Stebint įrengtas saulės kolektorių sistemas, galima rasti klaidų, padarytų tiek projektuojant, tiek ir diegiant projektus objektuose. Dėl jų pagaminama mažiau šilumos arba elektros energijos negu buvo deklaruota, gerokai pailgėja atsipirkimo laikas, be to, atsiranda net konstrukcijų pažeidimų esant ekstremalioms aplinkos sąlygoms.

Reikia pastebėti, kad projektuojant ir įrengiant minėtas sistemas būtina turėti mechanikos, fizikos, astronomijos, elektrotechnikos srities žinių ir praktikos projektuojant panašias sistemas. Pateikiame bendrus principus, padėsiančius išvengti klaidų įrengiant saulės kolektorių sistemas.

1. Šešėliai kolektorių zonoje. Juos gali sudaryti gretimai esantys pastatai, medžiai, kaminai, satelitinės antenos, technologiniai antstatai ant stogų. Tai ne būtinai visas kolektorių aktyvios zonos uždengimas, tačiau jis per dieną gerokai sutrumpina apšvitos laiką. Jei jau turime įrengimo vietoje tokias kliūtis, būtina tinkamai pasirinkti modulių išdėstymą ir orientavimą (vertikaliai arba horizontaliai pagal matmenis) galimai sumažinant užtemdymo trukmę. Gal net kolektorių sistemą montuoti šalia pastato ant specialios konstrukcijos. Tokio varianto pranašumas – lengvesnis remontas ir priežiūra. Rekomenduotina jį rinktis, kai pastato stogas su mažu šlaitų nuolydžiu.

Daugiausia saulės energijos konvertuojama pavasarį ir vasarą nuo 9 iki 15 valandos. Netinkamai elgiamasi, kai kolektoriai išdėstomi keliomis eilėmis su mažesniais negu 6 m tarpais. Antroje ir trečioje eilėje esantys kolektoriai popietinėmis valandomis atsiduria šešėlio zonoje. Generuojama galia gali sumažėti 50 ir daugiau procentų.

Užtemdymas – didelė problema ir mažos galios saulės elektrinėse. Ypač kai užtamsinama dalis fotovoltinio kolektoriaus ploto arba net dalis sujungtų kolektorių. Negeneruodami srovės, jie tampa generuojančių fotoelementų arba fotomodulių trumpikliu. Suminės galios dydį šiose sistemose lemia mažiausios galios grandis kolektorių sistemoje.

2. Optimalaus orientavimo kampo parinkimas. Dažnai stengiamasi tai pasiekti bet kokia kaina, nors tokios konstrukcijos gadina pastatų vaizdą ir, nežiūrint investuotų lėšų, didesniu efektyvumu nepasižymi. Optimalus kolektoriaus pasvirimo kampas Lietuvoje yra apie 36° ir priimtinas nukrypimas nuo -5 iki +15°. Esant mažesniam nei 30° kampui, blogai pasišalina sniegas. Idealus orientavimas pietų kryptimi, o pasukimas +10° rytų kryptimi sumažins generuojamos energijos kiekį apie 10–15 procentų.

3. Atraminės konstrukcijos. Tai iš tiesų begalinė problema. Siekiant minimalių sąnaudų, neatsižvelgiama į meteorologines sąlygas, vyraujančią vėjų kryptį, stogo konstrukcijų ypatumus, grunto savybes. Praūžus vėtroms, ne viena saulės elektrinė buvo apgadinta dėl silpnų atramų ir netinkamo kolektorių tvirtinimo. Įrengiant sutaupyta kelios dešimtys eurų, o nuostolių patirta daugiau nei už kelis šimtus eurų.

Integruojant kolektorių sistemas į statinių konstrukcijas, reikia įvertinti stogą laikančiųjų elementų mechaninį atsparumą, ypač montuojant saulės kolektorius vandeniui šildyti, nes jų svoris didesnis. Vertėtų rinktis integruotų kolektorių variantą. Toks jų sistemos įrengimas pagerina estetinį statinio vaizdą ir sumažina šilumos nuostolius sistemoje.

Elektros energiją gaminantiems saulės kolektoriams reikia užtikrinti galimai didesnį šilumos nuvedimą nuo jų (daugiausia per apatinę pusę). Kuo aukštesnė fotovoltinio kolektoriaus temperatūra, tuo didesni elektriniai nuostoliai dėl padidėjusios fotoelementų vidinės varžos ir sumažėjusios generuojamos galios. Vardinė galia šiems kolektoriams nurodoma, esant 1 000 W/m² saulės energinei apšvitai ir 25 °C kolektoriaus temperatūrai. Tokie aplinkos parametrai Lietuvoje pasitaiko gana retai. Dažniausiai saulės energinė apšvita sudaro 800–900 W/m², o kolektoriaus temperatūra vidurdienį pasiekia 50–90 °C. Pasiekus kolektoriui 70 °C, jo generuojama galia sumažėja 20 proc., tai yra vietoje gamintojo deklaruotų 300 lieka tik 240 vatų.

Kolektorių skaičius sistemoje priklauso nuo galimo panaudoti ploto jiems montuoti ant statinio. Ant žemės atskirai įrengiamos sistemos galią ribos tik savų poreikių dydis arba tinklo operatoriaus duotame leidime nurodyta maksimali galia darbui energetinėje sistemoje. Generuojama galia keičiama lygiagrečiai jungiant fotomodulius (kolektorius), o įtampos dydis – nuosekliai jungiant fotomodulius. Svarbu, kad jungiami fotomoduliai būtų tos pačios galios, įtampos, srovės ir galimai artimesnių parametrų.

Vandeniui šildyti montuojamų saulės kolektorių naudojamos konstrukcijos turi būti pritaikytos didesnėms apkrovoms dėl didesnio svorio, o kolektorių hidraulinėse jungtyse numatyti termokompensatoriai. Jei jų nėra, antifrizo cirkuliacinis kontūras dėl didelių ir dažnų temperatūrų pasikeitimų praranda sandarumą.

4. Optimizavimas. Prieš įrengiant bet kokią sistemą, pirmiausia būtina įvertinti generuojamos energijos arba karšto vandens poreikį per metus, sezoniškumą, faktines kolektorių charakteristikas ir jų priklausomybę nuo aplinkos sąlygų, kainą ir disponuojamas lėšas, taip pat numatomą gauti paramą. Tik optimaliai sukonfigūruota sistema nenuvils ją įsirengusio eksploatuotojo, atsipirks numatytais terminais, duos ekonominę naudą.

Mažų saulės elektrinių (nuo 3 iki 7 kW) pagaminta elektros energija yra brangi. Įvertinus generuotos energijos kiekį, kuris Lietuvos sąlygomis sudarys nuo 250 iki 550 kWh/kWp per metus, ir energetinio tinklo operatoriui parduotą jos perteklių, atsipirkimo laikas bus 10 ir daugiau metų. Orientuotis vertėtų į 10 kW ir didesnės galios jėgaines. Lietuvoje saulės energinė apšvita labai nepastovi net ir per dieną. Nesant debesų 30 kW galios jėgainė generuos apie 28–31 kW galią, o užėjus debesų frontui arba ūkanotą dieną generuojama galia sumažėja iki 3–4,5 kW. Tad skaičiuojant priimti maksimalias galimos gauti energijos vertes, būdingas pietiniams Europos regionams (650–800 kWh/kWp per metus), yra neatsakingas sprendimas. Juolab kad labai saulėtų vasarų pas mus nėra daug.

Saulės kolektorių sistemose vandeniui šildyti per didelė generuojama galia taip pat nėra geras sprendimas, siekiant kuo daugiau išnaudoti saulės energiją. Sumažėjus vandens suvartojimui, atsiranda sistemos perkaitimo problema – nenuvedant kolektoriuje konvertuojamos šilumos (sukaupto vandens temperatūra didesnė kaip 80 °C) net ir veikiant cirkuliaciniam siurbliui, sistema perkais ir suveikus apsauginiam vožtuvui antifrizas ištekės į drenažą. Todėl racionaliau rinktis kolektorių skaičių sistemoje vasaros sąlygoms pagal vidutinį sunaudojamą karšto vandens kiekį, o papildomam šildymui naudoti elektrinius kaitintuvus, sumontuotus viršutinėje šildytuvo dalyje.

5. Kolektorių parinkimas. Nors įvairių gamintojų saulės kolektoriai labai panašūs, bet jais konvertuojamos energijos kiekiai gali skirtis net dešimtimis procentų. Žymių firmų gaminiai daug brangesni nei tai būtų galima pagrįsti geresnėmis eksploatacinėmis savybėmis. Neprasminga naudoti vakuuminių saulės kolektorių dėl deklaruojamų mažų nuostolių. Tai patvirtina ir atlikti bandymai. Lietuvoje nėra tokių meteorologinių sąlygų (šaltos saulėtos žiemos, mažas debesuotumas rudens laikotarpiu, didelė saulės radiacinė apšvita), kad būtų galima išnaudoti šį pranašumą esant neigiamoms temperatūroms. Be to, jie gana inertiški, ypač jei konstrukcijoje naudojami ,,šilumos vamzdžiai“ kaip tarpinė grandis perduodant šiluminę energiją šilumnešiui.

Taip pat pereinamuoju laikotarpiu, kai aukšta aplinkos oro drėgmė ir oro temperatūra neigiama, vakuuminiai vamzdžiai apsitraukia šerkšnu, kuris nutirpsta labai lėtai. Nors paskutiniais metais jų kaina sumažėjo, bet vis tiek yra daug didesnė už plokščių saulės kolektorių.

Renkantis konkretaus gamintojo modelį, būtina pasitikrinti, ar jis turi specialių bandymo laboratorijų išduotą sertifikatą (pvz.: http://www.spf.ch; http:// isfh.de). Panašius sertifikatus išduoda ir daugybė kitų organizacijų (mokslo įstaigų laboratorijos, privačios firmos), bet minėtų institucijų jie yra išsamesni ir vertinimui suteikia daugiau informacijos.

Iš pateiktų duomenų galime palyginti naudingumo koeficientus, šilumos nuostolius, generuojamos šilumos energijos kiekį esant standartiniams aplinkos parametrams. Pagal tai, kokia skysčio talpa, galima spręsti apie kolektoriaus greitaeigiškumą (kuris greičiau pradės šildyti), kokie bus dinaminio slėgio nuostoliai (pagal tai pasirenkame cirkuliacinį siurblį). Taip pat galime palyginti tipinių kolektorinių sistemų generuotos energijos kiekį trims dažniausiai sutinkamiems pritaikymo atvejams pasirinktiems kolektorių tipams. Pastarasis parametras yra galimas esant palankioms meteorologinėms sąlygoms Šveicarijoje arba Vokietijos pietuose. Lietuvos sąlygomis gauti energijos kiekiai dėl jau minėtų aplinkos veiksnių bus apie 20–30 proc. mažesni, bet palyginimas bus patikimesnis nei pateiktas reklaminiuose prospektuose.

Jei saulės kolektorių naudingumo koeficientas, priklausomai nuo aplinkos ir šilumnešio pašildymo temperatūros, yra nuo 0,4 iki 0,82, tai fotovoltinių modulių elektros energijos generavimui naudingumo koeficientas sudaro 0,12–0,18. Todėl kiekviena šio parametro šimtoji dalis yra svarbi. Vertinant reikia žinoti, kokioms sąlygoms deklaruota generuojama modulio galia. Jei tai pagal STC sąlygas (1 000 W/m² ir 25 °C fotoelemento / aplinkos temperatūrai), kurios realiomis sąlygomis nebus išpildomos, gamintojas nurodo apie 260 W. Realiai esant tokioms sąlygoms fotoelementų temperatūra gali pasiekti net 80 °C ir generuojama galia yra mažesnė.

Artimesnė tikrovei yra NOTC sąlygomis (800 W/m² ir Tap = 20 °C) deklaruota generuojama galia (apie 25 proc. mažesnė vertė). Aplinkos temperatūra turi įtakos ir generuojamos įtampos bei srovės dydžiams ir turi būti vertinama parenkant inverterį. Idealus variantas, kai fotovoltiniai moduliai dirba maksimalios galios taške (srovės ir įtampos sandauga maksimali), o tokį darbo režimą automatiškai nustato inverteris, jei jame integruota optimalios galios palaikymo funkcija. Ši funkcija ypač svarbi esant mažoms ir kintamoms saulės energijos apšvitoms.

Kitas svarbus parametras yra generuojamos galios vertės deviacija. Idealus atvejis, kai jis yra nuo 0 iki +3–4 procentų. Tai reiškia, kad fotomodulių galia nebus mažesnė už deklaruotą ir sistemos generuojama galia nesumažės dėl modulių parametrų išsibarstymo prastėjimo kryptimi.

6. Apsauga. Fotovoltinėse sistemose yra standartinės įtampas mažinančios apsaugos dėl sutrikimų energetinėje sistemoje arba atmosferinių veiksnių, apsauginiai įžeminimai. Apsaugai nuo netolygaus apšvietimo arba šešėlių fotomoduliuose įmontuojami šuntuojantys diodai (3 arba 4). Taip išvengiama užtemdytų kolektoriaus zonų neigiamo poveikio sistemos suminei generuojamai galiai. Deja, bet ne visuose pigiuose moduliuose tokia apsauga yra.

Didesnė apsaugos problema yra saulės kolektorių sistemose ruošiant šiltą vandenį. Kai akumuliacinė talpa pašildyta iki 85 °C, valdiklis stabdo cirkuliacinį siurblį arba laiko jį nuolat įjungtą (priklauso nuo pasirinkto valdiklio tipo). Tačiau tai per maža apsauga. Stagnacijos temperatūra plokščiame kolektoriuje, kai konvertuota šiluma nenuvedama, gali pasiekti 200– 240 °C, o vakuuminiame – net daugiau kaip 300 °C. Perkaitus šilumnešiui kolektoriuose, padidėja slėgis ir jis per apsauginį vožtuvą nuteka į drenažą. Tenka iš naujo pildyti sistemą.

Panaši situacija, kai saulėtą dieną išjungiama elektros tinklo įtampa planiniam remontui arba avarijoms šalinti. Apsaugai nuo maitinimo sutrikimų galima naudoti avarinio maitinimo blokelius, skirtus kieto kuro katilams maitinti. Su 200–250 Ah talpos akumuliatoriumi sistema veiks visą vasaros dieną. Sunkiau apsaugoti sistemą, kai nesunaudojamas sukauptas vanduo akumuliacinėse talpose. Galima statyti papildomą termostatą arba termovožtuvą, kurie išleistų karštą vandenį ir užpildytų šaltu. Sudėtingesnis, bet patikimesnis spendimas pasiekus maksimalią temperatūrą šildytuve, kai saulės kolektoriai perjungiami baseinui, garažo grindims arba gruntui šildyti, jei įrengtas šilumos siurblys su grunto kolektoriumi. Tokia galimybė nurodoma beveik visuose prospektuose, bet eksploatuotojai taupumo sumetimais jos neįrengia ir apie tai prisimena tik įvykus avarijai.

7. Panaudojimas patalpoms šildyti. Prieš priimant sprendimą naudoti saulės energiją namui šildyti, reikia įvertinti daug veiksnių. Taip, saulės energija nekainuoja, bet sistemos jai konvertuoti ir panaudoti kainuoja nepigiai. Saulės energiją galima kaupti tik dieną, jai akumuliuoti reikalinga 150–200 m² ploto apie 1 200 l akumuliacinė talpa, o ant stogo būtina sumontuoti 15–16 m² ploto kolektorių bateriją. Esamomis Lietuvoje sąlygomis bus galima padengti apie 18–25 proc. šildymo energijos poreikio, jei geros pastato atitvarinių konstrukcijų šiluminės savybės, o reikiama pastatui šildyti galia apie 6 kW, esant -8–9 °C aplinkos temperatūrai šaltuoju metų laiku.

Geriausiai dera saulės energijos naudojimas žemos temperatūros šildymo sistemose su šildomomis grindimis ar vidinėmis sienomis, kai šildymui naudojamas šilumos siurblys ir galima panaudoti esamą akumuliacinę talpą. Net ir šiuo atveju sistemos apsauga nuo perkaitimo būtina, nes sistemos generuojama šilumos galia saulėtą vasaros dieną gali pasiekti 11–15 kW. Tokios gana sudėtingos sistemos įrengimas kainuos brangiai ir ne kiekviename pastate bus galimybė ją sumontuoti, jei tai nenumatyta projektuojant. Priimant galutinį sprendimą, būtina nepamiršti investicijų kainos ir atsipirkimo trukmės.

8. Eksploatacija. Dauguma įsirengusiųjų saulės kolektorių sistemas mano, kad nėra reikalo eksploatuojant jų papildomai prižiūrėti. Tačiau tik nuo reguliarios kontrolės ir sezoninės priežiūros priklauso patikimas sistemos veikimas. Saulės kolektorių sistemos dirba platesniame temperatūrų diapazone nuo -30 iki 200–240 °C avariniuose režimuose. Jose naudojamas specialus antifrizas (propileninis). Aukštoje temperatūroje jis degraduoja, susidaro nuosėdos, susilpnėja antikorozinės savybės, pakyla užšalimo temperatūra.

Pirmas signalas apie suprastėjusias antifrizo savybes – pasikeitusi spalva iš gelsvos į rudą. Būtina patikrinti pH vertę (norma 10,0) ir užšalimo temperatūrą (ribinė vertė -28 °C). Šilumnešio kontūre statinis slėgis turi būti 1+0,1 bar, o kompensacinio indo oro pagalvėje 0,3 baro mažesnis.

Kita operacija – tai šilumnešio debito kontrolė. Jo sumažėjimas – rimtas signalas apie galimai užsikimšusius kolektorių vamzdelius. Ypač tai būdinga kolektoriams su arfinės konstrukcijos absorberiais. Dar vienas jautrus momentas – aprasoję iš vidaus kolektoriai. Tai atsitinka užakus arba užsikišus kolektoriaus vėdinimo angoms. Susikaupusi drėgmė nepašalinama iš vidinės kolektoriaus ertmės, todėl labai sumažėja jo efektyvumas. Be to, reikia patikrinti vamzdyno šilumos izoliaciją, apsauginių prietaisų veikima.