKTORA GATAVOŠANAS DARBA GAITA
1. attēls: Bimetāla termometru ievietošana, releja pievienošana
2. attēls: Saules kolektors
IV PIELIKUMS. APLIECINĀJUMS PAR AUTORA MANTISKO
TIESĪBU NODOŠANU
APLIECINĀJUMS
par Autora mantisko tiesību nodošanu
Saskaņā ar Autortiesību likuma 15.pantu, kas nosaka mantiskās tiesības, kuras Autors var nodot trešajām personām, piekrītu nodot Vidzemes Augstskolai šādas mantiskās tiesības attiecībā uz savu darbu: (lūdzu aizpildīt, atzīmējot ar „x”)
x Publiskot darbu – jebkura darbība, ar kuru tieši vai ar attiecīgas tehniskas ierīces palīdzību darbs, izpildījums, fonogramma vai raidījums tiek padarīts pieejams sabiedrībai;
x Publicēt darbu – darbība, ar kuras palīdzību darba kopijas ar autora piekrišanu kļūst pieejamas sabiedrībai;
x Publiski izpildīt darbu
– darba vai atskaņojums vai kā citādi tieši vai ar jebkuras tehniskas ierīces palīdzību vai procesa starpniecību veikts izmantojums publiski;
x Izplatīt darbu – darbība, ar kuru darba oriģināls vai kopija tiek pārdota vai citādi atsavināta (piemēram, dāvinājums);
x Padarīt darbu pieejamu sabiedrībai pa vadiem vai citādā veidā tā, ka tam var piekļūt individuāli izraudzītā vietā un individuāli izraudzītā laikā
x Tulkot darbu – rakstītā vai runātā vārda, teksta satura, jēgas, domas (ieskaitot zemtekstus u. c.) izteikšana ar citas valodas līdzekļiem;
x Iznomāt, izīrēt un publiski patapināt datorprogrammu
– darba oriģināla vai tā kopiju izmantotāja darbība, ar kuras palīdzību darbs ar sabiedrībai pieejamu iestāžu starpniecību uz ierobežotu laiku tiek padarīts pieejams neierobežotam personu lokam bez mērķa gūt tiešu vai netiešu ekonomisku vai komerciālu labumu;
x Īslaicīgi vai pastāvīgi reproducēt datorprogrammu
– darba vienas kopijas vai vairāku kopiju izgatavošana ar jebkuriem līdzekļiem jebkādā formā un mērogā, pilnībā vai daļēji, arī darba vai tā daļas īslaicīga vai pastāvīga uzglabāšana elektroniskā veidā.
x Tulkot, adaptēt un jebkādi citādi pārveidot datorprogrammu un reproducēt šādi iegūtos rezultātus
Darba autors: Mārtiņš Ozols / / autora vārds un uzvārds paraksts datums
Kvalifikācijas darbs
VIENKĀRŠAS DARBĪBAS PRINCIPA
AUTOMATIZĒTS SAULES ENERĢIJAS ŪDENS SILDĪTĀJS darba nosaukums
izstrādāts Vidzemes Augstskolas inženierzinātņu fakultātē.
V PIELIKUMS. APLIECINĀJUMS PAR DARBA ATBILSTĪBU
APLIECINĀJUMS par darba atbilstību
Ar savu parakstu apliecinu, ka darbs izstrādāts patstāvīgi un tajā ir atsauces uz visām
izmantotajām citu autoru atziņām un datiem. Darbs izstrādāts saskaņā ar VIA ētikas
pamatprincipiem, Studējošo akadēmiskās ētikas nolikumam un fakultātes metodiskajiem
norādījumiem. Apzinos, ka plaģiāta konstatēšanas gadījumā darbs tiks noraidīts.
Iesniedzot darbu, uzņemos atbildību par jebkuras konfidenciālas informācijas, kas iegūta
darba izstrādes gaitā, neizplatīšanu.
Kvalifikācijas darbs
VIENKĀRŠAS DARBĪBAS PRINCIPA
AUTOMATIZĒTS SAULES ENERĢIJAS ŪDENS SILDĪTĀJS darba nosaukums
izstrādāts Vidzemes Augstskolas inženierzinātņu fakultātē.
Darba autors: Mārtiņš Ozols / / autora vārds un uzvārds paraksts datums
Darbs iesniegts fakultātē / /
fakultātes vecākā speciālista vārds un uzvārds paraksts datums
Rekomendēju
darbu aizstāvēšanai Dr. Sc. ing., docents Arnis Cīrulis / / (aizpildīt, ja fakultātē noteikts) darba vadītāja zinātniskais grāds, vārds un uzvārds paraksts datums
Darbs aizstāvēts 2014.gada ___. ___________ ar vērtējumu
( )
vērtējums cipariem vērtējums vārdiem
Valsts pārbaudījumu komisijas priekšsēdētājs (bakalaura un maģistra darbam)
/ /
vai studiju programmas
direktors (gada projektam)
valsts pārbaudījumu komisijas priekšsēdētāja vai
studiju programmas direktora vārds, uzvārds
paraksts datums
RECENZIJA INŽENIERZINĀTŅU FAKULTĀTES KOLEDŽAS STUDIJU PROGRAMMAS
KVALIFIKĀCIJAS DARBA
RECENZIJA
Recenzents: vārds, uzvārds, grāds _________________________________________________
Darba autors (i): _______________________________________________________________
Darba nosaukums: _____________________________________________________________
____________________________________________________________________________
1. Vai ir noformulēts darba mērķis, darba uzdevumi, uzrādīti darba rezultāti, secinājumi _____
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
2. Darba būtība _______________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
3. Darba struktūra (uzskaitījums) _________________________________________________
____________________________________________________________________________
4. Autora teorētiskās zināšanu novērtējums _________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
5. Autora tehniskās zināšanu un prasmju novērtējums _________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
6. Vai darbā izmantotā argumentācija ir pārliecinoša un konsekventa? Vai šai argumentācijai seko loģiski slēdzieni un secinājumi? ______________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
7. Darba valoda (vai ir zinātniska darba valoda, skaidri izteikta doma, gramatiskās kļūdas). ___
____________________________________________________________________________
8. Darba noformējuma un struktūras atbilstība noteikumiem (titullapa, literatūras saraksts, atsauces, tabulas, attēli) ________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
9.Recenzenta jautājumi: _________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
10. Novērtējums, ieteicamā atzīme ________________________________________________
____________________________________________________________________________
Rezenzents _____________________
Datums ________________________
