Τα ηλιακά συστήματα θέρμανσης παρέχουν τη δυνατότητα εξοικονόμησης ενέργειας κατά τα 2/3 και πάνω. Οπωσδήποτε, ο συνδυασμός των κατασκευαστικών και των καλλιεργητικών βελτιώσεων με τη χρήση της ηλιακής ενέργειας επιτρέπει τη χρησιμοποίηση μικρότερου ηλιακού συστήματος θέρμανσης.
Τα ηλιακά συστήματα θέρμανσης όταν εφαρμόζονται στα θερμοκήπια μπορούν να καλύψουν ένα μεγάλο μέρος των αναγκών για θέρμανση. Ωστόσο, αρκετά προβλήματα σχετικά με το αρχικό τους κόστος και το κόστος συντήρησής τους σε συνδυασμό με το κόστος της χρησιμοποιούμενης εκτάσεως περιορίζουν την οικονομική επάρκεια και αποτελεσματικότητα του συστήματος.
Τα ηλιακά συστήματα, που χρησιμοποιούνται σε αγροτικά θερμοκήπια συνεισφέρουν επιπροσθέτως με το κάλυμμα του θερμοκηπίου στη συλλογή της ηλιακής ενέργειας, η οποία κατάλληλα αποθηκευμένη μπορεί να καλύψει τις ανάγκες του θερμοκηπίου για θέρμανση. Οι εφαρμογές των ενεργητικών συστημάτων στα θερμοκήπια για θέρμανση χαρακτηρίζονται από:
Τον τύπο των ηλιακών συλλεκτών
Το χρησιμοποιούμενο ρευστό για τη μεταφορά θερμότητας το οποίο κυκλοφορεί μέσα στους συλλέκτες
Το υλικό αποθήκευσης και την αποθηκευτική του ικανότητα
Τη θέση των συλλεκτών
Οι σημαντικότερες τεχνολογίες ηλιακών συστημάτων είναι οι ακόλουθες:
Ηλιακοί συλλέκτες
Μετατρέπουν την ηλιακή ακτινοβολία σε χρήσιμη θερμότητα με ενδιάμεσο μέσο, είτε υγρό με μεγάλη θερμοχωρητικότητα, είτε νερό στο οποίο οι θερμίδες αποθηκεύονται και διανέμονται ανάλογα με τις ανάγκες. Στα θερμοκήπια χρησιμοποιούνται συλλέκτες χαμηλού κόστους, που κατασκευάζονται από εύκαμπτους σωλήνες πολυαιθυλενίου ή φουσκωτοί συλλέκτες από μαύρα φύλλα πολυαιθυλενίου που έχουν μεγαλύτερη απόδοση και χαμηλό κόστος.
Το θερμό νερό από τους συλλέκτες αποθηκεύεται σε δεξαμενή και διανέμεται με σωληνώσεις στο θερμοκήπιο, όπου αποδίδει τα επιθυμητά ποσά θερμότητας. Επειδή οι ηλιακοί συλλέκτες καταλαμβάνουν μεγάλο χώρο, γίνονται προσπάθειες για την εύρεση τρόπων ώστε να τοποθετούνται στη μια πλευρά του θερμοκηπίου ή στο εσωτερικό αυτού. Έχουν λοιπόν κατασκευαστεί συλλέκτες που τοποθετούνται στο εσωτερικό των πλευρών της στέγης και στρέφονται με ηλεκτροκινητήρες, ώστε τις ώρες μεγάλης ηλιοφάνειας να σκιάζουν τα φυτά, ενώ τις ώρες μικρής ηλιοφάνειας να επιτρέπουν στην ηλιακή ακτινοβολία να περάσει. Οι ηλιακοί συλλέκτες, οι οποίοι την ημέρα αποθηκεύουν ενέργεια σε δεξαμενή νερού, τη νύχτα στρέφονται προς τα φυτά. Το θερμό νερό από τη δεξαμενή κυκλοφορεί στους συλλέκτες αποδίδοντας τη θερμότητα στο χώρο του θερμοκηπίου. Συνήθως χρησιμοποιούνται κοίλα κάτοπτρα από αλουμίνιο, που φέρνουν στο κέντρο σωλήνα για την κυκλοφορία του θερμού νερού. Με το σύστημα των ηλιακών συλλεκτών επιτυγχάνεται η θέρμανση αλλά και ο δροσισμός του θερμοκηπίου.
Χρήση μεταλλικών απορροφητικών συλλεκτών
Η χρησιμοποίηση μεταλλικών συλλεκτών ύδατος καλυμμένων με γυαλί και συνδεδεμένων με δεξαμενές αποθήκευσης νερού, για τη θέρμανση των θερμοκηπίων είναι γνωστή και διαδεδομένη εδώ και πολλές δεκαετίες. Τα συστήματα αυτά περιλαμβάνονται μεταξύ των πρώτων ενεργητικών εγκαταστάσεων για τη θέρμανση των θερμοκηπίων. Στα συστήματα αυτά, το νερό θερμαίνεται από τους συλλέκτες και ή κυκλοφορεί θερμαίνοντας άμεσα το θερμοκήπιο ή αποθηκεύεται για να χρησιμοποιηθεί αργότερα κατά τη διάρκεια της νύχτας ή στη διάρκεια των ψυχρών περιόδων του έτους.
Χρήση πλαστικών συλλεκτών ζεστού αέρα
Πλαστικοί, απορροφητικοί, μη καλυμμένοι συλλέκτες εγκαθίστανται έξω από το θερμοκήπιο. Ο αέρας κυκλοφορεί και θερμαίνεται μέσα στους σωλήνες και μετά θερμαίνει μια δεξαμενή με αποθηκευτικό υλικό που είναι συνήθως νερό ή χαλίκια που βρίσκονται κάτω από τα τραπέζια καλλιέργειας ή κάτω από το έδαφος του θερμοκηπίου. Στη διάρκεια της θερμής περιόδου του χρόνου, ο αέρας κυκλοφορεί τη νύχτα μέσα στους συλλέκτες και ψύχεται λόγω ακτινοβολίας. Ο ψυχρός αέρας τότε διοχετεύεται στη θερμική δεξαμενή για να μειώσει τη θερμοκρασία του νερού.
Χρήση διαλυμάτων οξειδίων
Διάλυμα διαφόρων οξειδίων ρέει σε όλη την επιφάνεια της οροφής του θερμοκηπίου, έτσι ώστε το διάλυμα αυτό να απορροφά την υπέρυθρη ακτινοβολία και να αφήνει να περνάει μέσα στο θερμοκήπιο η φωτεινή ακτινοβολία. Το νερό που θερμαίνεται με αυτόν τον τρόπο αποθηκεύεται σε δεξαμενή που βρίσκεται μέσα στο έδαφος. Με το σύστημα αυτό έχουν παρουσιαστεί αρκετά προβλήματα στεγανότητας και έλλειψη ενέργειας μέσα στο θερμοκήπιο κατά τους ψυχρούς μήνες του χειμώνα.
Χρήση υλικών αλλαγής φάσης
Η πλεονάζουσα θερμότητα αποθηκεύεται σε υλικά αλλαγής φάσης (π.χ. κρυσταλλικό χλωριούχο ασβέστιο, κ.α.). Ο τρόπος αυτός θεωρείται ακόμα πολύ δαπανηρός.
Εναλλάκτες νερού – αέρα (νεροσακούλες)
Σακούλες, από διαφανές πλαστικό (πολυαιθυλένιο πάχους 250 mm και διαμέτρου 20 – 40 cm), γεμάτες με νερό τοποθετούνται στο έδαφος του θερμοκηπίου κατά μήκος των διαδρόμων. Η θερμότητα που μεταφέρεται από την ηλιακή ενέργεια, που εισέρχεται στο εσωτερικό του θερμοκηπίου, απορροφάται από το νερό και αποθηκεύεται. Όταν η θερμοκρασία του αέρα είναι μικρότερη από τη θερμοκρασία του νερού, η αποθηκευμένη θερμότητα αποδίδεται από το νερό στον αέρα του θερμοκηπίου με μεταφορά και ακτινοβολία. Η κατασκευή του συστήματος μπορεί να γίνει εύκολα και από τους ίδιους τους παραγωγούς. Η διάρκεια ζωής του εξαρτάται από την ποιότητα του υλικού των εναλλακτών (συνήθως οι σακούλες αντικαθίστανται κάθε δύο με τρία χρόνια). Το σημαντικότερο μειονέκτημα του συστήματος είναι το γεγονός ότι περιορίζει την καλλιεργούμενη επιφάνεια. Το σύστημα αυτό βελτιώνει σημαντικά τις αποδόσεις όλων των καλλιεργειών.
Χρήση εναλλακτών θερμότητας εδάφους – αέρα
Η τεχνική αυτή εκμεταλλεύεται τη μεγάλη θερμοχωρητικότητα του εδάφους. Η θερμοκρασία του εδάφους παραμένει σταθερή κατά τη διάρκεια της ημέρας και παρουσιάζει μικρές μηνιαίες μεταβολές. Το χειμώνα η θερμοκρασία του εδάφους είναι 2 – 30C υψηλότερη από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος, μόλις μερικά μέτρα κάτω από την επιφάνεια. Την ημέρα, ο εσωτερικός αέρας του θερμοκηπίου κυκλοφορεί μέσα σε οριζόντιους, πλαστικούς σωλήνες θαμμένους στο έδαφος όπου αποβάλλει ποσά θερμότητας τα οποία αποθηκεύονται, με τη μορφή αισθητής και λανθάνουσας θερμότητας. Η περίοδος αποθήκευσης είναι 10 – 12 ώρες. Όταν οι εσωτερικές συνθήκες το απαιτήσουν ο ψυχρός αέρας κυκλοφορεί μέσα από τους υπόγειους σωλήνες όπου θερμαίνεται και επιστρέφει στο θερμοκήπιο. Η μετάδοση θερμότητας μέσα στο έδαφος γίνεται με αγωγή από το βάθος ταφής των σωλήνων προς την επιφάνεια και με συναγωγή και ακτινοβολία στον εσωτερικό χώρο του θερμοκηπίου. Οι εναλλάκτες θερμότητας συνήθως τοποθετούνται οριζόντια κατά μήκος του θερμοκηπίου, με σημεία εισόδου και εξόδου του αέρα, στις αντίθετες πλευρές του θερμοκηπίου. Η εγκατάσταση αυτή μπορεί να χρησιμοποιηθεί για θέρμανση το χειμώνα και για δροσισμό το καλοκαίρι. Στη διάρκεια της θερινής περιόδου, η θερμοκρασία του εδάφους παραμένει αρκετούς βαθμούς κάτω από τη θερμοκρασία του ατμοσφαιρικού αέρα. Έτσι, ο θερμός αέρας που κυκλοφορεί μέσα στους οριζόντιους σωλήνες στο έδαφος αποβάλλει την θερμότητά του και επιστρέφει στο θερμοκήπιο κατά πολύ δροσερότερος.
===
Πηγή: “Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας”, Διδακτικές σημειώσεις του Χριστοφή Ι. Κορωναίου, Επισκέπτης Καθηγητής, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Διεπιστημονικό – Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (ΔΠΜΣ) “Περιβάλλον και ανάπτυξη”, Αθήνα 2012
