Aj napriek vzdialenosti približne 150 miliónov kilometrov je Slnko najväčším a najčistejším zdrojom energie na Zemi. Každú hodinu vysiela mnohonásobok energie, akú by celé ľudstvo mohlo spotrebovať v priebehu jedného roka. Solárny systém umožňuje zachytávať túto energiu a využívať ju vo forme tepla alebo elektrického prúdu vo vlastnom dome.
Ak ide o to, aby sa bezplatná energia Slnka využívala vo vlastnom dome, existujú dve zásadné technológie: solárna termika a fotovoltaika. Zatiaľ čo solárna termika premieňa slnečné žiarenie na teplo, fotovoltaika vyrába elektrickú energiu.
Solárna termika: Premena slnečného žiarenia na teplo
Pomocou solárnej termiky sa slnečné žiarenie zachytáva prostredníctvom solárneho systému a premieňa sa na teplo na vykurovanie alebo prípravu teplej vody. Solárna termika je solárne zariadenie, pomocou ktorého sa bezplatné slnečné žiarenie zachytáva a transformuje na teplo. Pretože množstvo slnečnej energie sa v dôsledku zatienenia, oblakov alebo jeho polohy na oblohe nevyskytuje pravidelne a v rovnakej miere, solárne zariadenie sa vždy kombinuje s iným vykurovacím systémom.
Komponenty solárneho termického zariadenia
Solárno-termické zariadenie pozostáva z viacerých komponentov, ktoré sa dajú nainštalovať tak v novostavbe, ako aj pri modernizácii.
Kolektory
Kolektory sú konštrukčné prvky solárneho systému, ktoré sú viditeľné aj zvonku. Ich úlohou je prijať slnečné žiarenie a priamo ho transformovať na teplo.
Jednoducho vysvetlené, funguje to podobne ako pri uzavretom sude na dažďovú vodu: pokým naň svieti slnko, prenáša energiu a voda sa vo vnútri zohreje.
Typy kolektorov
- Plochý kolektor: Skladá sa z rámu izolovaného po celom obvode, vo vnútri ktorého je rúrkový register. Stranou smerujúcou k slnku je zakrytý špeciálnym sklom, ktoré prepúšťa maximálnu časť dopadajúceho žiarenia bez zrkadlenia. Ploché kolektory sa využívajú najčastejšie na ohrev vody a ohrev bazénov, no svoje uplatnenie nachádzajú aj v oblasti solárnej podpory vykurovania. Ich konštrukcia je rokmi overená, dostatočne robustná a odolná.
- Vákuový trubicový kolektor: Skladá sa z viacerých navzájom spojených sklenených trubíc. Tak ako pri termoske, aj v tomto prípade sa vnútri nachádza vákuum, ktoré redukuje tepelné straty v trubiciach kolektora. Vákuum znemožňuje spätné ochladenie teplonosného média. Vákuové trubicové kolektory sú schopné získať na rovnakej ploche viac tepla ako ploché kolektory, preto sú vhodné predovšetkým tam, kde je miesto na streche obmedzené alebo kde nie sú optimálne podmienky pre solárne zariadenie.
- Vákuové ploché kolektory: Predstavujú prechod medzi oboma typmi.
Solárny okruh
Solárny okruh sa skladá z potrubnej siete, ktorá navzájom spája kolektory a vykurovacie zariadenie v dome. Cez celé solárne zariadenie cirkuluje solárna kvapalina poháňaná cirkulačným čerpadlom, ktorá dopravuje teplo z kolektora k zásobníku. Expanzná nádrž a poistný ventil zaručujú neustálu bezpečnú a efektívnu funkciu.
Zásobník
Pretože teplo je predovšetkým pri solárnych zariadeniach na prípravu teplej vody potrebné väčšinou vtedy, keď slnko nesvieti, musí sa energia akumulovať. Túto úlohu preberá zásobník, ktorý je v závislosti od oblasti využitia solárneho zariadenia naplnený pitnou alebo vykurovacou vodou. Aby sa zabránilo zmiešaniu solárnej kvapaliny s vykurovacou alebo pitnou vodou, táto nepreteká cez zásobník priamo, ale cez výmenník tepla.
Využitie tepla zo solárneho systému
Teplo zo solárneho systému možno v dome využiť na rôzne účely:
- Príprava teplej vody: Pri príprave teplej vody pomocou slnečnej energie sa získaná energia prenáša výlučne na zásobník pitnej vody. Funguje to s výmenníkom tepla - rúrkovým registrom - ktorý je integrovaný v zásobníku. Ak bezplatná obnoviteľná energia nepostačuje, prídavný zdroj tepla zabezpečí, aby bolo k dispozícii vždy dostatok tepla.
- Podpora vykurovania: Pri solárnom systéme na podporu vykurovania sa celá obnoviteľná energia posiela najprv do akumulačného zásobníka. Tento zásobník je naplnený vykurovacou vodou a udržiava teplo na vyhrievanie celej budovy. Aj tu je zásobník dodatočne zásobovaný druhým zdrojom tepla, ktorý sa zapína len vtedy, keď je energie v zásobníku príliš málo a dom alebo teplá voda sa nemôžu dostatočne zásobovať. V porovnaní so solárnymi zariadeniami, ktoré boli inštalované výlučne na výrobu teplej vody, majú systémy na podporu vykurovania často väčšie plochy kolektorov, ako aj väčší zásobník.
Osobitnou formou solárneho vykurovania je energeticky takmer sebestačný solárny dom. Ten pozostáva okrem osobitne veľkej plochy kolektora aj zo zásobníka, ktorého kapacita môže byť v rodinnom dome 10 000 litrov alebo viac.
Ako funguje solárny ohrievač vody
Náklady na solárnu termiku
Náklady solárneho zariadenia na výrobu tepla sa líšia v závislosti od toho, na aký účel sa má zariadenie využívať:
- Solárne zariadenie na prípravu teplej vody: Majitelia domov by mali počítať s nákladmi približne 2500 - 4000 eur.
- Zariadenie na podporu vykurovania: Môže zapríčiniť náklady vo výške 7000 - 10 000 eur.
Ceny solárneho tepelného zariadenia však môžu silne variovať v závislosti od regiónu, výrobcu a poskytovateľa služieb a predstavujú tak len hrubý odhad nákladov. V závislosti od stupňa solárneho pokrytia - podielu solárnej energie na spotrebe tepla - môžu byť náklady ešte vyššie.
Štát podporuje kúpu solárneho zariadenia vysokou dotáciou.
Fotovoltaika: Využitie slnečnej energie na výrobu elektriny
V protiklade k solárno-termickým zariadeniam získavajú fotovoltaické solárne zariadenia elektrický prúd z bezplatnej slnečnej energie. Túto energiu môžete napríklad využiť vo vlastnom dome alebo ju odvádzať do verejnej napájacej siete.
Princíp fungovania fotovoltaiky
Pretože úspory sú najvyššie vtedy, ak viete čo najviac elektriny spotrebovať vy sami, sú moderné solárne zariadenia na výrobu elektrickej energie väčšinou vybavené akumuláciou. Toto akumuluje elektrickú energiu, keď slnko svieti, a energia sa tak udržiava dovtedy, pokým nebude potrebná v dome.
Fotovoltaické zariadenia vyrábajú elektrický prúd zo solárneho žiarenia. Kolektory solárneho zariadenia na výrobu elektrického prúdu sa montujú väčšinou na strechu a zachytávajú slnečné žiarenie. Pomocou fotoelektrického efektu, ktorý skúmal Albert Einstein, vyrábajú elektrinu.
Typy fotovoltaických článkov
Ako efektívne možno žiarenie transformovať na elektrický prúd závisí od materiálu kolektorov:
- Monokryštalické články: Sú rezané z homogénnych kryštálových tyčí a dosahujú vďaka rovnomernej štruktúre stupeň účinnosti až 18 percent. Sú vhodné predovšetkým tam, kde podmienky pre solárne zariadenie nie sú ideálne alebo kde sa musí vyrobiť veľa energie na malej ploche.
- Polykryštalické články: Zhotovujú sa z nehomogénnych blokov kryštálov.
- Amorfné články: Články bez usporiadanej štruktúry, kde sa kremík nanáša na nosný prvok pokovovaním. Táto metóda umožňuje vyrobiť moduly s obzvlášť tenkými hrúbkami vrstiev, ktoré dosahujú stupeň účinnosti 6 až 8 percent.
Transformácia prúdu a akumulácia
Moduly solárneho zariadenia transformujú dopadajúce svetlo na jednosmerný prúd. Aby sa tento prúd dal využiť v dome alebo odvádzať do verejnej elektrickej siete, musí sa transformovať na striedavý prúd pomocou striedača.
Pri fotovoltaických zariadeniach bez batérií možno spotrebovať v dome do 35 percent vyrobeného prúdu. Zvyšných 65 percent sa odvádza do verejnej siete. Ak prúd spotrebujete sami, ušetríte ako majiteľ domu viac.
Aby bolo solárne zariadenie s maximálnym využitím vlastného prúdu, je účelné inštalovať akumulátory:
- Olovené akumulátory: Sú síce výhodné, ale s 80 až 85 percentami dosahujú len nízke stupne účinnosti.
- Lítium-iónové akumulátory: Používajú sa napríklad v smartfónoch, tabletoch alebo notebookoch a so stupňami účinnosti 90 až 95 percent pracujú bez významných akumulačných strát.
Sieťové a ostrovné systémy
Solárne zariadenia, ktoré vyrábajú elektrický prúd na strechách rodinných alebo bytových domov, sa inštalujú spravidla s napojením na sieť. To znamená, že sú napojené na verejnú elektrickú sieť.
Alternatívou k sieťovo prepojeným solárnym zariadeniam sú systémy pracujúce v samostatnom režime (ostrovné systémy). Tieto pozostávajú výlučne z modulov, prúdových meničov a akumulátorov. Pri spotrebovaní všetkých zásob nie je možný odber elektrického prúdu z verejnej siete. Aby sa tomu zabránilo, batérie na akumulovanie elektrického prúdu sú v tomto prípade dimenzované na troj- až štvordennú zásobu.
Solárne ostrovné systémy sú ideálne pre použitie v záhradách, chatkách, garážach, altánkoch, jednoducho v priestoroch bez elektrickej energie.
Náklady na fotovoltaiku
Náklady na solárne zariadenie na výrobu elektriny na streche vlastného domu závisia principiálne od jeho veľkosti. Pri zariadení so špičkovým výkonom päť kilowattov a akumulátorom s kapacitou štyroch až piatich kilowattov musia majitelia domov počítať s cenou od 11 000 do 13 000 eur.
Pretože fotovoltaické zariadenia sú obzvlášť ekologické a pri prevádzke so zásobníkmi na akumulovanie elektrického prúdu môžu prispieť aj k odľahčeniu verejných elektrických sietí, sú dotované štátom.
Výhody a inštalácia solárnych systémov
Solárne systémy sú schopné využiť bezplatnú a nevyčerpateľnú energiu Slnka na výrobu elektrickej energie na vlastnú spotrebu. Šetria nielen peňaženku mnohých majiteľov domov, ale aj životné prostredie.
Solárne zariadenie sa dá spravidla inštalovať rýchlo a bez komplikácií. Veľa starých budov sa dá pomocou niekoľkých rekonštrukčných opatrení upraviť tak, aby sa na streche vytvoril dostatok miesta pre solárne zariadenie.
Optimálne umiestnenie a orientácia
Pre dosiahnutie čo najvyššej účinnosti by mali byť solárne 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. Sklon kolektorov by mal byť v rozsahu 25 - 60°, maximálne 25 - 70°.
Pri šikmej streche orientovanej na východ a západ je možné časť kolektorov umiestniť na východnú „dopoludňajšiu“ stranu a zvyšok na popoludňajšiu „západnú“ stranu a celý systém rozdeliť.
Úspory a ekologický prínos
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 to môže znamenať úsporu tisícok kilogramov CO2.
Je však dôležité si uvedomiť, že solárne kolektory sú iba doplnkovým zdrojom tepla na vykurovanie a prípravu teplej úžitkovej vody. Na zabezpečenie teplotného komfortu v domácnosti počas celého roka je samozrejme nutné solárny ohrev teplej vody zabezpečiť „hlavným zdrojom tepla“, napríklad plynovým kondenzačným kotlom.
Dotácie a podpora
Štát podporuje inštaláciu solárnych zariadení prostredníctvom rôznych dotačných programov. Napríklad Slovenská inovačná a energetická agentúra (SIEA) administruje príspevky na inštaláciu fotovoltických a termických systémov.
Pokročilé technológie a budúcnosť solárnych systémov
Vývoj solárnych panelov neustále napreduje. Solárne panely predstavujú najdostupnejší a najefektívnejší spôsob využitia obnoviteľnej energie v budovách. Hľadanie udržateľných energetických riešení viedlo k inovatívnej integrácii solárnej energie do vykurovacích a chladiacich systémov.
Hybridné a inteligentné systémy
Moderné technológie solárneho vykurovania v podstate spájajú tradičné metódy s inovatívnymi prístupmi. Medzi ne patria:
- Hybridné systémy: Kombinujú solárne vykurovanie s inými technológiami, napríklad solárny kolektor integrovaný s plynovým kotlom. Systém uprednostňuje solárnu energiu a keď je jej nedostatok, slúži ako záloha plyn.
- Inteligentná integrácia: S nástupom inteligentných domov sa solárna technológia už netýka len panelov na vašej streche. Systémy sa integrujú s domácimi energetickými manažmentami.
- Fotovoltaické termálne panely (PVT): Kombinujú výrobu elektriny a tepla z jedného panelu.
Solárne systémy v kombinácii s HVAC
Integrácia solárnej energie do existujúcich systémov vykurovania, vetrania a klimatizácie (HVAC) je čoraz bežnejšia. Solárne systémy môžu znížiť závislosť od tradičnej elektriny alebo plynu. Napríklad počas dňa sa slnečné žiarenie využíva na napájanie vášho systému HVAC a v noci alebo v menej slnečných dňoch môžete bez problémov prepnúť späť na elektrinu zo siete.
V porovnaní s bežnými klimatizačnými systémami šetria solárne systémy HVAC viac energie. Vylepšenie systému vykurovania alebo chladenia priestorov solárnou energiou je preto absolútne prospešný krok.