Ηλιακοί Θερμοσίφωνες: Ιστορία και Επιλογές

Τι είναι ο ηλιακός θερμοσίφωνας
Ο ηλιακός θερμοσίφωνας αποτελεί ουσιαστικά ένα ενεργητικό ηλιακό σύστημα, το οποίο και εκμεταλλεύεται την ηλιακή ενέργεια για να ζεσταίνει το νερό σε μία κατοικία ή οποιοδήποτε άλλο κτίριο. Ως εκ τούτου, πρόκειται για μία εναλλακτική επιλογή παραγωγής ζεστού νερού χρήσης, η οποία είναι απόλυτα φιλική προς το περιβάλλον. Χρησιμοποιείται ευρύτατα στις χώρες που έχουν μεγάλη ηλιοφάνεια, όπως για παράδειγμα στις χώρες της Μεσογείου και στην Ελλάδα

Ιστορία του Ηλιακού θερμοσίφωνα
Ο ηλιακός θερμοσίφωνας άρχισε να χρησιμοποιείται μετά την πετρελαϊκή κρίση της δεκαετίας του ’70 και ιδιαίτερα τη δεκαετία του ’80 άρχισε να χρησιμοποιείται ευρύτατα στις χώρες με ηλιοφάνεια. Στην Κύπρο αναλογεί ένας ηλιακός θερμοσίφωνας για κάθε πέντε κατοίκους, ενώ στο Ισραήλ η χρήση τους είναι υποχρεωτική στις καινούργιες οικοδομές. Σε πολλές άλλες χώρες η χρήση τους επιδοτείται.

Στην Ελλάδα η διάδοση των ηλιακών συσκευών είναι πολύ εντυπωσιακή: το πρώτο μοντέλο λανσαρίστηκε το 1974, το 1980 υπήρχαν εγκατεστημένα περίπου εκατόν πενήντα χιλιάδες τετραγωνικά μέτρα συλλεκτών και το 2004 περίπου τρία εκατομμύρια τετραγωνικά μέτρα συλλεκτών. Μέρος της επιτυχίας αυτής των ηλιακών θερμοσιφώνων στην Ελλάδα οφείλεται στα φορολογικά κίνητρα που είχε θεσπίσει το Ελληνικό κράτος.

Σήμερα οι ηλιακοί θερμοσίφωνες χρησιμοποιούνται από περισσότερους από ένα εκατομμύριο τριακόσιους χιλιάδες καταναλωτές. Μέχρι και τα τελευταία χρόνια, η Ελλάδα ήταν απ’ τις κύριες κατασκευάστριες χώρες ηλιακών θερμοσιφώνων.

Αρχή λειτουργίας ενός ηλιακού θερμοσίφωνα
Ο ηλιακός θερμοσίφωνας φυσικής κυκλοφορίας κατά την λειτουργία του εκμεταλλεύεται το φυσικό φαινόμενο της ροής των ρευστών λόγω διαφοράς θερμοκρασίας (διαφοράς πυκνότητας), γνωστό και σαν αρχή του θερμοσιφώνου. Έτσι πετυχαίνεται με φυσικό τρόπο χωρίς κυκλοφορητή (αντλία) συνεχής ροή του θερμαινόμενου μέσου, από το θερμότερο σημείο (ηλιακοί συλλέκτες) προς το ψυχρότερο (δεξαμενή νερού), μέχρις ότου τα δύο σημεία να αποκτήσουν παρόμοιες θερμοκρασίες. Για να είναι αυτό δυνατό πρέπει το ψυχρότερο σημείο να είναι ψηλότερα από το θερμότερο σημείο και για τον λόγο αυτό σε όλους τους ηλιακούς θερμοσίφωνες η δεξαμενή αποθήκευσης είναι πάντα ψηλότερα από τους ηλιακούς συλλέκτες. (σε περίπτωση που δημιουργηθούν φυσαλίδες αέρα στο κλειστό κύκλωμα η απόδοση του συστήματος μειώνεται)

Η συνολική απόδοση του ηλιακού θερμοσίφωνα εξαρτάται από το μέγεθος και το είδος (ποιότητα) της συλλεκτικής επιφάνειας που σε συνάρτηση με το θερμοδοχείο (το οποίο όσο μικρότερο είναι ανεβάζει μεγαλύτερη θερμοκρασία) καθώς και από την θερμοκρασία του περιβάλλοντος, τη νεφοκάλυψη και την αποτελεσματικότητα της θερμικής μόνωσης του συστήματος.

Χρειάζεται μελέτη και ειδικές μετρήσεις ώστε η θερμοκρασία του νερού να μην ξεπερνάει το σημείο βρασμού και να μην γίνεται ατμοποίηση. Για την οικονομικότερη λειτουργία του ηλιακού θερμοσίφωνα τόσο στην αναθέρμανση όσο και στην ηλεκτρική του λειτουργία κατά τους χειμερινούς μήνες είναι απαραίτητο η δεξαμενή να αποθηκεύει νερό υψηλής θερμοκρασίας. Για αυτόν τον λόγο αλλά και για την προστασία του περιβάλλοντος, οι κατασκευαστές μελετούν συστήματα με δεξαμενές το δυνατόν μικρότερες οπότε και αποδοτικότερα ηλιακά συστήματα. Για τις μετρήσεις αυτές τα εργαστήρια εκδίδουν για λογαριασμό των κατασκευαστών ανάλογα πιστοποιητικά απόδοσης των συστημάτων.

Κατηγορίες ηλιακού θερμοσίφωνα
Οι βασικές διακρίσεις των ηλιακών θερμοσιφώνων είναι στις υποκατηγορίες Διπλής και Τριπλής ενέργειας και Κλειστού και Ανοιχτού κυκλώματος.

– Διπλής ενέργειας.
Σε αυτή την περίπτωση ο ηλιακός θερμοσίφωνας έχει τη δυνατότητα να λειτουργήσει μέσω δύο πηγών, αυτών δηλαδή του ηλίου και του ρεύματος.

– Τριπλής ενέργειας.
Πρόκειται ουσιαστικά για τον ηλιακό θερμοσίφωνα… επόμενης γενιάς, ο οποίος πέραν της λειτουργίας του μέσω του ήλιο και μέσω ρεύματος, μπορεί να λειτουργήσει και σε συνεργασία με το σύστημα κεντρικής θέρμανσης που υπάρχει σε κάποιο σπίτι.

Η διάκριση σε Κλειστού και Ανοιχτού κυκλώματος, γίνεται βάσει του θερμαινόμενου μέσου που χρησιμοποιούν, ως εξής:

– στους κλειστού κυκλώματος, η θέρμανση του νερού χρήσης γίνεται έμμεσα μέσω του εναλλάκτη θερμότητας-σερπαντίνας, με το αντιψυκτικό υγρό να κυκλοφορεί σε ιδιαίτερο κύκλωμα, το οποίο και θερμαίνει το νερό χρήσης, χωρίς να γίνεται ανάμιξή τους.

– στους ανοικτού Κυκλώματος, η θέρμανση του νερού χρήσης γίνεται απευθείας, με το ίδιο το νερό χρήσης να λειτουργεί ως θερμαινόμενο μέσο.

Οι ηλιακοί θερμοσίφωνες ανοικτού κυκλώματος είναι απλούστεροι και φθηνότεροι, όμως οι θερμοσίφωνες κλειστού κυκλώματος είναι οι προτιμητέοι διότι η αντοχή τους στις χαμηλές θερμοκρασίες τον χειμώνα, ενισχύει την προστασία των ηλιακών συλλεκτών. Επιπλέον, ο ηλιακός θερμοσίφωνας κλειστού κυκλώματος διαθέτει μεγαλύτερο όριο ζωής ακόμη και κατά 50%, ενώ επιτυγχάνει και τον μέγιστο βαθμό απόδοσης.

10 σημεία-κλειδιά για την επιλογή ηλιακού θερμοσίφωνα

1. Χωρητικότητα Δεξαμενής.
   Η επιλογή πρέπει να γίνεται με βάση τα άτομα που θα καταναλώνουν ζεστό νερό. Η διεθνής πρακτική συνιστά 40 λίτρα ανά άτομο. Υπογραμμίζεται ότι: σε μη πιστοποιημένα προϊόντα η ονομαστική χωρητικότητα απέχει αρκετά από την πραγματική.

2. Τεχνολογία Συλλέκτη.
   Η επιλογή πρέπει να γίνει με κλιματολογικά κριτήρια αλλά και βάση της επιθυμητής θερμοκρασίας στο ζεστό νερό. Οι βασικές κατηγορίες είναι τρεις. Μαύρος συλλέκτης, επιλεκτικός συλλέκτης και συλλέκτης σωλήνων κενού. Όσο πιο κρύο και χαμηλής ακτινοβολίας είναι το κλίμα στον τόπο του κτιρίου ή/και όσο πιο ζεστό χρειάζεται να είναι το νερό που παράγει ο ηλιακός, τότε τόσο προτιμότερο είναι να επιλεχθεί είτε τεχνολογία επιλεκτικού συλλέκτη είτε ακόμη καλύτερα  τεχνολογία σωλήνων κενού. Υπογραμμίζεται ότι: α) για να ονομαστεί ένας συλλέκτης επιλεκτικός πρέπει να έχει συντελεστή εκπομπής e<5%. β) στους συλλέκτες κενού είναι πολύ πιο αξιόπιστη η ευρωπαϊκή τεχνολογία «U-pipe» σε σχέση με την κινεζική «heat-pipe».

3. Αναλογία Δεξαμενής – Συλλέκτη.
   Ανάλογα με την τεχνολογία του συλλέκτη και ανάλογα με αν το ζητούμενο είναι η υψηλή θερμοκρασία του νερού ή η αποδοτικότητα του συστήματος πρέπει να επιλεχθεί το μέγεθος με βάσει την αναλογία των λίτρων της δεξαμενής, με τα τ.μ. της επιφάνειας του συλλέκτη. Για τους μαύρους συλλέκτες μία ισορροπημένη αναλογία είναι τα 50 λίτρα (καθαρής χωρητικότητας) προς 1 τετραγωνικό μέτρο καθαρής απορροφητικής επιφάνειας του συλλέκτη. Αν η αναλογία είναι μικρότερη από 50 λίτρα τότε το σύστημα ανεβάζει μεγαλύτερες θερμοκρασίες στο νερό χρήσης. Αν είναι μεγαλύτερη τότε το σύστημα δουλεύει αποδοτικότερα.
   Υπογραμμίζεται ότι: το αντίστοιχο σημείο ισορροπίας για επιλεκτικούς συλλέκτες είναι 65 λίτρα / τ.μ. και για τους συλλέκτες σωλήνων κενού είναι 75 λίτρα / τ.μ.

4. Εγκατάσταση.
   Η εγκατάσταση ενός ηλιακού θερμοσίφωνα είναι μία εξειδικευμένη εργασία που έχει πολύ μεγάλη σημασία. Ακόμα και ο καλύτερος ηλιακός θερμοσίφωνας αν εγκατασταθεί πρόχειρα δεν θα αποδώσει τα προσδοκώμενα. Επιλέξτε προσεκτικά τον εγκαταστάτη και ζητήστε του να ακολουθήσει μεθοδικά τις οδηγίες εγκατάστασης του κάθε μοντέλου.

5. Αντισκωρική Προστασία Δεξαμενής.
   Οι κύριες μέθοδοι που χρησιμοποιούνται και διεθνώς για την μακροχρόνια αντισκωριακή προστασία του εσωτερικού της δεξαμενής είναι η επισμάλτωση (εμαγιέ), ο ανοξείδωτος χάλυβας και το αλουμίνιο. Στο σύνολό τους, πρόκειται για αποδεκτές επιλογές, όμως ανάλογα με το ποια έχει επιλεχθεί για την κατασκευή του κάθε προϊόντος, είναι πιθανό να υπάρχουν διαφοροποιήσεις στην απόδοση και την τελική τιμή.

6. Σύνδεση του Συλλέκτη με τη Δεξαμενή.
   Οι σωλήνες που συνδέουν τον (τους) συλλέκτη (ες) με τον θερμικό εναλλάκτη της δεξαμενής (jacket) πρέπει να είναι από υλικό που αντέχει τις υψηλές θερμοκρασίες, να έχουν μεγάλη διατομή και να είναι καλά μονωμένοι. Οι δύο πιο ενδεδειγμένες λύσεις είναι οι πολυστρωματικοί σωλήνες και οι εύκαμπτοι (flexib) ανοξείδωτοι σωλήνες. Οι χαλκοσωλήνες είναι επίσης μία καλή επιλογή αλλά λόγω υψηλότερου κόστους αλλά και λόγω της μεγάλης τριβώδους ροής που προκαλούν δεν είναι η βέλτιστη λύση. Υπογραμμίζεται ότι: οι απλοί μαύροι σωλήνες (tuborama κλπ.) δεν ενδείκνυνται διότι δεν αντέχουν θερμοκρασίες άνω των 90 βαθμών που αναπτύσσονται στους συλλέκτες νέας τεχνολογίας.

7. Σύνδεση της Δεξαμενής με τον Λέβητα.
   Όταν, κατά τους μήνες του χειμώνα, η ηλιακή ακτινοβολία δεν επαρκεί για να φέρει το νερό στην επιθυμητή θερμοκρασία τότε πρέπει να τεθεί σε λειτουργία η ηλεκτρική αντίσταση που περιλαμβάνεται σε όλες τις δεξαμενές των ηλιακών θερμοσιφώνων. Εναλλακτικά, μπορούμε να συνδέσουμε την δεξαμενή του ηλιακού με τον λέβητα ή την αντλία θερμότητας (εφόσον υπάρχει).
   Υπογραμμίζεται ότι: για να είναι δυνατή αυτή η σύνδεση πρέπει να επιλεγεί ένα μοντέλο ηλιακού τριπλής ενέργειας (Trien) η δεξαμενή του οποίου είναι εξοπλισμένη με έναν επιπλέον εναλλάκτη θερμότητας.

8. Συντήρηση.
   Όπως σε όλες τις συσκευές, έτσι και στην περίπτωση του ηλιακού θερμοσίφωνα η περιοδική συντήρησή του θα συμβάλλει σημαντικά στην διατήρηση της καλής του απόδοσης και στη μακροζωία του. Ένα επαρκές πρόγραμμα συντήρησης περιλαμβάνει την αντικατάσταση της ράβδου μαγνησίου (καθοδική προστασία δεξαμενής) κάθε 2 χρόνια και την συμπλήρωση του ειδικού υγρού του κλειστού κυκλώματος κάθε χρόνο, μετά το καλοκαίρι (ιδίως στα επιλεκτικά μοντέλα και τα μοντέλα με σωλήνες κενού που ανεβάζουν υψηλότερη θερμοκρασία). Επίσης, πρέπει να ελέγχεται μία φορά τον χρόνο η καλή λειτουργία της ανεπίστροφης βαλβίδας (στην είσοδο του νερού από το δίκτυο) και της βαλβίδας ασφαλείας (του κλειστού κυκλώματος της δεξαμενής) ώστε να αλλαχθούν εγκαίρως σε περίπτωση κακής λειτουργίας τους.

9. Εγγύηση.
   Ελλείψει ικανού θεσμικού πλαισίου, οι εγγυήσεις που συνοδεύουν τους ηλιακούς θερμοσίφωνες είναι ποικίλες και μερικές φορές παραπλανητικές. Όταν επιλέγουμε έναν ηλιακό θερμοσίφωνα πρέπει να διαβάσουμε καλά όλους τους όρους και τις προϋποθέσεις της εγγύησης προτού κρίνουμε την αξία της. Υπογραμμίζεται ότι: με δεδομένο ότι στην αγορά μπορεί να κυκλοφορούν και προϊόντα αμφιβόλου ποιότητας, καλό θα είναι ο καταναλωτής να επιλέγει εταιρείες εμπιστοσύνης, ώστε να αποφεύγονται οι περιπτώσεις αστοχίας γύρω από τις ιδιότητες ενός ηλιακού θερμοσίφωνα.

10. Πιστοποιήσεις και Σήματα Ποιότητας.
    Το πλέον αναγνωρισμένο σήμα ποιότητας για ηλιακά θερμικά συστήματα στην Ευρώπη είναι το Solar Keymark. Το Solar-Keymark πιστοποιεί τόσο την μέθοδο παραγωγής και την ποιότητα του προϊόντος όσο και την απόδοσή του. Πολλά άλλα σήματα που χρησιμοποιούνται από κατασκευαστές ηλιακών θερμοσιφώνων, που συνήθως αφορούν εργαστήρια ανεπίσημων δοκιμών, μάλλον μπερδεύουν τον καταναλωτή παρά πιστοποιούν κάποιες ιδιότητες του προϊόντος.

Σύγκριση κόστους
Ο ηλιακός θερμοσίφωνας αποτελεί την πλέον οικονομική λύση για το ζεστό νερό χρήσης σε μία κατοικία, προσφέροντας παράλληλα μέγιστη εξοικονόμηση ενέργειας και προστασία του περιβάλλοντος. Ενδεικτικά δίνεται μία σύγκριση κόστους με τους υπόλοιπους τύπους θερμοσιφώνων.

1. Ηλιακός Θεμοσίφωνας.
   Ένας ηλιακός θερμοσίφωνας 160lit θα κοστίσει εγκαταστημένος κατά μέσο όρο 850 ευρώ (συμπεριλαμβανομένου και του ΦΠΑ) και για την παραγωγή 200 λίτρων ημερησίως δεν απαιτείται καμία δαπάνη.

2. Ηλεκτρικός Θεμοσίφωνας.
   Ένας ηλεκτρικός θερμοσίφωνας 100lit θα κοστίσει εγκαταστημένος κατά μέσο όρο 200 € και για την παραγωγή 200 λίτρων ημερησίως θα λειτουργεί κατά μέσο όρο 1 ώρα, καταναλώνοντας 1.460 kWh (κιλοβατώρες) το χρόνο, που σήμερα κοστίζουν 230 € ετησίως.

3. Λέβητας πετρελαίου.
   Ένας λέβητας πετρελαίου για να παράξει 200 λίτρα ημερησίως θα χρειαστεί περίπου 150 λίτρα πετρελαίου ετησίως,που σήμερα κοστίζουν περίπου 160 € ετησίως.

4. Λέβητας αερίου.
   Ένας λέβητας αερίου για να παράξει 200 λίτρα ημερησίως θα χρειαστεί 1460 kWh ετησίως, που σήμερα κοστίζουν 131 € ετησίως.

5. Αντλία Θερμότητας.
   Μία αντλία θερμότητας για να παράξει 200 λίτρα ημερησίως θα χρειαστεί 487 kWh ετησίως, που σήμερα κοστίζουν 73 € ετησίως.

Ο ηλιακός θερμοσίφωνας είναι μία 100% οικολογική συσκευή
Ο ηλιακός θερμοσίφωνας είναι μια απ’ τις “καθαρότερες” και πιο αποδοτικές συσκευές που χρησιμοποιούν ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Στη διάρκεια ζωής του ο ηλιακός θερμοσίφωνας εξοικονομεί περίπου δυο χιλιάδες ευρώ απ’ τους λογαριασμούς ρεύματος σε τιμές 2005, ενώ αποφεύγεται η έκλυση περίπου τριάντα τόνων διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα. Κάθε ντους με νερό από ηλιακό θερμοσίφωνα ισοδυναμεί με τρία κιλά διοξειδίου του άνθρακα λιγότερα στην ατμόσφαιρα και περίπου 10 κιλά λιγνίτη για την παραγωγή της ίδιας ενέργειας για ζεστό νερό.

Τέλος να αναφέρουμε ότι οι Ηλιακοί Θερμοσίφωνες είναι η μόνη τεχνολογία ΑΠΕ (Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας) η οποία παράγεται εξ ολοκλήρου στην Ελλάδα με ελληνικές πρώτες ύλες.