Solárny systém

Solárny systém aktívne využíva slnečnú energiu a transformuje ju na tepelnú energiu. Slnečný kolektor, spojovacie potrubie a spotrebič (bojler, bazén, vykurovací systém ap.) tvoria základ systému.

Najvhodnejšia orientácia solárneho kolektoru v strednej Európe využívaného celoročne je južný smer, uhlom cca 45°.

Solárne systémy sa najčastejšie používajú na:

• ohrev vody v bazénoch.

• príprava teplej úžitkovej vody (TÚV),

• prikurovanie miestností - temperovanie,

Chýbajúca časť solárneho príkonu v okrajových mesiacoch roka sa zabezpečí ďaľším 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 predohrev TÚV a tak znižuje energetickú spotrebu doplnkového energetického zdroja.

Systém na ohrev vody v bazénoch

Využitie slnečnej energie prostredníctvom bazénového absorbéra je cenovo najvýhodnejšia možnosť zohrievania vody. Želaná úroveň teploty vody je tesne nad teplotou okolia. Preto postačujú jednoduché cenovo výhodné absorbéry z plastov, ktoré môžu byť vďaka svojim nízkym pracovným teplotám uložené na ľahko sklonených plochách.

Pre umiestnenie absorbérových rohoží sú vhodné sklonené strešné alebo trávnaté plochy. Pretože sú úplne plastové, môžu sa prevádzkovať v jednookruhovom systéme; to znamená že chlórovaná voda z bazénu sa môže pomocou recirkulačného čerpadla preháňať priamo cez absorbér bez zapojenia výmenníka tepla. Predpokladom je primerané dimenzovanie čerpadla. Plastové kolektory sú v prevádzke iba v letnom polroku a pred prvým mrazom sa musia vyprázdniť.

Dimenzovanie

Potrebná kolektorová plocha zodpovedá zhruba veľkosti povrchu bazénu. Tým sa zvýši teplota vody v prípade solárne zohrievaných otvorených kúpalísk v porovnaní s nevyhrievanými bazénmi v priemere o 4 až 7 °C.

Systém na prípravu teplej vody

Systém nám môže (ekonomicky zmysluplne) usporiť 50 až 75 % nákladov na prípravu teplej vody. Z hľadiska investičných nákladov su najvýhodnejšie pre celoročnú prípravu TÚV ploché slnečné kolektory so selektívnou konverznou vrstvou.

Solárny systém na ohrev vody sa skladá z nasledovných komponentov:

• kolektory

• armatúry

• zásobník (bojler) s výmenníkom tepla

• čerpadlo

• regulačná jednotka

• vyrovnávacia expanzná nádoba

K samotnej premene energie slnečného žiarenia na tepelnú energiu slúžia kolektory (1), ktorých nevyhnutnou súčasťou je absorbér zachytávajúci slnečné žiarenie. Nosnú konštrukciu kolektora tvorí rám, ktorý by mal mať nízku hmotnosť, veľkú mechanickú pevnosť, odolnosť proti korózii a vodotesnosť. Priehľadné pokrytie kolektora predstavuje vlastne jeho tepelnú izoláciu z prednej strany. Tá má zabrániť prenosu tepla, ale umožňuje prestup slnečného žiarenia. Teplo sa prostredníctvom teplonosnej kvapaliny (nemrznúca zmes) odvádza cez trubky (2) do zásobníka teplej vody, tzv. bojlera (3), v ktorom výmenník (4) ohreje úžitkovú vodu. Elektrické vyhrievacie teleso (5), prípadne iný zdroj tepla (kotol, prípojka ústredného vykurovania) dohrieva vodu počas zamračených dní. Elektronické ovládanie (6) zabezpečuje automatickú prevádzku, vypína a zapína obehové čerpadlo. Vyrovnávacia nádoba (7) udržuje rovnomerný tlak a vyrovnáva zmeny objemu kvapaliny. Teplá voda slúži na bežné použitie v domácnosti v kúpelni (8) či na umývanie riadu a pod.

obr. schéma na solárny ohrev vody

Dimenzovanie a stupeň pokrytia

Najdôležitejšou zásadou pri dimenzovanie solárneho zariadenia pre prípravu teplej vody je dosiahnutie takmer 100%-ného pokrytia mimo obdobia vykurovania, aby v tomto období nemusel byť pre prípravu teplej vody podľa možnosti vôbec prevádzkovaný vykurovací kotol.  Z tohto dôvodu je potrebné odhadnúť dennú potrebu teplej vody obyvateľov. Ak sa viac sprchujú ako kúpu, je spotreba teplej vody nižšia. Na jedno kúpanie vo vani sa spotrebuje v priemere 150 l vody s teplotou 40°. Obvykle sa vychádza z potreby teplej vody od 40 do 60 litrov. Vychádzajúc z teploty 50°C, za predpokladu ideálneho nasmerovania na juh, sklonu strechy 45° a stupňa pokrytia 70%, vypočítame potrebný objem zásobníka podľa nasledovného vzorca:           

Objem zásobníka = spotreba teplej vody x počet osôb x 2,5

 Veľkosť kolektora sa môže počítať asi nasledovne:

 Počet osôb v domácnosti x 1,5 až 2 = plocha kolektora v m2

 Pre jednoduché dimenzovanie solárneho zariadenia poslúži následne uvedená tabuľka:

Pri odchýlkach od južného nasmerovania alebo od ideálneho sklonu strechy je potrebné dimenzovanie zvýšiť.

Príprava teplej úžitkovej vody a prikurovanie 

Treba zdôrazniť, že ekonomicky zmysluplne sa solárnym zariadením nedá zabezpečiť 100 % pokrytie energetických potrieb rodinného domu na jeho vykurovanie (aspoň nie štandardne postaveného v zmysle súčasne platných noriem a predpisov na tepelné straty). Veľkosť kolektorového poľa a teda aj jeho výkon však v tomto prípade je podstatne väčší. Solárne vykurovanie môže kryť približne 15 až 30 % ročných energetických potrieb dobre izolovaného a nízkoteplotným vykurovacím systémom (podlahové, stenové alebo stropné vykurovanie) vybaveného objektu.

Predpoklady pre dosiahnutie vyššieho stupňa pokrytia

Čiastočne solárne vykurovanie miestností s vyšším stupňom pokrytia vyžaduje komplexnú energetickú koncepciu, ktorá musí byť uplatňovaná už od začatia etapy plánovania. V priebehu pivničných stavebných prác, prípadne sanačných prác je nutné do vykurovacej miestnosti umiestniť väčšinou väčší vyrovnávací zásobník (=zásobník energie). Taktiež je možné zosúladiť sklon strechy a umiestnenie strešných okien alebo výzorníkov tak, aby bola umožnená cenovo priaznivá montáž veľkoplošných kolektorov, integrovaných do strechy.

 V prvom rade je potrebné realizovať tepelnú izoláciu domu na úrovni nízkoenergetických domov s ročnou spotrebou tepla od 30 až 60 kWh/m2 za rok. Ďalším priaznivým predpokladom pre dosiahnutie vyššieho solárneho stupňa pokrytia je použitie nízkoteplotných vykurovacích systémov, ako sú podlahové alebo stenové vykurovanie, ktoré pracujú s nízkymi vstupnými teplotami od len 30 do maximálne 35°C.

 Orientácia na juh a nebránené slnečné žiarenie aj v zime – na slnečné kolektory nesmú dopadať tiene spôsobené vrchmi, stromami alebo inými budovami. Optimálny uhol sklonu slnečných kolektorov je pre zimné používanie, zamerané na vykurovanie miestností, 45 - 60°. Pri odchýlke od juhu do max. 45°, to znamená juhovýchod alebo juhozápad namiesto optimálneho smerovania na juh, je potrebné pre dosiahnutie rovnakého výkonu zväčšiť plochu kolektorov až o 20% . Odchýlku väčšiu ako 45° od južného nasmerovania neodporúčame.

Dimenzovanie

Dimenzovanie takýchto zariadení je oveľa komplexnejšie ako zariadení na prípravu teplej vody a vyžaduje starostlivé plánovanie a realizáciu, ak má byť prevádzka zariadenia hospodárna. V závislosti od požadovaného stupňa pokrytia je treba pre priemerný rodinný dom 20 až 40 m2 plochy slnečných kolektorov a vyrovnávací zásobník 1 až 5 m3 , ktorý na niekoľko hodín alebo dní uskladní solárne teplo. Dosiahnutie vyšších stupňov pokrytia až do 100% je principiálne možné, je však spojené s podstatne vyššími nákladmi a je preto nerentabilné (kolektorová plocha 60-80 m2 a sezónny zásobník 60 000 až 80 000 l)

 Odporúčaná veľkosť plochy kolektorov: zhruba 20% z vykurovanej obývacej plochy

 Takto je možné dosiahnuť celkový stupeň pokrytia pre teplú vodu a vykurovanie 20 až 60%, v závislosti od potreby energie domu na vykurovanie a teplú vodu, od faktorov lokality (normovaná vonkajšia teplota, miestne pomery slnečného žiarenia), nasmerovania a sklonu kolektorov, druhu vykurovacieho systému.

 V prípade zvislo montovaných fasádových kolektorov je pri rovnakom výkone a rovnakej celoročnej spotrebe potrebné až o 30% viac kolektorovej plochy. Tento spôsob montáže dostáva prednosť predovšetkým v prostrediach bohatých na sneh a pre pasívne domy s energetickým ukazovateľom pod 15 kWh/m2 ročne.

 Zostávajúcu potrebu tepla preberá v ideálnom prípade vykurovanie na báze obnoviteľnej energie, napríklad drevené pelety alebo kusové drevo. Tieto vykurovania sa tak či tak majú prevádzkovať so zásobníkom s vyrovnávaním záťaže a ten môže slúžiť súčasne ako zásobník energie pre solárne zariadenie.

Príklad

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.

Zdoj: www.e-filip.sk