Kuidas kavandada päikesekütet?
Triinu Ambur
TM Kodu & Ehitus
Päikesepaneelid katusel | Shutterstock

Viimastel aastatel jõudsalt arenenud taastuvenergia allikate kasutusele võtmine on kindlasti paljusid koduomanikke pannud endalt küsima, kuidas mina sellest kasu võiksin saada. Piisava päikeseenergia puudumine või olemasolu on erinevate uuringute kaudu palju kajastust leidnud ja järjest kasvav päikesepaneelide ning -kollektorite paigalduste arv näitab, kuhu suunas vaadata võiks.

Ehkki sedalaadi süsteemid on päikeselisema kliimaga aladel mõistagi palju tootlikumad, tähendab päikesekütte süsteemide järjest parem tõhusus seda, et ka Eestis võimaldavad need katta märkimisväärse osa sooja vee vajadusest või ruumide küttest (sageli kombineerituna olemasolevate küttesüsteemidega).

Mida rohkem kasvab inimeste teadlikkus, seda enam hakatakse hindama ka keskkonda enda ümber. Meie praeguses energiavarustuses on endiselt põhirõhk fossiilsetel kütustel, mille põletamisel energia saamiseks tekivad kasvuhoonegaasid. Taastuvad energiaallikad seevastu oma elutsükli jooksul kasvuhoonegaase ei tekita või tekitavad vähe. Taastuvenergia lahenduste osakaalu suurendamine energiavalikus aitab vähendada õhku paisatavaid kasvuhoonegaase ja kollektiivset süsinikujälge. Seega aidates õhusaaste vähendamisele ise kaasa, saame mõjutada otseselt meie igapäevast tervist. Päikeseenergiat kasutatakse kodumajapidamises vee soojendamisel ja hoonete kütmisel aina rohkem ja isegi lihtsamad päikeseenergiat kasutavad süsteemid võivad katta (vahel isegi suure) osa koduse sooja vee vajadusest.

Päikesekollektorite õige paigutus

Päikesekollektori parima tootluse tagab õige suund ja optimaalne kaldenurk. Seega on efektiivsus kõige kõrgem, kui päikeselt suunduv kiirgus on kollektori tasapinnaga täpselt risti. Kui on soov päikese kaldenurka täpselt järgida, peaksid kollektorid paiknema detsembris 75-kraadise ja juunis 21-kraadise nurga all (horisontaalse pinna suhtes). Kollektorite kaldenurga pidev muutmine oleks kindlasti tülikas, liiati võib detsembris päikest olla 15 tundi võrreldes juuni-juuliga, mil päikesepaistet võib olla ligi 300 tundi.

Seega jääks isegi optimaalse kaldenurga puhul päikesekollektori tootlikkus detsembris võrrelduna aastatootlikkusega väga tagasihoidlikuks. Aasta keskmist arvestades on optimaalne paigaldada kollektorid 40–45-kraadise kaldenurgaga.

Sõltuvalt hoone paiknemisest ilmakaarte suhtes ja katuse eripärast pole alati võimalik päikesekollektoreid lõuna poole suunata. Kollektorite suunda valides võib lähtuda sellest, et lõunast +/– 45 kraadi ehk kõik suunad edela ja kagu vahel annavad kõrge energiatootlikkuse.

Kuidas leida sobiv süsteemi suurus?

Päikeseküttekollektorite arvu ja pindala valimisel tuleb lähtuda kollektori suunast ja sooja vee vajadusest. Keskmiseks sooja vee kuluks inimese kohta võib arvestada 50 liitrit päevas, hästi toimiv päikeseküttesüsteem peaks katma 50–60% aastasest sooja tarbevee vajadusest.

Sooja tarbevee vajaduse rahuldamiseks võib rusikareeglina arvestada 1,5 m² kollektori aktiivset (absorbeeri) pinda inimese kohta. Sobiva suurusega päikesekütteboileri või akumulatsioonipaagi valimisel tuleks lähtuda ühendatavate kollektorite arvust. Ühele standardse suurusega plaatkollektorile (absorbeeri pindala 1,8 m²) vastavaks vee mahuks arvestatakse üldjuhul 100 liitrit.

Näiteks kui 3–5-liikmelise perekonna sooja tarbevee vajadus on 250 liitrit ööpäevas (91 m³ aastas), kulub sellise koguse vee soojendamisele +10 °C pealt +50 °C peale 4245 kWh energiat aastas. Valides näiteks 300-liitrise päikesekütteboileri ja 3 plaatkollektoriga komplekti (absorbeeri pindala kokku 5,4 m²), millel on sooja tarbevee tootlikkus kollektori absorbeeri m² kohta 495 kWh/aastas, näeme, et selline komplekt võib ära katta 60% tarbevee soojendamiseks vajaminevast energiast.

Päikesekollektori kasuteguri leidmisel võetakse aluseks, kui palju suudab kollektor soojust (W/m²) teatud päikesekiirguse (W/m²) juures toota. Kui päikesekiirgus on 800 W/m² ja kollektor suudab soojust toota 600 W/m², on kasuteguriks 75%.

Kollektori efektiivsus oleneb paljudest teguritest ja võib pidevalt muutuda, sõltuvalt temperatuuride ja päikesekiirguse muutumisest. Ilmastikuolude muutumisel on oluline roll parima tootlikkuse tagamisel ka päikesekollektorite juhtsüsteemil ehk kontrolleril. On kontrollereid, mis võrdlevad lihtsalt temperatuuride vahet päikesekütteboileris ja kollektorites ning nõutava väärtuse puhul käivitavad päikeseküttesüsteemi pumba täisvõimsusel. Paraku ei arvesta selline lahendus süsteemi hetkelise tootlusega, võib süsteemi kiirelt maha jahutada ja jälle ooteasendisse panna.

Kollektori valimine

Erinevate tootjate toodetavate kollektorite tehnilised näitajad on erinevad ja parima ülevaate kollektori tehnilistest omadustest saab Solar Keymarki sertifikaadi andmeid vaadates. Sertifikaadil kajastatud andmetest on meile kõige lähemad Stockholmi kohta välja toodud näitajad. Lõpliku valiku tegemine vaakum- ja plaatkollektorite vahel võib osutuda sama keeruliseks kui valiku tegemine diisel- või bensiinimootoriga auto vahel. Igal kollektoril on kasulik (absorbeeri) pind, mille abil muudetakse päikesekiirgus soojusenergiaks. Plaatkollektorite puhul on eeliseks, et vastav pind moodustab enamiku kollektori pinnast (ligi 90%), vaakumkollektoritel jääb absorbeeri pind alla 60% kollektori üldpinnast.

Eestis müüdavad nn heat-pipe’i tehnoloogial valmistatud vaakumkollektorid pärinevad enamasti Aasiast ja kuigi nende kasuks räägib soodne hind, on nende tehnilised näitajad (eelkõige tootlikkus) suhteliselt tagasihoidlikud, võrreldes näiteks Saksamaal toodetud otsevoolu (direct flow) vaakumkollektoritega.

Heat-pipe’i vaakumkollektorite puhul, millel on vaakumtorud tihedalt üksteise kõrval, võib küljelt paistva päikese puhul üks vaakumkollektori toru tekitada varju järgmisele ja see omab mõju ka tootlusele. Otsevoolu vaakumkollektorites on kasutusel Saksamaal valmistatud vaakumtorud, mis asuvad üksteisest piisavalt kaugel, et vältida varju tekkimist, lisaks on need ümber telje kuni 25 kraadi pööratavad, et tagada päikese suhtes parim suund.

Kollektorite valimisel tuleb kindlasti valida ka sobiva suurusega boiler või akumulatsioonipaak, kuhu toodetud soojusenergiat koguda. Optimaalse suurusega süsteemi puhul, kus kollektorite pindala ja akupaagi maht on vastavas tasakaalus, ei peaks suvise päikesekiirgusega kaasnev suurem tootlus olema probleemiks, kui tagada ka tarbimine. Samas on võimalik kasutada soojusenergia ülejääki näiteks niiskete ruumide kütteks, kui majas on vesipõrandaküte. Mõningatel juhtudel võib kollektori lõpliku valiku määrata hoopis see, et majaomanik soovib igal suvel nädalakese kodust eemal puhkust veeta ja tahab olla kindel, et koju naastes pole päikeseküttesüsteemiga midagi ebaharilikku juhtunud.

Plaatkollektorite kasutamisel on juhtpaneeli abil võimalik valida nii puhke- kui ka öise jahutuse režiim, mille puhul hakkab süsteem alates keskööst uuesti tööle. Akupaagi (nt +75 °C) ja öise välitemperatuuri (nt. +18 °C) vahe abil jahutatakse akupaagi temperatuur hommikul kella kuueks +40 °C peale. Selle funktsiooni parameetreid saab kasutaja ise valida ja paari nupuvajutusega lihtsalt aktiveerida. Olenemata sellest, kas valik langeb plaat- või vaakumkollektori kasuks, on alati soovitatav enne päikeseküttesüsteemi ostmist konsulteerida valdkonna spetsialistidega, et leida endale sobivaim lahendus, sest päikeseküttekomplekti näiliselt soodne alghind ei pruugi alati parimat lõpptulemust tagada.

Järjest populaarsemad on hooned, mis toodavad vajamineva energia taastuvatest energiaallikatest ja on soojuskadude vältimiseks tehtud ülihea soojusisolatsiooniga. Kuigi sellised majad, kus elekter toodetakse päikesepaneelidega ja toasoe -kollektoritega, on ehitatavate hulgas veel vähemuses, on suund taastuvenergia lahenduste kasutamise ja järjest parema energiatõhususe poole õige.