Solárne kolektory tvoria základný prvok solárneho tepelného systému. Ich primárnou funkciou je zachytávanie slnečného žiarenia a jeho následná premena na využiteľné teplo, ktoré môže byť použité na ohrev teplej úžitkovej vody alebo ako doplnkový zdroj pre ústredné kúrenie v domácnostiach. V prevažnej miere sa v súčasnosti využívajú kolektory, ktoré pracujú s cirkulujúcim teplonosným médiom, najčastejšie zmesou vody a nemrznúcej zmesi glykolu.
Typy solárnych kolektorov
V závislosti od konštrukcie a spôsobu inštalácie sa rozlišujú dva hlavné typy solárnych kolektorov:
Ploché kolektory
Pri plochých kolektoroch je absorbér, ktorý premieňa slnečné žiarenie na teplo, umiestnený pod krytom z oceľového plechu, hliníka alebo nehrdzavejúcej ocele a predným krytom z nízkoželezného bezpečnostného skla. Antireflexná (AR) vrstva na skle môže ďalej minimalizovať odrazivosť slnečného žiarenia. Absorpčné potrubie je zvyčajne usporiadané v meandri, čo zabezpečuje spoľahlivý prietok teplonosného média cez kolektor. Zváranie absorpčných trubíc v ohyboch garantuje optimálny prenos tepla až po okraje. Podlahová doska je po celom obvode spojená s rámom kolektora, čím sa zvyšuje celková stabilita a tesnosť systému.
Trubicové kolektory (vákuové)
Trubicové kolektory, často označované ako vákuové, majú absorbér umiestnený v sklenenej trubici, ktorá je evakuovaná (pod vákuovým tlakom), podobne ako termoska. Toto vákuum poskytuje vynikajúce tepelnoizolačné vlastnosti, čím výrazne znižuje tepelné straty. V závislosti od konštrukcie sa rozlišujú:
- Trubicové kolektory s priamym prúdením: Teplonosné médium cirkuluje priamo cez absorpčné trubice, ktoré sú umiestnené vo vnútri sklenených trubíc.
- Systémy s tepelnými trubicami: V týchto systémoch teplonosné médium (zvyčajne voda) nepreteká priamo absorpčnými trubicami. Namiesto toho sa médium odparuje v medenej trubici pod absorbérom. Para následne kondenzuje v kondenzátore na hornom konci trubíc, čím odovzdáva energiu teplonosnému médiu v kolektore.
Princíp fungovania a účinnosť
V oboch typoch kolektorov absorbér premieňa slnečné žiarenie na teplo. Teplonosné médium toto teplo absorbuje a odvádza ho z kolektora. Kľúčovou hodnotou pri výbere solárneho tepelného systému je účinnosť kolektorov, ktorá udáva podiel slnečného žiarenia premeneného na využiteľnú tepelnú energiu. Pri výpočte účinnosti sa zohľadňujú nielen energetické zisky, ale aj tepelné straty. Nie všetko dopadajúce slnečné svetlo sa tak dá efektívne využiť na výrobu tepla (optické straty).
Stagnačná teplota nastáva vtedy, keď sa z kolektora neodoberá žiadne teplo (napr. pri zastavení čerpadla). V takom prípade sa kolektor zohreje na vysokú teplotu, čo môže viesť k nežiaducim účinkom, ako je rýchle a rozsiahle vyparovanie a expanzia solárneho média, a tým k zvýšeniu tlaku v systéme.
Ochrana pred prehriatím
Spoločnosť Viessmann vyvinula špeciálne technológie na ochranu solárnych systémov pred prehriatím:
- ThermProtect (pre ploché kolektory): Táto inovatívna absorpčná vrstva pri zahrievaní vyžaruje čoraz viac tepla, čím zvyšuje tepelné straty a zároveň obmedzuje nárast teploty kolektora. Vnútorné teploty kolektorov tak nemôžu prekročiť 145 °C. Táto technológia mení kryštálovú štruktúru plochých kolektorov pri dosiahnutí 75 °C.
- Princíp tepelnej trubice (pre vákuové trubicové kolektory): V prípade príliš vysokého slnečného žiarenia a klesajúceho prenosu tepla sa aktivuje postupné vypínanie závislé od teploty. Tým sa zablokuje kondenzácia na výmenníku tepla, čím sa zabráni ďalšiemu prenosu tepla.
Plánovanie a inštalácia solárneho tepelného systému
Dôkladné plánovanie je kľúčové pre optimálny výkon solárneho tepelného systému. Pri výbere je potrebné zvážiť:
- Typ kolektorov: Vákuové trubicové kolektory sú často preferované v prípadoch s obmedzeným priestorom na streche.
- Účel využitia: Rozhodnutie, či bude systém slúžiť výhradne na ohrev teplej vody alebo aj na podporu ústredného kúrenia, ovplyvní návrh celého systému, vrátane veľkosti akumulačného zásobníka.
- Počet osôb v domácnosti: Tento faktor je dôležitý pri dimenzovaní zásobníka teplej vody.
Všetky individuálne rámcové podmienky by mali byť prerokované s odborným partnerom Viessmann.
Predpoklady pre inštaláciu
Pre solárny tepelný systém je vhodná prakticky akákoľvek strecha, pokiaľ spĺňa určité požiadavky na sklon a orientáciu. Ideálna je strecha orientovaná na juh, ktorá nie je zatienená. Drobné straty v ranných alebo večerných hodinách v dôsledku nízkej polohy slnka sú tolerovateľné. Inštalácia je možná na plochých aj šikmých strechách, ako aj na fasádach či voľne stojacich konštrukciách. Vo všeobecnosti nevyžadujú tieto systémy osobitné povolenia, s výnimkou pamiatkovo chránených budov alebo objektov v chránených oblastiach.
Počas zimných mesiacov je potrebné počítať s nižšou polohou slnka na obzore a kratším časom slnečného svitu. Napriek tomu solárne kolektory naďalej zhromažďujú energiu, keď na ich povrch dopadajú slnečné lúče.
Proces inštalácie
Inštaláciu solárneho tepelného systému by mala vždy vykonávať špecializovaná firma. Hlavné kroky zahŕňajú:
- Montáž kolektorov: Na šikmých strechách sa používa montáž na strechu pomocou strešných hákov. Na plochých strechách je potrebná špeciálna podkonštrukcia.
- Montáž akumulačnej nádrže: Pri umiestňovaní nádrže je potrebné zohľadniť priestorové požiadavky, hmotnosť a dĺžku pripojovacích ciest, aby sa minimalizovali tepelné straty.
- Uzatvorenie solárneho okruhu: Pripojenie prívodného a vratného potrubia, prepláchnutie a skúška tesnosti pred naplnením.
- Uvedenie do prevádzky: Inštalácia regulačného systému, solárneho regulátora a snímačov teploty.
V prípade nerovností strechy je možné použiť výškovo nastaviteľné strešné háky na vyrovnanie. Pripojenie na prípravu teplej vody a vykurovací okruh si vyžaduje odborné znalosti inštalatéra.
Údržba a prevádzka
Údržba solárneho tepelného systému je v porovnaní s inými vykurovacími systémami nízka. Odporúča sa však každoročná kontrola tlaku v systéme a čerpadiel. Vizuálna kontrola hlavných komponentov by sa mala vykonávať každé tri až päť rokov.
Odتهvzdusnenie solárneho okruhu je dôležité, pretože vzduch v systéme môže spôsobovať hluk a negatívne ovplyvňovať prietok. Na rozdiel od iných vykurovacích systémov nie je možné odvzdušniť systém v jeho najvyššom bode počas prevádzky, preto sa používajú špeciálne odvzdušňovacie ventily.
Tepelná stagnácia je normálny prevádzkový proces, pri ktorom sa solárna kvapalina začne odparovať. Tlak v systéme stúpa a kvapalina sa dočasne presúva do expanznej nádoby. Po poklese teplôt sa kvapalina vracia do kolektorov a systém sa opäť spustí. Je dôležité, aby bol solárny systém navrhnutý na zvládanie stagnácie a pravidelne udržiavaný.
Výhody solárnych tepelných systémov Viessmann
Solárne tepelné systémy Viessmann umožňujú využívať bezplatnú energiu zo slnka, čím sa znižujú náklady na vykurovanie a chráni životné prostredie. Investícia do solárneho systému sa zvyčajne vráti už v priebehu niekoľkých rokov.
- Energetická nezávislosť: Zníženie závislosti od fosílnych palív.
- Finančné úspory: Až 60 % energie na ohrev teplej vody a až 35 % celkovej potrebnej energie pri kombinácii ohrevu teplej a vykurovacej vody.
- Ochrana životného prostredia: Trvalé zníženie emisií CO₂.
- Všestrannosť: Možnosť využitia na ohrev teplej vody, podporu ústredného kúrenia a ohrev vody v bazénoch.
- Dlhá životnosť a spoľahlivosť: Použitie vysokokvalitných, korózii a UV žiareniu odolných materiálov.
- Jednoduchá inštalácia: Produkty radu Vitosol sa dodávajú ako vopred zmontované moduly.
- Certifikácia kvality: Solárne tepelné systémy Viessmann spĺňajú prísne normy, čo potvrdzuje certifikát Solar Keymark.
Spoločnosť Viessmann ponúka vo svojom produktovom rade Vitosol dva hlavné typy kolektorov: ploché a trubicové. Špeciálne modely ako Vitosol 300-TM sú navrhnuté pre maximálnu účinnosť a univerzálne použitie, vrátane horizontálnej inštalácie a integrovanou ochranou ThermProtect.
Solárne kolektory sú len jednou časťou solárneho systému. Pre správnu funkciu sú rovnako dôležité spojovacie potrubia, solárne čerpadlá a dobre izolované akumulačné zásobníky, ktoré umožňujú uskladnenie energie na neskoršie použitie.