Solárne termické kolektory predstavujú efektívne riešenie pre získavanie tepelnej energie zo slnečného žiarenia, ktoré je možné využiť na ohrev teplej úžitkovej vody (TÚV), podporu vykurovania či ohrev bazénovej vody. Ich inštalácia prispieva k znižovaniu nákladov na energie a zároveň k ochrane životného prostredia.
Výber a dimenzovanie solárneho systému
Pre prípravu teplej úžitkovej vody pre 4-5 člennú rodinu je zvyčajne potrebná plocha kolektorov približne 5 m2. V prípade podpory vykurovania alebo ohrevu bazénu je potrebná väčšia plocha, ktorá sa určuje výpočtom na základe energetickej bilancie.
Dosahovaná teplota v kolektoroch závisí od intenzity slnečného žiarenia, typu použitých kolektorov a účelu ich použitia. Bežne je možné dosahovať teploty cez 100°C, avšak pre bežný ohrev TÚV sú postačujúce teploty 55-65°C. Je dôležité si uvedomiť, že čím vyššia je požadovaná teplota, tým nižšia je účinnosť a energetická výťažnosť kolektorov.
Pre technologické účely a požiadavky na väčší energetický zisk v zime, firma THERMO|SOLAR Žiar s.r.o. ponúka typový rad kolektorov TS400.
Priamy ohrev bazénovej vody v kovových kolektoroch nie je prípustný kvôli riziku korózie a poškodenia mrazom.
Ochrana solárneho systému proti prehrievaniu
Štandardný solárny termický systém je chránený proti prehrievaniu pomocou elektronického regulátora s funkciou "dovolenkového režimu". Táto funkcia spočíva v zapínaní obehového čerpadla v noci, čím sa vychladí objem zásobníka a kolektory môžu cez deň opäť efektívne pracovať.
Ak je systém funkčný a užívateľ je doma, ochrana proti prehrievaniu spočíva v tom, že obehové čerpadlo sa nespustí, ak je v zásobníku dosiahnutá požadovaná teplota. Aj pri vyššej teplote na kolektoroch čerpadlo ostáva stáť.
Kvalitné solárne systémy vyrobené z kvalitných materiálov zvládajú aj dlhodobé prehrievanie. V prípade systémov THERMO|SOLAR môže dôjsť k rýchlejšej degradácii teplonosnej kvapaliny Thesol, ktorá bude vyžadovať skoršiu výmenu (napr. po 6 rokoch namiesto 8-10 rokov).
Typy solárnych systémov a ich vlastnosti
Pre spoľahlivú a dlhodobú činnosť solárneho systému je nutné používať aktívny uzavretý solárny systém s nepriamym ohrevom.
Gravitačné systémy
Gravitačný systém, nazývaný aj samotiažny, musí obsahovať:
- Expanznú nádobu
- Poistný ventil
- Odvzdušňovacie zariadenie
- Plniaci systém
Tieto systémy majú nižšie investičné náklady, avšak ich energetický zisk je o približne 30 % nižší v porovnaní so systémami s čerpadlom.
Systémy s čerpadlom
Systémy s čerpadlom majú vyššie investičné náklady, ale zároveň poskytujú väčší energetický zisk.
Solárne kolektory pre prikurovanie a ohrev bazénov
Na prikurovanie je potrebné vykonať energetický prepočet a na základe výsledku navrhnúť počet kolektorov. Prikurovanie solárnymi kolektormi je zmysluplné v domoch s nízkymi tepelnými stratami, ktoré nepresahujú normou predpísané maximum pre novostavby. Je nevyhnutné použiť nízkoteplotný vykurovací systém, napríklad podlahové alebo stenové kúrenie.
Pre ohrev exteriérového bazénu v kombinovaných systémoch je potrebné počítať s plochou kolektorov od 40 do 50 % z plochy povrchu bazéna. Pri interiérových bazénoch s celoročnou prevádzkou a umiestnených v nepresklených objektoch je plocha kolektorov približne rovná ploche povrchu bazéna.
Optimálna montáž a orientácia kolektorov
Odporúča sa montovať kolektory na strechu orientovanú južným smerom (azimut 180°) so sklonom 45°. Pri odchýlkach od uvedeného azimutu v rozmedzí ±45° nie je nutná korekcia plochy kolektorov. Sklon kolektorov by mal byť zhodný so sklonom strechy. V rozsahu sklonu strechy 35° až 50° nie je potrebné plochu kolektorov korigovať.
Materiály a technologické parametre
Z dôvodu pracovných teplôt a tlakov vyskytujúcich sa v solárnom systéme sa smú používať len kovové potrubia. Odporúčajú sa medené potrubia, ktoré sú optimálne z hľadiska životnosti systému.
Extrémne teploty, ktoré môžu vzniknúť v solárnom systéme, dosahujú pri štandardných kolektoroch 180°C a pri vákuových kolektoroch až 230°C. Pre štandardné kolektory sa odporúča používať tepelné izolácie z minerálnej vlny Therwoolin alebo z EPDM materiálu Aeroflex.
Solárne kolektory vs. Fotovoltika
Pri rozhodovaní medzi fotovoltickými panelmi a solárnymi kolektormi je dôležité zvážiť účel, na ktorý má technológia slúžiť.
- Fotovoltické panely premieňajú slnečné žiarenie priamo na elektrickú energiu.
- Solárne kolektory premieňajú slnečné žiarenie na tepelnú energiu.
Fotovoltické panely nikdy nezamrznú ani sa neprehrejú a majú nulové náklady na prevádzku a servis. Poskytujú rovnomernejšie solárne zisky v priebehu roka oproti fototermickým systémom a umožňujú rýchlu premenu svetelnej energie na tepelnú.
Výhodou fotovoltického ohrevu vody oproti fototermickému je jednoduchosť inštalácie, absencia čerpadiel, trubiek, potreby výmeny kvapaliny a možnosť umiestniť FV panely ďalej od bojlera.
Typy solárnych termických kolektorov
Solárne termické kolektory sa delia na:
Ploché termické kolektory
Sú vo všeobecnosti vhodné skôr na ohrev teplej úžitkovej vody alebo bazéna. Teplo sa odoberá z absorbéra v tvare plochej dosky pomocou medených rúrok, v ktorých prúdi teplonosná nemrznúca kvapalina. Ohriata kvapalina následne schádza do zásobníka teplej vody.
Pri plochých kolektoroch sa slnečné žiarenie zachytáva v absorpčnej vrstve, ktorá je povrchovo upravená tak, aby pohltila čo najviac lúčov. K absorpčnej vrstve je prichytené potrubie s teplonosnou kvapalinou. Kolektory sú uložené v tepelne izolovanom ráme a zvrchu prekryté špeciálnym sklom, ktoré umožňuje bezstratový prechod žiarenia a vytvára izolačnú vrstvu.
Trubicové (vákuové) kolektory
Obsahujú sklenené trubice s vnútorným vákuom, ktoré zabraňuje strate tepla. V zime majú lepšiu účinnosť ako ploché kolektory, pretože vákuum bráni úniku tepla. Technológia Heat Pipe funguje na princípe odparovania kvapaliny pri nízkej teplote, pričom para stúpa k výmenníku tepla, kondenzuje a odovzdáva teplo. Tieto kolektory majú schopnosť využiť aj rozptýlené svetlo, čím lepšie fungujú pri oblačnosti alebo v oblastiach s nižším slnečným svitom.
Nevýhodou trubicových kolektorov môže byť vyššia cena a v niektorých prípadoch namŕzanie snehu medzi trubicami, čo môže dočasne znížiť účinnosť.
Cena solárnych kolektorov a návratnosť investície
Cena solárnych kolektorov závisí od viacerých faktorov, vrátane typu kolektora, veľkosti systému, kvality použitých materiálov a náročnosti inštalácie. Základná cena zvyčajne zahŕňa samotné kolektory, zásobník na teplú vodu (250-300 litrov) a potrebné príslušenstvo.
Ploché kolektory sú zvyčajne cenovo dostupnejšou možnosťou.
Počiatočná investícia do solárneho systému je pomerne vysoká, avšak návratnosť investície závisí od počtu členov domácnosti a ceny energie. V prípade solárnych kolektorov THERMO|SOLAR je doba návratnosti investície 4-6 rokov s dotáciou a do 10 rokov bez dotácie. Za dobu svojej životnosti (vyše 30-40 rokov) sa investícia vráti 4-5x.
Environmentálne a prevádzkové výhody
Solárne kolektory produkujú čistú energiu bez emisií skleníkových plynov a iných znečisťujúcich látok, čím prispievajú k ochrane životného prostredia. Solárne panely vypúšťajú do ovzdušia 20-krát menej oxidu uhličitého než vykurovacie systémy na fosílne palivá.
Solárne kolektory vyžadujú po nainštalovaní minimálnu údržbu. Ich účinnosť sa aktuálne pohybuje okolo 62 %.
Dotácie a financovanie
Na Slovensku je možné získať dotácie na kúpu solárnych kolektorov a fotovoltiky v rámci programu Zelená domácnostiam. Štát prispieva sumou 500 eur za každý kW inštalovaného výkonu, s maximálnym limitom 2 000 eur na solárne kolektory a 3 500 eur na fotovoltické panely.
Okrem programu Zelená domácnostiam môžu byť dostupné aj ďalšie granty či regionálne programy na podporu obnoviteľných zdrojov energie.
Možnosť financovania je aj prostredníctvom úverov, napríklad Úveru pre modrú planétuTB.
Je dôležité poznamenať, že získanie dotácie môže byť náročnejšie a v niektorých krajoch už môžu byť poukážky rozčlenené, čo môže viesť k čakacím dobám.
Špecifické aplikácie a produkty
Solárne kolektory THERMO|SOLAR sú špeciálne vyrobené do klimatických podmienok Slovenska a majú overenú životnosť vyše 30 rokov, s poskytovanou zárukou až 12 rokov.
Nosné konštrukcie a kolektory prešli "Hurikánovým testom" a sú otestované na odolanie vetru do rýchlosti 230 km/h.
V bytových domoch, kde sa teplá voda spotrebúva nepretržite, môžu solárne kolektory zabezpečiť kontinuálny dohrev. Príkladom je inštalácia 35 ks solárnych termických kolektorov THERMO|SOLAR typu TS500 na bytovom dome v Detve, ktoré spolu so štyrmi 1000-litrovými akumulačnými zásobníkmi zabezpečujú solárny predohrev studenej vody pre 48 bytových jednotiek.
Pre prevádzky s vyššou spotrebou teplej vody, ako sú ubytovacie zariadenia alebo výrobné prevádzky, predstavujú solárne kolektory vysokú návratnosť investície.
Firma Solar Profitech Systems, s.r.o. ponúka vysokokvalitné komponenty, vrátane solárnych kolektorov THERMO|SOLAR (vyrobené na Slovensku s nemeckým know-how, 12-ročná záruka) a fotovoltických panelov (10-ročná záruka na 90% výkonu).
Spoločnosť je certifikovaným zhotoviteľom v programe dotácií Zelená domácnostiam.
Solárne systémy pre rôzne potreby
Solárne systémy a kolektory sa najčastejšie používajú na:
- Ohrev vody v domácnosti
- Vykurovanie bazénov
- Podporu vykurovania (vhodné pre budovy s nízkoteplotným vykurovacím systémom)
Celoročne fungujúce solárne systémy v slovenských klimatických podmienkach optimálne pripravujú 60-75 % ročnej potreby ohriatej pitnej vody pre domácnosť.
Spoločnosť Solar-Max s.r.o. využíva pre svoje systémy trubicové kolektory ONS HPC 20, ONS HPC 24, ONS HPC 30, ktoré majú zanedbateľné tepelné straty a umožňujú dosiahnuť teplotu vody v zásobníku aj pri mínusových teplotách.
Pre prenos tepelnej energie z kolektorov do zásobníka sa používa čerpadlo riadené riadiacou jednotkou. Ako médium slúži nemrznúca solárna kvapalina.
Použitie solárnych kolektorov na podporu vykurovania:
- Podlahové kúrenie: Vhodné, aj keď s miernymi nedostatkami. Vyžaduje inštaláciu väčšej akumulačnej nádrže (750 alebo 1000 litrov).
- Radiátory: Menej efektívne využitie solárneho systému s dlhšou dobou návratnosti kvôli vysokému spotrebiču energie radiátorov.
Pri podpore vykurovania je dôležité hovoriť s klientmi pravdu o reálnych možnostiach a obmedzeniach systému.
Solárna termálna energia 101
Fotovoltické systémy pre ohrev vody
Existujú aj fotovoltické systémy špecificky určené na ohrev vody, ktoré využívajú fotovoltické panely na výrobu elektriny na pohon ohrevného telesa v bojleri.
Príklady takýchto systémov:
- ANTIK systém na ohrev vody PWH 01 V3 3kW s regulátorom MPPT
- Fotovoltický systém na ohrev vody Fothermo PVB-80 AC
- Fotovoltický systém na ohrev vody Fothermo PVB-30
- Fotovoltický systém na ohrev vody Fothermo PVB-30 AC
- Solárny ohrev vody Fothermo PVB-30
- Fotovoltický systém na ohrev vody Fothermo PVB-80 AC
- Fotovoltický systém na ohrev vody Fothermo PVB-10
Tieto systémy ponúkajú jednoduchú inštaláciu a možnosť využiť energiu zo slnka priamo na ohrev vody.