Ako pracuje solárny systém

Príprava teplej úžitkovej vody

Z hľadiska investičných nákladov sa ako optimálne riešenie javí pre celoročnú prípravu TÚV použiť ploché slnečné kolektory so selektívnou konverznou vrstvou. V prípade solárneho prikurovania budov alebo ohrevu bazénovej vody aj v zimnom období majú svoje opodstatnenie aj drahšie vákuové kolektory.


Významnejší výrobcovia slnečných kolektorov ponúkajú už dnes záujemcom na prípravu TÚV ucelené zostavy. Podľa požadovaného množstva TÚV sa dá z tabuliek určiť optimálna veľkosť solárneho zásobníka ako aj ostatné príslušenstvo. Napriek tomu je žiaduce zveriť návrh a montáž aj tohto typu solárneho zariadenia skúsenej montážnej firme, ktorá poskytne investorovi záruky na funkčnosť a prevádzkovú spoľahlivosť celého solárneho systému. Naviac pomôžu investorovi nájsť optimálne umiestnenie kolektorov tak, aby sa zabezpečil nielen ich maximálny výkon, ale aj aby vhodne doplnili architektúru celej stavby.


Najjednoduchšie sa navrhujú solárne zariadenia na prípravu TÚV. Vychádza sa z toho, že spotreba TÚV je počas celého roka konštantná a plocha slnečných kolektorov sa približne dimenzuje na pokrytie plánovaných potrieb TÚV v letnom polroku. 


V praxi sa návrh veľkosti solárneho zariadenia robí tak, že maximálny solárny príkon v lete a tomu odpovedajúce množstvo pripravenej TÚV nepresahuje o viac ako 10 % z plánovanej dennej spotreby TÚV pri max. dvojdennej akumulácii tepla.


Vďaka nižšej mernej hmotnosti teplejšej vody v hornej časti zásobníka sa táto prakticky nemieša so studenšou zo spodnej časti zásobníka a užívateľ má tak k dispozícii aj v obdobiach s nižšou intenzitou slnečného žiarenia dostatok TÚV o požadovanej teplote.

Termické slnečné kolektory sa dnes používajú najčastejšie na tieto účely:

príprava teplej úžitkovej vody

prikurovanie budov

ohrev vody v bazénoch

priemyselné teplo a chladenie


Je veľmi dôležité, aby projektant resp. montážna firma navrhla vhodný typ kolektora na daný účel použitia. Výber vhodného typu kolektora môže uľahčiť obecná znalosť priebehu účinnosti v závislosti na pracovných podmienkach rôznych konštrukčných typov kolektorov.

Napríklad je ekonomicky absolútne nevhodné použiť na sezónny (letný) ohrev bazénovej vody vysokoúčinné a teda aj drahé kolektory. S podstatne nižšími investičnými nákladmi sa rovnaký alebo dokonca i vyšší tepelný výkon dá dosiahnuť použitím lacných nekrytých plastových absorbérov. Je to dané tým, že okolitý vzduch má v lete často vyššiu teplotu ako bazénová voda a preto plastové absorbéry dosahujú v danom prípade často vyššiu účinnosť ako drahé kolektory. Čím je však rozdiel teplôt medzi strednou teplotou absorbéra a okolím väčší, tak stúpajú nároky na elimináciu tepelných strát kolektorov. 

 


Obecný priebeh výkonu malého solárneho zariadenia a spotreby TÚV v priebehu kalendárneho roku v rodinnom dome je na obrázku. Šikmo šrafované plochy predstavujú potrebu energie potrebnú na do ohrev TÚV v zimnom období. Ekonomicky prijateľným spôsobom môžeme slnečnými kolektormi v ročnom priemere ušetriť 50 až 70 % energie potrebnej na prípravu TÚV. Podiel solárnej energie je samozrejme možné aj zvýšiť ale potom investičné náklady za jednotku získaného tepla rastú exponenciálnym spôsobom. Chýbajúca časť solárneho príkonu v okrajových mesiacoch roka sa zabezpečí ďalším výmenníkom tepla napájaným z ústredného kúrenia alebo elektrickou odporovou špirálou, prípadne oboma súčasne. V spodnej časti solárneho zásobníka je umiestnený výmenník spojený so slnečnými kolektormi, ktorý aj v obdobiach nízkej intenzity slnečného žiarenia zabezpečí aspoň pred ohrev TÚV a tak znižuje energetickú spotrebu doplnkového energetického zdroja.

 

Príprava teplej úžitkovej vody a prikurovanie

V poslednej dobe rastie počet investorov, ktorí majú záujem aj o solárne vykurovanie budov. Je treba zdôrazniť, že ekonomicky zmysluplným spôsobom sa dá zabezpečiť iba čiastočné pokrytie potrieb domu na jeho vykurovanie. Je to preto, že v období najnižšej intenzity slnečného žiarenia je najväčšia spotreba tepla na vykurovanie stavebných objektov. Avšak vhodne navrhnutým solárnym zariadením je možné ekonomicky zaujímavým spôsobom využiť solárne prikurovanie objektu v jarných a jesenných mesiacoch roka.

Na obrázku je graficky znázornený výkon solárneho zariadenia, potreby tepla na prípravu TÚV a potreba respektíve straty tepla obytného domu.


Veľkosť kolektorového pola a teda aj jeho výkon musí byť v tomto prípade podstatne väčší ako v prípade prípravy iba TÚV (viď predchádzajúci obrázok). Napriek tomu aj v prípade väčšej inštalovanej plochy kolektorov je potrebný doohrev TÚV v zime, pretože nízka intenzita slnečného žiarenia a nízke teploty okolia nám ani pri veľkom solárnom zariadení nemusia zaistiť potrebné množstvo TÚV o požadovanej teplote (TÚV je napr. nepoužiteľná, ak mám 1000 l teplej vody ohriatej na 30° C, ale potrebujem 100 l vody o teplote 55° C). Šikmo šrafované plochy v okrajových mesiacoch roka pod čiarou teda predstavujú množstvo tepla, ktoré nám musí poskytnúť iný energetický zdroj aj pri príprave TÚV.


Solárne prikurovanie môže pozitívne ovplyvniť nízkoteplotný vykurovací systém podlahového alebo stenového kúrenia. Ak teplota vykurovacej vody na spiatočke z klasických rádiátorov sa pohybuje medzi 40 až 60° C, zo stenového alebo podlahového vykurovacieho systému môže byť pri porovnateľnom tepelnom výkone 25 až 30° C. Je samozrejmé, že slnečné kolektory môžu potom v zimnom období pracovať pri nižších stredných teplotách a teda menších tepelných stratách a využívať tak efektívnejšie aj nízke intenzity slnečného žiarenia. 

Na kúrenie nám zostáva množstvo tepla ohraničené krivkami (vodorovne šrafované plochy), hlavne v jarných a jesenných mesiacoch roka. Na druhej strane, máme relatívne veľký prebytok tepla v letnom období (kolmo šrafovaná plocha).

Tento technický problém sa rieši optimalizáciou kolektorového poľa tzv. kombi - zásobníkmi tepla. Sú to vertikálne nádrže obvykle o objeme 500 až 1000 l. Sú často konštruované tak, že dochádza v nich po výške k stratifikácii (vrstveniu) tepla získaného zo solárneho zariadenia. V hornej polovičke nádrže je obvykle umiestnený do ohrev z kotla ústredného kúrenia, elektrický do ohrev prípadne oboje.


V najvyššom a teda aj najteplejšom mieste sa odoberá teplá voda do výmenníka, kde sa proti prúdovým spôsobom ohrieva TÚV. Príslušné obehové čerpadlo sa spúšťa v dobe odberu TÚV. Toto riešenie má i tú výhodu, že TÚV sa spotrebováva bezprostredne po jej ohreve a teda nemôžu sa tam rozmnožiť zdraviu škodlivé baktérie typu "Legionel".


Z nižšieho horizontu zásobníka sa odoberá teplá voda do vykurovacieho systému domu. Sú známe aj iné konštrukčné vyhotovenia kombi-zásobníkov tepla, avšak spôsobom ich činnosti sa príliš nelíšia.


V nemeckom časopise "Stiftung Warentest" 3/98 bolo zverejnené kompletné hodnotenie solárnych zariadení najvýznamnejších nemeckých výrobcov na modelovom nízkoenergetickom dome s celkovou spotrebou 4200 kWh tepla/rok pri príprave TÚV a 14900 kWh/rok pri kombinovanej príprave TÚV a kúrení. Pri príprave TÚV sa slnečnými kolektormi v jednotlivých prípadoch dosiahlo 52,5 až 60 % krytie energetických potrieb a v prípade TÚV a kúrenia 19,5 až 24 % ( bez exteriérového bazéna ). Celkom iste je technicky možné dosiahnuť podstatne vyšší stupeň krytia energetických potrieb, avšak už s podstatne vyššími investičnými nákladmi za jednotku získaného tepla. Keďže súčasťou hodnotenia bola i cena solárneho zariadenia, optimum sa pohyboval v hore uvedených hraniciach.


Problém solárneho prikurovania a veľkých prebytkov tepla v lete možno efektívne riešiť ohrevom vody v bazéne, čím sa kúpanie v ňom stane príjemnejšie a predĺži sa kúpacia sezóna. 

Samozrejme sú aj iné spôsoby využitia letných prebytkov solárneho tepla a to hlavne dlhodobou akumuláciou tepla a solárnym chladením, ale tieto možnosti sú už investične veľmi náročné. Najlepším riešením je optimalizovať veľkosť solárneho systému (kolektorovej plochy) tak, aby jednotková cena získaného solárneho tepla bola ekonomicky 
akceptovateľná.