Využitie solárnej energie na vykurovanie a výrobu elektriny

Slnečná energia predstavuje nevyčerpateľný a dostupný zdroj energie, ktorý možno efektívne využívať na rôzne účely, vrátane vykurovania a výroby elektrickej energie. Existujú tri hlavné spôsoby jej využitia: aktívne, pasívne a biologické.

Aktívne využitie slnečnej energie

Aktívne spôsoby zahŕňajú priamu premenu slnečného žiarenia na teplo alebo elektrickú energiu pomocou technických zariadení. Účinnosť týchto procesov sa v reálnych podmienkach pohybuje od 30 % do 70 %, pričom fyzikálne nereálne vyššie hodnoty sa občas objavujú v marketingových materiáloch. Všetka energia na Zemi má svoj pôvod v slnečnej energii, či už ide o energiu vetra, vody alebo fosílnych palív.

Fotovoltaické články a panely

Elektrickú energiu produkujú fotovoltaické články (alebo panely). Vďaka dopadajúcemu slnečnému žiareniu sa na polovodičovej dióde generuje elektrické napätie (fotoelektrický jav), čím vzniká elektrický prúd. Pri inštalácii fotovoltických panelov na streche rodinného domu je často potrebné energiu uskladniť v akumulátoroch, pretože produkcia energie prebieha počas dňa, kedy sú obyvatelia mimo domu. Alternatívnym riešením je premena elektrickej energie na tepelnú pomocou vykurovacích špirál.

Priemyselné fotovoltaické systémy majú zvyčajne kapacitu niekoľko sto kWp alebo dokonca MW a vyžadujú prísnejšie dimenzovanie, kabeláž, protipožiarne opatrenia a uzemnenie. Ich profil spotreby je často kontinuálny alebo založený na zmenách, čo si vyžaduje komplexnejšie riadenie energie. Tieto systémy sa zvyčajne pripájajú k interným distribučným sieťam alebo stredonapäťovým sieťam, ktoré vyžadujú špecializované transformátory a ochranné zariadenia.

Solárne kolektory

Solárne kolektory sa najčastejšie využívajú na prípravu teplej úžitkovej vody (TÚV). Absorbér kolektora pohlcuje energiu zo slnečného žiarenia. V najjednoduchšom prípade môže byť absorbérom čierna fólia, v ktorej prúdi voda. Častejšie však v trubiciach kolektora cirkuluje pracovná látka, ktorá slúži ako teplonosné médium. Solárne kolektory sú dnes dobre známe a široko dostupné technológie s uplatnením v rôznych segmentoch trhu.

Termické solárne kolektory sa v rodinných domoch využívajú najmä na ohrev pitnej vody. Môžu však slúžiť aj na podporu vykurovania a ohrev vody v bazéne. Ekonomicky optimálne je zabezpečiť kolektormi ročne približne 60 % až 70 % teplej vody. Solárna podpora vykurovania môže efektívne pokryť približne 15 % až 30 % ročnej potreby energie v dobre zaizolovanom dome s nízkoteplotným vykurovaním.

Hybridné kolektory

Spomenúť treba aj hybridné kolektory, ktoré kombinujú výrobu tepla aj elektrickej energie v jednom zariadení. Majú však nižšiu energetickú výťažnosť, sú drahšie ako termické kolektory a na trhu sa zatiaľ výraznejšie nepresadili.

Koncentračné solárne elektrárne

Slnečná energia sa na výrobu elektrickej energie využíva aj v tzv. koncentračných solárnych elektrárňach. Žiarenie dopadá na reflexné plochy (parabolické kanály, taniere, zrkadlá), kde je koncentrované do jedného bodu alebo ohniska.

Pasívne využitie slnečnej energie

Pasívne využívanie slnečnej energie je predovšetkým dané architektonickým a stavebným riešením budovy. Už v antike boli známe princípy, ktoré umožňovali maximálne využívať slnečné teplo v chladných obdobiach a zabraňovať prehrievaniu v lete. Tieto princípy sa dnes úspešne využívajú pri výstavbe nízkoenergetických a energeticky pasívnych budov.

Solárna architektúra

V rámci pasívneho využitia sa čoraz viac uplatňuje tzv. solárna architektúra, ktorá je základným prvkom pasívnych domov. Na južnej strane budovy sa nachádzajú veľké presklené plochy alebo zimné záhrady, vďaka čomu sa v budove pasívne akumuluje teplo.

Biologické využitie slnečnej energie

Biologickú premenu nám všade okolo ponúka príroda prostredníctvom fotosyntézy v rastlinách. Jej účinnosť je síce nízka (1 %), ale prebieha na obrovských plochách. Takto uskladnenú slnečnú energiu ľudstvo využíva spaľovaním biomasy.

Batériové úložiská a ich význam

Batériové úložiská sa stávajú kľúčovým prvkom modernej energetiky. Na Slovensku vstupujú do fázy intenzívneho rastu, pričom záujem prejavujú domácnosti aj komerčný sektor. Rastúci počet fotovoltaických inštalácií prirodzene otvára otázku efektívneho využitia vyrobenej elektriny, a úložiská pomáhajú riešiť problém s nespotrebovanou elektrinou.

Porovnanie fotovoltiky a solárnych kolektorov

Pri rozhodovaní, či je pre vás vhodnejšia fotovoltika alebo solárne kolektory, je rozhodujúci hlavný zdroj tepla na vykurovanie. Termické kolektory sa využívajú najmä na prípravu ohriatej pitnej vody (OPV) alebo na podporu vykurovania. V období s nižším slnečným žiarením sa dopĺňajú s plynovým alebo elektrickým kotlom či tepelným čerpadlom. Fotovoltika (FVE) je zas vhodnou voľbou v kombinácii so zdrojom tepla, ktorý využíva elektrickú energiu, ako napríklad tepelné čerpadlo alebo elektrické sálavé systémy.

Obstarávacie náklady aj návratnosť sú pri oboch systémoch podobné, pričom konkrétna výška investície závisí od výkonu FVE, počtu a typu kolektorov, objemu zásobníka a dĺžky potrubí. Dotácie môžu výrazne ovplyvniť konečnú sumu. Návratnosť FVE je približne osem až deväť rokov, pri systéme na prípravu OPV asi päť až sedem rokov. Dôležité je, že životnosť systémov je dlhá (20 až 30 rokov) a prevádzkové náklady minimálne, čo znamená dlhodobé zabezpečenie elektrickej energie alebo teplej vody takmer zadarmo.

Technické aspekty a inštalácia

Fotovoltaické panely môžu byť umiestnené na streche, plášti budovy alebo na konštrukcii s ňou spojenej. Ideálne je natočenie na juh pre 100 % výkon, ale aj východná či západná orientácia (86 % výkonu) je efektívna. Panely orientované na sever nemajú zmysel.

Základom FVE sú fotovoltické panely, ktoré premieňajú slnečné žiarenie na elektrickú energiu. Parametre elektrickej energie sa pomocou meniča upravia pre spotrebiče v domácnosti. Najčastejšie sa používajú systémy napojené na verejnú elektrickú sieť (on-grid) s využitím tzv. virtuálnej batérie alebo hybridné systémy s akumulátorom.

Pri systéme on-grid spotrebiče odoberajú energiu z FVE a v prípade nedostatočného výkonu aj z verejnej siete. Prebytky energie končia vo verejnej sieti alebo vo virtuálnej batérii. Hybridné systémy s akumulátorom využívajú uskladnenú energiu v čase nízkej produkcie.

Optimálny počet solárnych panelov (výkon FVE) sa zvyčajne navrhuje podľa ročnej spotreby energie v dome, obvykle na približne 1/3 až 1/2 celkovej spotreby.

V súčasnosti sa u nás v rodinnom dome môže nainštalovať fotovoltická elektráreň iba pre vlastnú spotrebu. Slovenská legislatíva nepovoľuje dodávky do distribučnej siete s platbou. Niektorí predajcovia energií však umožňujú využívať virtuálnu batériu alebo požičovňu elektriny, s podmienkou, že dodávka do siete nepresiahne odber. Tieto modely sú známe aj zo zahraničia.

Výhodné je inštalovať FVE hlavne pre vlastnú potrebu a prebytky využiť v dome, napríklad na posunutie štartu spotrebičov, ohrev vody pomocou tepelného čerpadla, vykurovanie v prechodných obdobiach alebo chladenie v lete.

Virtuálna batéria je zaujímavá možnosť na "uskladnenie" prebytkov elektrickej energie, funguje ako priebežné úložisko v čase, keď jej vyrobíte viac, než je vaša okamžitá spotreba.

Nové trendy a technológie

Solárna energia získava v priemysle na význame a budúcnosť formujú viaceré trendy a technológie:

• Integrácia skladovania energie: Spoločnosti čoraz viac integrujú batériové úložiská (napr. LFP batérie) na vyrovnávanie zaťaženia a zníženie tlaku na sieť.
• Digitálne monitorovanie a diaľkové ovládanie: Moderné priemyselné fotovoltaické systémy poskytujú dáta o výkone a spotrebe v reálnom čase, čo umožňuje sledovať spotrebu, identifikovať problémy a optimalizovať prevádzku.
• Meniace sa regulačné prostredie: Právne rámce sa vyvíjajú a vytvárajú nové príležitosti a výzvy pre zavádzanie solárnej energie v priemysle.

Výhody využitia solárnej energie

Energia zo Slnka je zadarmo a dostupná pre všetkých. Jej využitie prináša mnoho výhod:

• Ekonomické úspory: Vlastná výroba elektrickej energie a tepla znižuje závislosť od elektrickej siete a pomáha znižovať náklady na energiu.
• Udržateľnosť: Solárna energia je obnoviteľný zdroj, ktorý neprodukuje emisie a nepoškodzuje životné prostredie.
• Nezávislosť: Znižuje závislosť od fosílnych palív a kolísania cien energií.
• Zlepšenie reputácie: Ekologicky uvedomelé prevádzky majú pozitívny vplyv na vnímanie zákazníkov a partnerov.

Solárne parky sú veľké systémy pozostávajúce z vysokokapacitných solárnych panelov inštalovaných na rozsiahlych pozemkoch. Tieto systémy sú obzvlášť výhodné pre priemyselné zariadenia, pretože poskytujú veľké množstvo čistej elektrickej energie a znižujú závislosť od fosílnych palív.

Priemyselné solárne energetické systémy, či už ide o solárne tepelné systémy využívajúce tepelnú energiu slnka alebo fotovoltaické systémy premieňajúce slnečné svetlo priamo na elektrinu, zohrávajú kľúčovú úlohu v udržateľnom zásobovaní energiou.

Dostupnosť dotácií a projektov

O dotáciu na zariadenia využívajúce obnoviteľné zdroje energie (OZE), ako sú solárne kolektory alebo fotovoltické panely, je možné požiadať v rámci projektov ako SIEA Zelená domácnostiam II alebo Zelená podnikom. Tieto projekty sú financované z Programu Slovensko a poskytujú príspevky na energetické audity a inštaláciu zariadení využívajúcich OZE.

Solution Summit, organizovaný lídrami v odvetví technických zariadení budov ako Viessmann, REHAU a KLIMAK, je medzinárodná odborná konferencia, kde účastníci získavajú odpovede na kľúčové výzvy súčasnej energetiky a stavebníctva.

tags: #vyuzivanie #solarnej #energie #na #vykurovanie #bakalarska