Slnečné kolektory firmy Viessmann dokážu vyhovieť všetkým nárokom na účinnú a hospodárnu podporu vykurovania a prípravy teplej vody. Solárne kolektory dokážu ušetriť veľkú časť energie potrebnej na ohrev vody a vykurovanie. So solárnym termickým systémom môžete využívať bezplatnú slnečnú energiu a znížiť mesačné náklady na energiu. Okrem toho inštaláciou solárneho tepelného systému preukážete svoj záväzok chrániť životné prostredie tým, že trvalo znížite emisie CO₂.
Či už ide o obytné, komerčné alebo obecné budovy, s technikou Viessmann môžete svoj systém zabezpečiť do budúcnosti a spoľahnúť sa na optimálnu súhru všetkých komponentov systému. Vďaka viac ako 40-ročným skúsenostiam s vývojom a výrobou solárnych tepelných systémov sa môžete spoľahnúť na vysokú kvalitu a technické znalosti.
Princíp fungovania solárnych termických systémov
Solárny termický systém je v podstate systém, ktorý sa môže používať na ohrev teplej vody a zálohovanie ústredného kúrenia. Solárna energia je bezplatná, takže nielenže ušetríte na fosílnej energii, ale investícia do solárneho termického systému sa vám vráti už v priebehu niekoľkých rokov.
Aby bolo možné využívať slnečnú energiu, sú potrebné kolektory na zachytávanie lúčov. Spoločnosť Viessmann Vitosol vyvinula na tento účel rúrkové a ploché kolektory. Tieto kolektory absorbujú slnečné lúče a premieňajú ich na využiteľné teplo.
Okrem kolektorov sa solárny termický systém skladá z absorbéra, solárneho okruhu a solárnej kvapaliny alebo média. Keď lúče dopadajú na kolektory, táto energia sa v absorbéri mení na teplo. Tá sa najprv prečerpá do zásobníka alebo zásobníka teplej vody a odtiaľ sa prostredníctvom okruhu distribuuje do domácnosti - buď ako záloha pre vykurovací okruh, alebo na ohrev teplej úžitkovej vody. Teplo sa najprv dopraví do príslušného zásobníka pomocou solárneho média.
Typy solárnych kolektorov Viessmann
Spoločnosť Viessmann ponúka vo svojom produktovom rade dva typy slnečných kolektorov - ploché a trubicové kolektory. Oba premieňajú slnečnú energiu na tepelnú energiu pomocou absorbéra, líšia sa však spôsobom vyhotovenia a fungovania.
Ploché kolektory Vitosol
- Vitosol 100-FM - výkonný plochý solárny kolektor s novou absorpčnou vrstvou ThermProtect. Dodáva sa s rámom vo farbe hliníka a predstavuje ideálny doplnok každého vykurovacieho systému. V ročnom priemere dokáže nahradiť až 60 percent energie potrebnej na ohrev pitnej vody a podporuje okrem toho vykurovanie. Solárna zostava Vitosol 100-FM na ohrev pitnej vody je vhodná predovšetkým pre modernizáciu a novostavby. Svojou veľkosťou, výkonom a cenou je dimenzovaná pre použitie v rodinnom dome. Systém pozostáva z dvoch plochých kolektorov Vitosol 100-FM (typ SVKF) a bivalentného zásobníkového ohrievača (s objemom 250 litrov) typu Vitocell 100-B/-W.
- Vitosol 200-FM - výkonný plochý kolektor s novou vrstvou absorbéra technológie ThermProtect. Predstavuje ideálny doplnok každého vykurovacieho systému. V ročnom priemere dokážu tieto kolektory nahradiť až 60 percent energie potrebnej na ohrev pitnej vody a môžu naviac podporovať aj vykurovanie. S plochou absorbéra 2,3 m² sa slnečné kolektory dokážu prispôsobiť aktuálnym energetickým potrebám. V spojení s kondenzačným kotlom je možné vďaka bezplatnej solárnej energii ušetriť viac ako tretinu energie potrebnej na vykurovanie a prípravu teplej vody.
Vlastnosti plochých kolektorov Vitosol 200-FM
- Nedochádza k prehrievaniu či tvorbe pary pri nízkom odbere tepla.
- Zvýšené solárne krytie na podporu vykurovania a ohrev pitnej vody.
- Trvalá tesnosť vďaka priebežnému rámu kolektora a bezšvovému osadeniu skla.
- Rýchle a bezpečné pripojenie vďaka pružným nástrčným vlnovcom z ušľachtilej ocele.
- Univerzálne vhodné pre montáž na šikmú alebo plochú strechu, ako aj na fasádu. Možná je vodorovná, aj zvislá montáž.
- Atraktívny dizajn, individuálne lakovanie rámu v odtieňoch stupnice RAL.
Pri plochých slnečných kolektoroch sa slnečné žiarenie zachytáva v absorpčnej vrstve kolektora, ktorá je povrchovo upravená tak, aby pohltila čo najviac lúčov a len minimum sa odrazilo späť do okolia. K absorpčnej vrstve je prichytené pomocou tepelne vodivého spoja potrubie, cez ktoré prúdi teplonosná kvapalina. Aby boli tepelné straty čo najnižšie, sú kolektory uložené v tepelne izolovanom ráme a zvrchu prekryté špeciálnym sklom. To umožňuje takmer bezstratový prechod slnečného žiarenia k absorbéru a zároveň vytvára vzduchovú izolačnú vrstvu, ktorá bráni únikom tepla do okolia.
Jadrom plochých kolektorov z produktového radu Vitosol je absorbér v tvare meandra, ktorý sa nachádza pod stabilným a vysoko priehľadným krycím panelom zo špeciálneho skla. Vysokokvalitné materiály zaručujú trvalo stabilný systém.
Trubicové kolektory Vitosol
Trubicové kolektory Vitosol obsahujú vysoko selektívne absorbéry, ktoré dosahujú vysokú účinnosť. Prispieva k tomu skutočnosť, že absorbéry sú umiestnené vo vnútri trubíc. To ich chráni pred poveternostnými vplyvmi a znečistením, čo následne umožňuje trvalo vysoké využitie energie. Produkty Vitosol sa rýchlo a jednoducho inštalujú. Dodávajú sa ako vopred zmontované moduly. Trubice sa dajú otáčať, čo výrazne uľahčuje výmenu jednotlivých trubíc.
Trubicové kolektory sa skladajú z trubíc, ktoré im dali názov. V každej vákuovej trubici je integrovaný absorbér s vysoko selektívnym povlakom. Absorbér zaručuje vysokú absorpciu slnečného žiarenia a nízke emisie tepelného žiarenia. Na absorbéri je namontovaná tepelná trubica, ktorá je naplnená odporujúcou sa kvapalinou. Tepelná trubica je pripojená ku kondenzátoru. Kondenzátor je umiestnený vo výmenníku tepla s dvojitými rúrkami Duotec z medi. Tým sa zaručuje optimálny prenos tepla.
Vo všeobecnosti možno trubicové kolektory rozlíšiť podľa ich konštrukcie: v trubicových kolektoroch s priamym prúdením teplonosné médium cirkuluje cez absorpčné trubice, ktoré sú umiestnené vo vnútri trubíc. V systémoch s trubicovými kolektormi teplonosné médium trubicami nepreteká. Namiesto toho sa médium (zvyčajne voda) odparuje v medenej trubici pod absorbérom. Para kondenzuje v príznačne nazvanom kondenzátore na hornom konci trubíc - tu sa energia odovzdáva teplonosnému médiu v kolektore. Trubicové slnečné kolektory navyše využívajú vákuum.
Technológia ThermProtect - ochrana proti prehrievaniu
Dôležitou kvalitatívnou vlastnosťou je certifikát Solar Keymark, ktorý je značkou kvality pre solárne tepelné výrobky na základe európskych noriem. Solárne tepelné systémy Viessmann dosahujú vysoké hodnotenie v oblasti výkonu a životnosti, čo potvrdzujú aj testy kvality podľa skúšobnej normy EN 12975. To zároveň potvrdzuje trvalo vysoký tepelný výkon. Solárne kolektory Vitosol sú vyrobené z materiálov odolných voči korózii a UV žiareniu.
Spoľahlivú ochranu pred prehriatím poskytuje aj patentovaná funkcia vypnutia ThermProtect závislá od teploty. Absorbéry v nových plochých kolektoroch Viessmann, ako je napríklad Vitosol 100-FM, menia svoje vlastnosti (štruktúru svojho povrchu) tak, aby vyžarovali viac energie.
Vákuové trubicové kolektory Viessmann, ako napríklad Vitosol 200-TM, prestanú pri prekročení určitej teploty kolektora odovzdávať slnečnú energiu solárnemu médiu. V rámci tohto procesu absorbér pri zahrievaní vyžaruje čoraz viac tepla. Tým sa zvyšujú tepelné straty kolektora, pričom zároveň teplota kolektora stúpa len mierne a stagnačná teplota zostáva výrazne pod obvyklými hodnotami.
ThermProtect mení kryštálovú štruktúru plochých kolektorov. Pri teplote nad cca. 75 °C sa mení kryštalická štruktúra vrstvy absorbéra, tepelné sálanie sa niekoľkonásobne zvýši a výkon kolektora sa zníži. Takto je maximálna teplota v kolektore výrazne nižšia a zabráni sa tvorbe pary v solárnom okruhu. Poklesom teploty kolektora sa kryštalická štruktúra znovu vráti do pôvodného stavu. Tým dochádza k absorpcii až 95 percent dopadajúcej slnečnej energie, ktorá sa mení na teplo. Formou odrazu sa stratí len zvyšných päť percent. Táto zmena kryštalickej štruktúry je neobmedzene často vratná a tak je táto funkcia tiež trvale k dispozícii.
ThermProtect umožňuje u kolektorov Vitosol 200-FM a Vitosol 100-FM oproti bežným kolektorom aj vyšší energetický výnos, nakoľko ich výkon nemôže stagnovať a môžu kedykoľvek znovu poskytovať teplo.
Výhody: Plánovanie solárnych tepelných systémov je jednoduchšie a nároky na inštaláciu sú nižšie. Nie sú potrebné komponenty, ako sú predchladzovacie nádoby a stagnačné chladiče.
Riešenie stagnácie solárneho systému
Slovo stagnácia z pohľadu solárnych systémov znamená, že systém nie je schopný sa dostatočne rýchlo ochladzovať, a tak dochádza k postupnému zvyšovaniu teploty vody cirkulujúcej v solárnom systéme. To môže viesť k následnej degradácii. Veľký vplyv na stagnáciu má typ solárneho systému.
Môže sa jednať o tzv. teplovodný alebo horúcovodný systém, kde voda počas normálnej prevádzky nemení svoje skupenstvo a len sa zohrieva. Rozdiel medzi teplovodným a horúcovodným systémom je len v teplotách vody. Druhým typom je tzv. dvojfázový „kombi“ systém, v ktorom voda mení skupenstvo.
Medzi hlavné dôvody stagnácie solárnych systémov patrí príliš veľká plocha solárnych kolektorov a malá potreba tepla počas dňa. Je pochopiteľné, že k stagnácii solárnych systémov dochádza počas letných mesiacov, kedy je spotreba tepla počas roka najmenšia. K stagnácii dôjde pri zohriatí zásobníku tepla na maximálnu teplotu cca 95 °C. V takom prípade sa vypína čerpadlo, ktoré zaisťuje chladenie solárneho kolektoru.
Následne teplota absorbéra, ktorý je súčasťou kolektoru, začína rýchlo stúpať, až sa dostane na veľkosť tzv. stagnačnej teploty, ktorá sa pri trubicových pohybuje od 180 do 210 °C a od 220 do 300 °C pri vákuových kolektoroch. Dosahovaním týchto teplôt v systéme dochádza k častým zmenám skupenstiev, čím sa systém poškodzuje.
Riešením je návrh vhodnej expanznej nádoby, ktorá je schopná vyregulovať nárast tlaku v systéme. Postupným zohrievaním vody v uzavretom priestore sa zväčšuje totiž jej objem a následne rastie aj tlak v systéme.
Fázy stagnácie:
- Teplota kolektora rastie až k teplote vyparovania. Celý proces sa odohráva v blízkosti kolektora, kde je teplota vody najväčšia.
- Väčšia časť kvapaliny je vytlačená z kolektora do expanznej nádoby vplyvom väčšieho tlaku vyparenej vody, tj. pary. Výsledkom je rapídny nárast tlaku v systéme a teploty v potrubí kolektora a postupné plnenie potrubia parou. Kvapalina, ktorej teplota sa blíži k teplote varu, tepelne namáha časti systému.
- Zvyšná kvapalina, ktorá sa nachádza v kolektore sa vyparí a začne sa dostávať do ostatných častí systému. Následne ohrieva ďalšie časti systému, a tým poškodzuje.
- Para v kolektore sa postupom času viac prehrieva a chladenie kolektora je čím ďalej tým ťažšie.
- Fáza začína poklesom teploty pod teplotu varu a jej následným klesaním, čím sa z pary stáva kvapalina a kolektor je opäť tzv. zaplavovaný.
Našťastie sa proces stagnácie dá jednoducho regulovať a do určitej veľkosti priam eliminovať. Zmyslom riadenia stagnácie je ochrana dôležitých častí systému pred tepelným poškodzovaním. Celý princíp spočíva v tom, že prebytok tepla buď niekde uložíme „na horšie časy“, alebo ju jednoducho zmaríme. Výhodou riadenia stagnácie je schopnosť pracovať aj bez elektrickej energie, tj. systém pracuje s tzv. Pre malé domáce teplovodné/horúcovodné systémy je riadenie stagnácie dostačujúce veľkosťou expanznej nádoby.
No pri stredne veľkých systémoch sa už odporúča zapojiť do systému tzv. pasívny marič tepla. Takýto marič je po konštrukčnej stránke úplne jednoduchý. Ide len o to, aby mal čo najmenší objem, a aby jeho plocha bola čo najväčšia, tým sa bude tekutina v systéme počas prebytku tepla ochladzovať oveľa rýchlejšie. Akonáhle dôjde k zvýšeniu potreby tepla v domácnosti, dôjde k poklesu tlaku v systéme, ventil sa uzavrie, marič sa tekutinou v systéme obchádza a teplo ide k spotrebiteľovi.
Unikátnym riešením proti prehrievaniu kolektorov sa môže pochváliť napríklad plochý kolektor Vitosol 200-FM. Využíva patentovanú technológiu ThermProtect, teda inteligentnú vrstvu absorbéra chrániacu kolektory pred prehrievaním. ThermProtect po dosiahnutí určenej teploty slnečné kolektory vypne. Pri teplote nad cca. 75 °C sa mení kryštalická štruktúra vrstvy absorbéra, tepelné sálanie sa zvýši niekoľkonásobne a výkon kolektora sa zníži. Takto je maximálna teplota v kolektore výrazne nižšia a zamedzí sa tým aj tvorbe pary v solárnom okruhu. Poklesom kolektorovej teploty dôjde k zmene kryštalickej štruktúry do pôvodného stavu. Takto sa potom znovu až 95 % dopadajúcej slnečnej energie absorbuje a mení na teplo. Formou odrazu sa stratí len zvyšných 5 %.
Thermal Energy Storage - HTTS - IMAGES Project - Animation
Inštalácia a optimalizácia solárnych kolektorov
Solárne kolektory možno vďaka ich rozmanitému dizajnu inštalovať takmer v každej koncepcii budovy, v novostavbách aj v projektoch modernizácie, a to buď na budove, alebo v jej blízkosti. Podľa potreby ich možno inštalovať na šikmé strechy, ploché strechy a steny, ako aj voľne stojace na zemi. Vo všetkých prípadoch kolektor a montáž tvoria jeden statický celok.
Pre optimálnu inštaláciu je dôležité zvážiť niekoľko faktorov:
- Orientácia: Na dosiahnutie čo najvyššej účinnosti by mali byť kolektory otočené na juh, s odchýlkou do 30° - pri jej dodržaní klesá účinnosť iba minimálne. Pri predimenzovaní kolektorov (ak použijete väčšiu plochu) ich môžete orientovať aj na východ alebo západ. Množstvo energie, ktoré je k dispozícii na výrobu tepla, je najväčšie, keď žiarenie dopadá na povrch kolektora pod pravým uhlom. V našej zemepisnej šírke sa to nedá dosiahnuť pri vodorovnom povrchu. Povrch kolektora však môže byť primerane naklonený.
- Sklon: Sklon kolektorov by mal byť v rozsahu 25 - 60°, max. 25 - 70°. Obzvlášť dobré výsledky možno dosiahnuť pri strechách orientovaných na juh so sklonom 30 až 40 stupňov. Ak je povrch strechy orientovaný na východ alebo západ, môžu majitelia domov očakávať až o 20 % nižší výnos pri podobnom sklone. O niečo menej priaznivá orientácia sa dá kompenzovať väčšou plochou kolektora.
- Zatienenie: Dôležité je aj to, aby bola strecha dostatočne veľká a čo najmenej zatienená. Ak susedné domy, stromy alebo hory vrhajú na plochu strechy počas roka dlhší čas tieň, solárny zisk sa zníži.
Pri navrhovaní solárneho tepelného systému pre rodinný dom alebo dom pre dve rodiny platí toto pravidlo: ak je plocha kolektora orientovaná na juhovýchod až juhozápad, na 100 litrov objemu zásobníka by sa malo počítať s 1,5 štvorcového metra plochého kolektora alebo 1,0 štvorcového metra plochy trubicového kolektora. Straty na výnose spôsobené nepriaznivou orientáciou alebo sklonom možno kompenzovať mierne zväčšenou plochou kolektora.
Montáž oboch kolektorov je mimoriadne jednoduchá. Integrované rúrky prívodu a spiatočky umožňujú bezpečnú montáž aj väčších kolektorových polí pomocou pružných nástrčných vlnovcov z ušľachtilej ocele. Vzájomne takto možno spojiť až dvanásť kolektorov. Ploché kolektory sa dajú montovať na šikmú strechu aj na plochú strechu. So zariadeniami Vitosol 200-FM a Vitosol 100-FM možno rýchlo a jednoducho prepojiť až dvanásť solárnych kolektorov.
Integrácia do vykurovacieho systému a úspory
Solárne termické systémy sú tiež ideálnym spôsobom doplnenia vykurovacieho systému. Solárne kolektory sú iba doplnkovým zdrojom tepla na vykurovanie a prípravu teplej úžitkovej vody. Využitie slnečnej energie umožňujú kolektory z produktového radu Vitosol. Využívajú sa buď len na ohrev teplej vody, alebo i na podporu ústredného vykurovania. Pri inštalácii nového vykurovacieho systému v rámci modernizácie by sa so solárnymi kolektormi Vitosol malo počítať už vo fáze plánovania.
Solárne médium ohrievané v solárnych kolektoroch sa môže použiť aj na ohrev vykurovacej vody. Na tento účel sa vo vykurovacom okruhu prostredníctvom výmenníka tepla využíva voda v solárnom zásobníku, ktorá je priebežne ohrievaná solárnymi kolektormi. Riadiaca jednotka kontroluje, či sa dá dosiahnuť požadovaná teplota v miestnosti. Ak je teplota nižšia ako nastavená hodnota, spustí sa aj kotol. Všeobecne rozšírená mylná predstava je, že solárne vykurovanie na zálohovanie ústredného kúrenia je možné len v kombinácii so systémami podlahového vykurovania. So solárnym termickým systémom sa môžu používať aj tradičné radiátory.
Jednu z dôležitých oblastí potenciálu úspor ponúka ohrev teplej vody. V našich zemepisných šírkach predstavujú slnečné kolektory v kombinácii so zásobníkom teplej vody najzaujímavejšiu alternatívu k prevádzke kotla, najmä počas letných mesiacov. V rodinnom dome pokrýva slnečná energia až 60 percent energie potrebnej na ohrev teplej vody. Ak skombinujete ohrev teplej vody a vykurovacej vody, ušetríte približne 35 percent celkovej potrebnej energie - každý rok. Správne navrhnutý a nainštalovaný systém solárnych kolektorov od osvedčeného výrobcu vám dokáže vďaka bezplatnej energii získavanej zo slnka ušetriť až 70 % nákladov na ohrev teplej úžitkovej vody a nemalú časť nákladov na vykurovanie. Pri prepočítaní na skleníkové plyny môže ísť o tisíce kilogramov CO2.
Zásobníky teplej vody Viessmann
Pre vlastné potreby môžete využívať solárnu energiu dvoma spôsobmi. Základom tohto riešenia je bivalentný zásobník teplej vody, ako napríklad Vitocell 300-B. Keď teplota klesne prostredníctvom odberu teplej vody, napríklad na kúpanie alebo sprchovanie, spustí sa v prípade potreby kotol, aby zabezpečil dodatočný ohrev prostredníctvom druhého okruhu.
Ďalšie možnosti kombinácie solárneho systému s výrobkami radu Vitosol tiež zabezpečujú vysokú úroveň komfortu pri ohreve teplej vody. Využiť môžete aj dvojrežimové zásobníky teplej vody Vitocell 100-U/W alebo Vitocell 100-W, kombinované zásobníky alebo zásobníky vykurovacej vody, ako napríklad Vitocell 360-M. Viessmann má vhodný zásobník teplej vody, ktorý splní každú potrebu. Kolektory sú len jednou časťou solárneho systému. Okrem samostatných solárnych kolektorov pre správnu funkciu systému sú dôležité spojovacie potrubia, solárne čerpadlá a akumulačné zásobníky. Vďaka dobre izolovaným akumulačným zásobníkom je možné uskladniť energiu na neskoršie použitie.
Potenciál a výhody
Solárne tepelné systémy sú zaujímavé najmä pre komerčné procesy, ktoré vyžadujú teplo na relatívne nízkej úrovni. V niektorých oblastiach priemyslu je nevyhnutné procesné teplo pri veľmi vysokých teplotách. Patria sem výrobné odvetvia potravín, hnojív a stavebných materiálov, ako aj farmaceutické spoločnosti a nemocnice. Pri vyšších požiadavkách na vykurovanie má Viessmann množstvo riešení na výrobu tepla, pary, elektriny alebo chladu. Ako dodávatelia energie sa môžu využívať fosílne zdroje energie, ako je ropa a plyn, ako aj obnoviteľné zdroje energie, ako je drevo a bioplyn. Veľké tepelné čerpadlá sú najvhodnejšie na výrobu tepla s využitím environmentálnej energie.
Investícia do solárnych kolektorov sa oplatí nielen z hľadiska úspory energie na ohrev teplej vody po finančnej stránke, ale aj z hľadiska šetrenia fosílnych palív. Inštalácia solárnych kolektorov je podporovaná aj Zelenou domácnosťou prostredníctvom dotácií. Navyše je to veľké plus pre životné prostredie. Solárny systém zabezpečuje energetickú nezávislosť. Znižuje náklady na energiu a chráni životné prostredie. So solárnym termickým systémom šetríte nielen peniaze, ale aj životné prostredie. S plochými kolektormi Vitosol možno využívať bezplatnú slnečnú energiu na vykurovanie a ohrev teplej vody.
