Solárne systémy a kolektory sa obvykle používajú na ohrev vody na vykurovanie bazénov, skleníkov a podobne. Možno ich použiť aj na vykurovanie, no takéto použitie je vhodné najmä pre budovy s tzv. nízkoteplotným vykurovacím systémom, teda napríklad podlahové vykurovanie.
V našich klimatických podmienkach dokážu celoročne fungujúce solárne systémy pripraviť 60-75% ročnej potreby ohriatej pitnej vody pre domácnosť (rodinné domy). Pre väčšie inštalácie, ako sú napríklad hotely, bytové domy a podobne, je percento pokrytia energie solárnym systémom najlepším pomerom medzi výškou investície a výkonom solárneho systému.
Princíp fungovania solárnych kolektorov
Kolektory pracujú na princípe fototermálnej konverzie, teda premeny slnečného žiarenia na tepelnú energiu. Solárna energia je jedným z najperspektívnejších a najefektívnejších spôsobov, ako generovať čistú a udržateľnú energiu. Jej využitie však nie je obmedzené iba na výrobu elektrickej energie; slnečná energia sa dá využiť aj na ohrev vody. Ide o úplne ekologický spôsob ohrevu vody, ktorý neprodukuje emisie CO2.
Výroba energie pomocou fosílnych palív je jedným z hlavných zdrojov emisií skleníkových plynov. Solárne panely na ohrev vody eliminujú potrebu spaľovania týchto palív, čím výrazne znižujú ekologickú stopu. Vzhľadom na to, že slnečná energia je obnoviteľná, neexistuje riziko jej vyčerpania, na rozdiel od fosílnych palív, ktorých zásoby sú obmedzené.
Počiatočné investície do solárneho ohrevu vody môžu byť vyššie, ale náklady na prevádzku a údržbu sú minimálne. Za určitý čas sa teda systém „zaplatí sám“. V niektorých krajinách existujú vládne programy, ktoré poskytujú finančnú podporu pre inštaláciu solárnych systémov, čo môže značne znížiť počiatočné investičné náklady.
Cena elektrickej energie a plynu je v dlhodobom horizonte nestabilná. Nemusíte sa spoliehať na dodávky plynu alebo elektriny od verejných sietí. S vlastným solárnym systémom na ohrev vody nie ste závislí na verejných dodávateľoch energie, čo vám dáva väčšiu kontrolu nad vašimi nákladmi.
Ako funguje termický solárny systém
Termické solárne zariadenia predstavujú účinný spôsob, ako využiť slnečnú energiu na ohrev pitnej vody a podporu vykurovania. Solárne kolektory sa môžu umiestniť na plochú aj šikmú strechu, na fasádu alebo do voľného priestoru v záhrade.
Termický solárny systém umožňuje využívať slnečnú energiu na prípravu ohriatej pitnej vody, prípadne aj na podporu vykurovania. Základ systému tvorí zásobník teplej vody, ktorý dokáže na jej ohrev využívať viaceré zdroje tepla, a solárne kolektory. Ak je slnečné žiarenie dostatočne intenzívne, voda v zásobníku sa ohrieva pomocou kolektorov.
Okrem ohrevu pitnej vody sa dá teplonosné médium zohrievané v solárnych kolektoroch využiť aj na ohrievanie vykurovacej vody. V takom prípade využíva vodu zo zásobníka priebežne ohrievanú solárnym teplom aj vykurovací okruh. Základ systému na solárny ohrev vody teda tvorí vhodný zásobník a príslušný počet solárnych kolektorov.
Typy solárnych kolektorov a ich princíp fungovania
Získavanie solárneho tepla zabezpečujú termické solárne kolektory, v ktorých sa slnečným žiarením zohrieva teplonosné médium. V ponuke sú pritom rôzne typy kolektorov - ploché alebo vákuové trubicové, na výber sú aj klasické tlakové alebo beztlakové. Líšia sa nielen cenou, ale aj účinnosťou, možnosťami montáže a ďalšími vlastnosťami.
Vďaka bezplatnej slnečnej energii sa investícia do solárneho systému vráti už v priebehu niekoľkých rokov, a to cez vysoké prevádzkové úspory. Spotrebu energie na prípravu teplej vody dokáže ročne znížiť až o 60 %.
Ploché solárne kolektory
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.
Vákuové trubicové kolektory
Vákuové kolektory používajú sklenené trubice s vákuom medzi vnútornou a vonkajšou stenou, čím minimalizujú tepelné straty. Solárny kolektor sa skladá z vákuových trubíc vyrobených z borokremičitého skla. Vákuum medzi dvomi vrstvami skla je vynikajúci izolátor a zabraňuje tepelným stratám. Pri procese trojitej magnetronovej metalizácie sa používa absorbér (zlúčenina absorbujúca slnečné lúče a transformujúca ich na tepelnú energiu). Ďalšie vrstvy absorbéru sú navrhnuté tak, aby udržali čo najviac energie vo vnútri potrubia a zabránili tepelným stratám v rámci infračerveného žiarenia. Nová špeciálna absorpčná vrstva ALN / AIN-SS / CU s prídavkom medi je ďalšia generácia absorpčných vrstiev. Nástupca vrstvy AL / N / AL sa vyznačuje väčšou účinnosťou (až 12%) a vynikajúcimi absorpčnými vlastnosťami priameho a rozptýleného slnečného žiarenia.
Vnútro vákuovej trubice sa môže zahriať až na 300°C. Vo vnútri vákuových trubíc je namontovaná tzv. Heat-Pipe. Vďaka odsatiu všetkého vzduchu dochádza k zníženiu bodu varu a zároveň zníženiu tlaku vo vnútri Heat-Pipe trubice. Kvapalina vo vnútri tohto tepelného výmenníka sa vďaka tomu varí už pri 25°C. Meď použitá pre výrobu neobsahuje kyslík, čo zaisťuje dlhú a spoľahlivú prevádzku.
Pod vplyvom slnečného žiarenia sa vnútro vákuových trubíc zahrieva. Teplo sa prenáša do trubicového kondenzátora pomocou hliníkového ohrevného telesa. Po dosiahnutí teploty 25°C sa kvapalina v kondenzátore začne variť a premieňa sa v paru. Para rýchlo stúpa až k hlave výmenníka, kde sa pri uvoľňovaní tepla ochladí a znovu kondenzuje. Trubicový kondenzátor, potiahnutý tepelne vodivou pastou, je vložený do objímky inštalovanej v nádobe. Nahriaty kondenzátor tepelnej trubice pomocou termopasty prenáša teplotu do objímky, ktorá ohrieva vodu v nádrži. Horúca voda stúpa, chladnejšia voda klesá.
Vnútri nádoby je inštalovaná trubka, vďaka ktorej je zhromažďovaná voda iba z hornej časti nádoby, zatiaľ čo studená voda zostáva na dne nádrže. Voda v tlakovej nádrži je pod konštantným tlakom z vodovodnej siete a po uvoľnení kohútiku sa automaticky dopĺňa. Nádrž má tlakový bezpečnostný ventil, ktorý sa otvorí, ak je teplota vody príliš vysoká. Uvoľní sa tak horúca voda a studená voda sa automaticky napustí do nádrže, čím sa teplota vody vo vnútri nádrže zníži. Vzhľadom k tomu, že voda v nádrži je pod konštantným tlakom, môže byť naša súprava namontovaná na úrovni terénu a voda bude napriek tomu ľahko dodávaná i do horných poschodí budovy.
Vysoká účinnosť kolektora je dôsledkom schopnosti absorbovať rozptýlené slnečné žiarenie (napr. v oblačných dňoch) a maximálne znížiť tepelné straty.
Komponenty solárneho termického systému
Termické systémy na ohrev vody sa skladajú z týchto komponentov:
- vysokokvalitné slnečné termické kolektory s dlhou životnosťou
- hliníková konštrukcia na bezpečné upevnenie kolektorov (inštalácia na akomkoľvek podklade)
- solárny bojler ohrievaný troma zdrojmi tepla (solárny systém, elektrická energia, kotol)
- elektronický regulátor
- čerpadlová jednotka s prietokomerom a bezpečnostným ventilom
- expanzná nádoba
- nemrznúca teplonosná kvapalina
- antikorový vlnovec s vlastnou izoláciou
- pripojovacie a odvzdušňovacie prvky
Princíp fungovania slnečných kolektorov na ohrev vody
Slnečné lúče sú pohltené absorbérom v solárnom kolektore, kde sa menia na teplo. Absorbér sa nahrieva a skrz neho následne teplonosná kvapalina (médium), ktorá je odvádzaná cez nerezový vlnovec (rozvody) do solárneho výmenníka tepla, v ktorom je teplo odovzdané do vody (napr. v bojleri, bazéne, alebo vykurovacej sústave). Ochladené médium sa vracia späť do solárnych kolektorov pomocou obehového čerpadla ovládaného regulátorom, kde sa opäť nahrieva a tento proces sa opakuje.
Solárne termické kolektory predstavujú moderné, ekologické a ekonomicky výhodné riešenie pre ohrev vody a podporu vykurovania. Teplá voda vďaka Slnku!
Solárny systém pripravuje teplú úžitkovú vodu, využívajúc pritom slnečnú energiu. Podobne ako voda, nachádzajúca sa v hadici na polievanie a položenej na slnku, tak výhrevné médium odoberá teplo zo slnečných kolektorov, umiestnených na streche domu alebo v záhrade. Následne rozohriate médium preteká cez hadicu zásobníka a odovzdáva svoje teplo úžitkovej vode.
Solárny systém nahradzuje kotol najmä v lete, počas plných slnečných dní a v priebehu ostatných dní v roku predbežne ohrieva studenú vodu, ktorú potom kotol dohreje na požadovanú teplotu.
Úsporné riešenie
Správne zvolený solárny systém pokrýva počas roka v priemere do 60 % (a v letných obdobiach dokonca 100 %) spotreby teplej vody v domácnosti. Od apríla do septembra, keď je slnečné žiarenie dostačujúce, inštalácia umožňuje prevádzku s vypnutým kotlom. Takýmto spôsobom je možné znížiť náklady na spotrebovanú energiu, nevyhnutnú na prípravu teplej úžitkovej vody, až o polovicu.
Ochrana životného prostredia
Solárne systémy sú určené aj na spoluprácu s plynovými kotlami. Pri dostatočnom naslnení systém vytvára teplú vodu vďaka slnečnej energii. Takéto riešenie umožňuje v značnej miere obmedziť spotrebu plynu, ako aj zmenšiť emisiu CO2 a iných škodlivých plynov.
Výroba elektriny - Ako fungujú solárne panely!
Inštalácia a optimálne podmienky
Pre maximálnu efektivitu by mali byť solárne panely orientované na juh a mať sklon medzi 20 a 50 stupňami. Vždy sa obráťte na certifikovaných profesionálov. Inštalácia nie je len o pripevnení panelov na strechu, ale aj o správnom zapojení hydraulických a elektrických komponentov.
Solárne kolektory je možné inštalovať buď na streche alebo na voľnom pozemku. Solárne systémy na ohrev vody obvykle vyžadujú minimálnu údržbu. Avšak, pravidelná kontrola a čistenie solárnych kolektorov a mechanických častí je nutná.
Na dosiahnutie čo najvyššej účinnosti by mali byť 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. Sklon kolektorov by mal byť v rozsahu 25 - 60°, max. 25 - 70°.
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. Nezabúdajte však, že solárne kolektory sú iba doplnkovým zdrojom tepla na vykurovanie a prípravu teplej úžitkovej vody.
Solárne ostrovné systémy
Solárne panely a solárne ostrovné systémy vytvárajú nezávislé energetické zdroje s využitím solárnej energie. Energiu teda budete mať aj tam, kde klasické zdroje elektrickej energie chýbajú. Solárne ostrovné systémy sú ideálne pre použitie v záhradách, chatkách, garážach, altánkoch, jednoducho v priestoroch bez elektrickej energie.
Dotácie a investície
Solárne panely a solárne ostrovné systémy vytvárajú nezávislé energetické zdroje s využitím solárnej energie. Energiu teda budete mať aj tam, kde klasické zdroje elektrickej energie chýbajú. Solárne ostrovné systémy sú ideálne pre použitie v záhradách, chatkách, garážach, altánkoch, jednoducho v priestoroch bez elektrickej energie.
Pre väčšie inštalácie, ako sú napríklad hotely, bytové domy a podobne, je percento pokrytia energie solárnym systémom najlepším pomerom medzi výškou investície a výkonom solárneho systému.
Investície do solárnych panelov na ohrev vody sa pohybujú od 2 000 € do 4 000 €. Cena závisí aj od spotreby vody, prípadne tepla konkrétnej domácnosti a od dodávateľa. V niektorých prípadoch môže byť rozhodujúcim faktorom aj cena servisu.
Slovenská inovačná a energetická agentúra (SIEA) administruje dotačné programy na podporu inštalácie fotovoltických panelov a solárnych systémov na ohrev TÚV z eurofondov.
tags: #slnecny #elektricky #konvektor