Jak pracuje solární systém

24. února 2008 v 23:53 |  Teorie získávání energie ze slunce
Časté dotazy potenciálních zákazníků vedou k neustálému vysvětlování funkce solárního systému. Následující řádky se snaží vysvětlit tzv. polopatě jak vlastně solární systém pracuje a co od něj můžeme tedy očekávat.

Na vnějším okraji zemské atmosféry představuje průměrná intenzita záření 1 367 W/m2 (sluneční konstanta). Při průchodu vzdušným obalem Země se část záření ztrácí, takže v létě (za jasného, pěkného slunečného dne) je k dispozici 800 W/m2 až 1 000 W/m2 (tzv. globální záření k dalšímu využití). Čili v České Republice dopadá přibližně 1000 W na jeden čtvereční metr nebo jinými slovy na jeden čtvereční metr dopadá jeden kilowat sluneční energie ovšem za jasného letního slunečného dne. Následující obrázek ukazuje jak je to se sluneční energií v průběhu roku a za jiných podmínek než jasný letní den.
Solární kolektor je zařízení, které přijme tuto dopadající energii ze slunce a předá ji k dalšímu využití (k ohřevu užitkové vody, k vytápění domu a k ohřevu bazénu). Žádný sluneční kolektor ovšem nepracuje se 100% účinností. Účinnosti se zpravidla pohybují mezi 80-90%. Čili tím již dostáváme, že nelze z jednoho metru čtverečního získat více než 800 W tepelné energie (0,8 kW).

Množství dopadající energie není stejné v průběhu dne a ani v průběhu různých ročních období. Zjednodušeně lze sledovat délku svitu slunce v průběhu dne. V létě se dá využít sluneční energie po dobu 10 hodin, v zimě je to však jen 3 hodiny aktivního slunečního svitu. Zde se objevuje nová jednotka - kilowatthodina. Jedna kilowatthodina je energie 1000 W ( 1 kW), která působí po dobu 1 hodiny. Následující obrázek ukazuje množství dopadající energie na 1 m2 kolektorové plochy v kilowatthodinách v průběhu jednotlivých měsíců v roce.
Z obrázku je zřejmé, že v letních měsících je energie více, na jaře a na podzim je méně a v zimních měsících je energie velmi málo. Slunce tedy není všemocné a také nesvítí každý den. Někteří zákazníci se domnívají že při pořízení solárního systému mohou odpojit plyn či přestat úplně topit jinými zdroji a že slunce vše vyřeší. Slunce dokáže pomoci zmírnit náklady na topení či přípravu TUV, nelze ovšem zcela odstavit standardní způsoby vytápění (plyn, elektřina, tuhá paliva, ...). Přesto však správně navržený solární systém uspoří na topení asi 20%, na přípravu TUV je to asi 80% a na ohřev bazénu uspoří 100% (celý ohřev letního bazénu pokryje solární systém).

Solární energii lze tedy využít následujícími způsoby:
1) LETNÍ OHŘEV BAZÉNU
V létě je energie dostatek, slunce svítí dlouho, průměrné tepelné výkony z 1 m2 kolektorové plochy lze získat cca 700 W. Tato energie plně postačuje k ohřevu bazénu v letních měsících. Průměrná teplota bazénu se zvýší s kolektory o 5 °C, než u bazénu bez kolektorů, čímž se celkově prodlouží doba koupání na jaře a na podzim (viz obrázek). K tomuto účelu se používají zpravidla plastové absorbéry, do kterých se dá pouštět přímo chlorovaná bazénová voda. Absorbéry pracují pouze v létě a není potřeba je nijak zvlášť izolovat proti tepelným ztrátám a proto je jejich pořizovací cena velmi nízká. U bazénů je zapotřebí uvažovat o 50% půdorysné plochy bazénu jako plochu solárních kolektorů.
2) OHŘEV Teplé Užitkové Vody (voda na koupání, mytí nádobí - dále jen TUV)
V každé domácnosti se dá využít slunce pro přípravu TUV. V letních měsících je ohřev TUV pokryt zcela, v zimních je to z poloviny, celkově tedy na přípravě TUV je ušetřeno cca 80%. Je potřeba si uvědomit, že opět nelze vyřadit stávající způsob ohřevu TUV (zpravidla malý elektrický boiler). Solární systém se předřadí tomuto boileru. Pokud je voda dostatečně ohřátá od slunce (uživatel požaduje např. 45 °C) a teče na vstup stávajícího ohřívače TUV již dostatečně teplá, stávající ohřívač již dále ohřívat nebude. Pokud na vstup stávajícího ohřívače TUV přijde voda méně teplá než požaduje uživatel (požadavek např. 45 °C), je dotopen pouze rozdíl. Vždy se tedy solární ohřev vyplatí, protože vždy se ohřeje voda přicházející z vodovodního řádu o teplotě kolem 5°C na teplotu vyšší. I když není ohřev dostatečný, stávající ohřívač TUV již nemá s konečným ohřevem tolik práce.

Zde je zapotřebí si uvědomit, že 1 m2 kolektorové plochy ohřeje za letní den 50 litrů vody na teplotu 60 °C. Čili plocha kolektorů musí být cca 4-8 m2 pro akumulační nádrže 200 - 500 litrů objemu. Slunce svítí pouze přes den - nádrže se nabijí a pokud je voda večer vypotřebovaná, slunce ji již neohřeje. Volí se cca 100 l objemu akumulační nádrže na 1 osobu.

Kolektory mohou být buďto pouze sezónní (jen na léto) - je možno použít levnějších plastových absorbérů, nebo celoroční s nemrznoucí směsí a dostatečnou izolaci proti tepelným ztrátám. I v zimních měsících se dá dosahovat teplot až 50 °C v akumulačních nádobách. V zimě je však velké množství zamračených dní a tak solární systém funguje spíše jako předehřev. I za zimního zamračeného dne má akumulační nádoba alespoň 25 °C což se vždy uplatní pro předehřev TUV. Následující obrázek ukazuje modrou čarou hranici potřebnou pro ohřev TUV. Oranžová plocha je nabídka sluneční energie, krerá tedy představuje vlastní úspory na přípravu TUV. Modrá plocha je ohřev stávajícím zdrojem, žlutá plocha je přebytek nevyužité energie (vodorovně jsou jednotlivé měsíce).
3) SOLÁRNÍ TOPENÍ (PŘITÁPĚNÍ)
Ze všech výše uvedených faktů je zřejmé, že v zimě je velmi málo slunečných dnů a množství dopadající energie je malé. V létě je energie dostatek a topit se nepotřebuje. V zimě je energie málo a topit se musí. Následující obrázek ukazuje nabídku solární energie v závislosti na potřebě topení. Modrá přerušovaná čára představuje požadavek na topení. Červená čára je nabídka sluneční energie. Oranžová plocha představuje úsporu, modrá plocha topení stávajícím zdrojem. Žlutá plocha je přebytek energie ze slunce v letních měsících.
Aby bylo možno uvažovat o topení ze slunce, je zapotřebí mít instalováno v domě nízkoteplotní kapalinové podlahové nebo stěnové vytápění (trubičky s protékající teplonosnou kapalinou). U takovýchto způsobů vytápění je teplota topné vody kolem 30 °C což lze i v zimě ze solárního systému získat. Pokud jsou v domě přítomny standardní radiátory (pod okny) je teplota topné vody 50-60 °C. Takovouto teplotu solární systém v zimě neumí vytvořit. Proto kdo má radiátory, nemůže uvažovat o topení od slunce.

Dnes však existují různé způsoby tzv. suché technologie výstavby podlahového nebo stěnového vytápění. Jedná se o stavebnice panelů, které se položí na zem nebo na zeď, uvnitř jsou již instalovány trubičky pro teplonosnou kapalinu. Takováto podlaha nebo stěna se sestaví bez bourání a betonování jako stavebnice a nahoru se položí plovoucí podlaha, linoleum, koberec či tapeta. Podlaha se sice zvedne o cca 3 cm (taktéž stěna o 3 cm), ale je efektně a čistě vybudováno nízkoteplotní vytápění domu do kterého stačí pouštět pouze 30 °C teplou vodu a ne 60 °C jako do klasických radiátorů..

Aby solární systém pro přitápění byl účinný i v zimě, je zapotřebí uvažovat o ploše minimálně 15-20 m2 kolektorové plochy a k tomu akumulační nádobu o objemu cca 750-1000 litrů. Vzpomeňme na výše uvedené obrázky, kdy v zimě dopadá jen 100-300W energie na 1 m2 kolektorové plochy. V domácnostech bývá běžně kotel o výkonu 15 kW. Abychom takovýto výkon dostali i v zimě, musela by být plocha kolektorů několik desítek metrů čtverečních. Tato investice by však byla příliš vysoká. Plocha 15-20 m2 kolektorové plochy je dostačující v poměru cena / výkon / návratnost.

Ve výše uvedeném obrázku je vidět žlutá plocha znázorňující přebytek tepla v letních měsících. Konkurenční prodejci a instalatéři vyžadují tento letní přebytek odevzdávat do bazénu. Ne každý však má bazén a tak jsou tedy ostatní prodejci nuceni použít menší plochu kolektorů, aby se v létě nepřehřívaly. Tím tedy celkově snižují plochu kolektorů a na přitápění v zimě to již nedostačuje.

Naše celoroční kolektory se nepřehřívají v letních měsících. Nemůže se tedy ani stát, že při výpadku el.energie vyvře solární náplň a systém je pak zcela nepoužitelný. Protože se naše kolektory v létě nepřehřívají můžeme instalovat optimální plochu kolektorů i pro zimní přitápění. Kolektory neztrácejí časem selektivitu (černou absorbční vrstvu na kolektoru). Černá absorbční vrstva u všech současných kolektorů vybledává - za 10 let se tímto problémem sníží účinnost barvených plochých kolektorů o 30%. V našich kolektorech je barvená kapalina, která se dá zcela vyměnit a kolektor má stále maximální účinnost.
Existuje celá řada výrobců kolektorů a všichni se neustále předhánějí, který má vyšší účinnost. Je stále zapotřebí mít na paměti, že z 1 m2 kolektorové plochy lze v ideálním případě získat maximálně 1000 W (1 kW), v praxi je to však o třetinu méně vlivem ztrát na vedení a účinnosti kolektorů. V České Republice je prakticky jedno jestli je kolektor trubicový vakuový nebo standardní plochý nebo jakýkoliv jiný. Je vždy zapotřebí mít správnou plochu kolektorů a tím volit spíše nižší pořizovací cenu kolektorů. Vždy bude zachován stávající zdroj topení (plyn, elektřina, tuhá paliva, ...) a v případě dostatku energie ze slunce bude tento stávající zdroj odpočívat. Nelze ale nikdy stávající zdroje odtavit úplně. Slunce bude vždy pouze občas šetřit, což prakticky vychází na 20% (viz sekce úvod).

Pokud je vám stále něco nejasné, neváhejte nás kontaktovat.
 

2 lidé ohodnotili tento článek.

Aktuální články

Reklama