Solární systémy a jejich využití

Přímé sluneční záření může sloužit jak pro výrobu tepla, tak pro výrobu elektřiny. V posledních letech se počet solárních systémů pro přípravu teplé vody (tzv. fototermické systémy) i díky dotačním programům výrazně zvýšil. Také počet a plocha solárních systémů pro přímou přeměnu slunečního záření na elektřinu (tzv. fotovoltaika) doznaly velmi razantního zvýšení. V této oblasti byla hlavním motivem státní politika garantovaných výkupních cen elektřiny z obnovitelných zdrojů, která však díky nekontrolovatelnosti a jistému zneužítí negativně dopadla na konečnou cenu elektřiny a v konečném důsledku na snižování konkurenceschopnosti tuzemských firem s energeticky náročnou výrobou.

My se však budeme dále zabývat oblastí využití sluneční energii v malém měřítku na úrovni rodinného, případně bytového domu či malé firmy (provozovny), a to pro přípravu teplé vody.

Solární systém na objektu sociálních služeb Naděje v Otrokovicích.

 

Každá aplikace techniky či technologie má nejen své přínosy, ale také nezbytné či vhodné předpoklady či  podmínky, které jsou nutné pro její spravné fungování a dosažení očekávaných přínosů, a to nejen ekonomických. Hlavní výhody solárních systémů na přípravu teplé vody, respektivě jejich přínosy, je možné shrnout do následujících bodů:
  • jedná se o ekologicky místně ohleduplný systém přípravy teplé vody, který snižuje (ale zcela nezbavuje) závislosti na vnějších zdrojích;
  • díky němu dochází ke snížení spotřeby primárních paliv (úspora finančních prostředků) a díky tomu ke snížení emisí škodlivých látek do ovzduší;
  • využívá se místní obnovitelný zdroj.
Na druhou stranu však musíme mít na paměti také podmínky či nároky, které systém na investora a uživatele klade:
  • v daném objektu musí být zajištěn záložní zdroj tepla (na elektřinu, zemní plyn, fosilní paliva apod.)
  • systém by měl být optimalizován a dobře navržen tak, aby odpovídal reálné potřebě teplé vody v objektu (návrh správné kapacity zásobníku na daný počet osob, typ a režim provozu apod.)
  • musíme zvažovat možná lokální omezení systému pro přípravu teplé vody (v podobě četných a dlouhotrvajících mlh, zastínění okolními objekty či stromy apod.). Tyto faktory mohu ještě více zesílit nevýhody "nepravidelného" zdroje

Velký solární systém na SPŠ ve Zlíně.Tím jsme samozřejmě ani vzdáleně nevyčerpali všechny aspekty jak na straně výhod a přínosů, tak na straně nevýhod a možných ohrožení či komplikací. V každém případě se domníváme, že cesta využívání obnovitelné energie v podobě slunečního záření je cestou správnou a do budoucna velmi perspektivní. Zatím se jedná o zdroj, který nám příroda poskytuje zdarma.

Při využití sluneční energie v praxi se musíme vyrovnat jak globálně, tak lokálně, s určitými problémy, které ne vždy jsou řešitelné. Proto se také aplikace techniky na využití slunečního záření nehodí do všech míst, na všechny stavby a všechny aplikace. A znovu se dostáváme k nutnosti pečlivého a reálného posouzení aplikace v konkrétním místě, stavbě, provozních podmínkách apod.

Základní problémy při využívání slunečního záření pro energetické účely:

  1. Nerovnoměrné osvětlení povrchu Země - intenzita slunečního záření, která je reálně a technicky využitelná není na všech místech a v každém čase stejná. Mění se nám roční období, ale také hustota oblačnosti a její pokrytí na obloze, aj. Proto je nezbytné při úvaze o využití sluneční energie tyto skutečností brát do úvahy.
  2. Nesoulad mezi výrobou a potřebou - přímé sluneční záření jako zdroj obnovitelné energie nemáme k dispozici po celý den, ani celý rok. Navíc obvykle teplou vodu potřebujeme až večer při příchodu ze zaměstnání, škol apod. Stejně tak potřebujeme v létě svítit až pozdě večer. To už Slunce nesvítí. Tuto časovou disproporci mezi časem slunečního svitu a potřebou využití energie musíme vyřešit (zásobování míst s nepřetržitou spotřebou elektřiny či tepla, nebo nejčastěji v případě přípravy teplé vody akumulačními nádobami či ukládáním elektřiny do akumulátorů).
  3. Nutnost akumulace energie a její další distribuce - kromě samotného systému absorpce přímého slunečního záření musíme vybudovat a provozovat systém akumulační nádrže (nádrží). Distribuční soustava je pak stejná jako u klasických metod akumulačního ohřevu teplé vody. V případě výroby elektřiny je kromě měniče, který elektřinu z fotovoltaických panelů mění na stejné napětí a fázi jako má distribuční soustava, potřeba vybudovat přípojku na tuto distribuční soustavu. Dále probíhá distribuce normálním způsobem. Včetně možných problémů s nerovnoměrnou dodávkou a tím možné destabilizace rozvodné sítě.
  4. Malá hustota energie na jednotku plochy - v porovnání s velkými (tzv. tvrdými) zdroji energie. To je také (mimo jiné) jeden z důvodů, proč v současné době nemohou pokrývat většinu spotřeby energie v ČR. Z jednotky zastavěné plochy tepelnou elektrárnou (bez ohledu na zjevná negativa) je jednotkový výkon o několik řádů větší než ze stejné plochy zastavěné např. fotovoltaickými panely či plochou pěstovaných energeticých dřevin či plodin).
  5. Vyšší investiční náklady a zatím malá účinnost (platí pro výroby elektřiny ze slunečního záření) - účinnost běžných fotovoltaických panelů se pohybuje kolem 15-17 %.

Zatím jsme se však nezmínili o jednom velmi efektivním a přínosném způsobu energetického využití slunečního záření, které je možné aplikovat na většinu objektů nejen v sektoru bydlení. Máme na mysli využití slunečního záření pro pasivní vytápění objektů v přechodných měsících roku. O co se vlastně jedná?

 

Pasivní energetické využití přímého slunečního záření

Hned na úvod vysvětlení pojmu "pasivní využití". Jedná se o takové energetické využití slunečního záření, které nepotřebuje nějaká dodatečná nákladná zařízení a pracuje s těmi prvky stavby či objektu, které již existují. Jedná se především o:
  • umístění a orientaci samotné stavby vůči světovým stranám, tedy maximu intenzit přímého slunečního záření v dané lokalitě;
  • umístění, velikosti a typu výplní stavebních otvorů (tedy oken a dveří) s ohledem na pasivní tepelné zisky;
  • celkový návrh stavby s ohledem na tyto skutečnosti s dostatečným tepelně-izolačním standardy obvodových konstrukcí, aj.

Potenciál a možnosti využití slunečního záření a jeho efektivitu můžeme významně ovlivnit v průběhu přípravy, návrhu, realizace i provozu nejrůznějších objektů a staveb.

V čem spočívá princip pasivního využití sluneční energie pro vytápění či temperování staveb? Princip je zobrazen na následujícím obrázku.

Schéma principu pasivního využívání slunenčího záření pro vytápění či temperování budov.

Základní myšlenka je velmi jednoduchá. V době, kdy je to žádoucí, zajistit co největší oslunění interiéru objektu tak, aby energie, která projde oknem v podobě viditelného světla se v objektu transformovala na dlouhovlnější (tepelné) záření, dále ohřívala povrchy a objekty v místnosti a zpět do místnosti vyzařovala záření tepelné. Viditelné světlo je pohlceno povrchem, který ohřeje. Ohřáté těleso pak do prostoru interiéru vyzařuje tepelné (infračervené) záření. Pokud máme dobře zvolené výplně stavebních otvorů (tedy hlavně okna - skla), zabrání vyzáření tohoto tepelného záření přes skla oken do venkovního prostoru. Tepelné záření tak zůstává v místnosti, kterou ohřívá.

Pokud je interiér daného objektu či místnosti dobře navržen s ohledem na co největší pasivní zisky, obsahuje obvykle akumulační hmoty (nějaká tělesa z větší měrnou tepelnou kapacitou a dobrou pohltivostí viditelného záření). K zabránění zpětného vyzařování tepelného záření do venkovního prostoru, se používají speciální (dnes už běžně dostupná) skla, která obvykle mají na vnějším povrchu vnitřního skla mikroskopickou vrstvu oxidu kovů, která pro tepelné záření funguje jako zrcadlo. Viditelné světlo (s určitými ztrátami) propustí dovnitř, ale tepelné záření již nepustí ven. Jak jednoduché!

V praxi je samozřejmě nutné zvažovat a pracovat s celou řadou dalších vlastností interiérů, orientací staveb, velikostí prosklenných ploch, přítomností a rozmístěním akumulačních hmot v místnosti apod. V případě bohatšího prosklení objektu či místností musíme také vždy předem pamatovat na to, že je nezbytně nutné v letních měsících zajistit, aby se díky velkorysému prosklení fasády nedostávalo dovnitř až příliš slunečního záření, které by interiér nežádoucím způsobem a velmi rychle ohřálo na velmi vysoké teploty. To je možné zajistit vhodným návrhem celé stavby, terasami, slunolamy, venkovními roletami apod.

Příklad jednoduchého, ale funkčního využití velké prosklenné plochy na jižní fasádě k pasivním tepelným ziskům. Detail prosklení fungujícího k pasivnímu zisku tepla z přímého slunečního záření.

Výhody, které rozumné a efektivní využití pasivních tepelných zisků pro vytápění objektu nabízí jsou velmi zajímavé a je na investorech, zda tento faktor zahrnou do svého plánování. O jaké výhody se jedná?
  • obvykle nizké pořizovací náklady - pokud se s touto variantou počítá od začátku, tak nárůst investičních nákladů je velmi nízký nebo nulový;
  • absence zvláštních zařízení - nepotřebuji žádná další zařízení (motory, rozvody, kolektory apod.);
  • minimální náklady na údržbu - když nemám žádná zařízení, nemusím nic udržovat a opravovat... pravda, někdy je potřeba okna umýt;
  • nulové provozní náklady - neplatím žádné další provozní náklady navíc (jako například elektřinu na pohon čerpadel u běžných solárních systémů);
  • rezistentní při výpadcích dodávek - pokud Slunce svítí, tak systém funguje;
  • úspora provozních nákladů na energie - při vhodném návrhu a dostatečném rozsahu akumulačních hmot jsou úspory na vytápění velmi zajímavé a mohou dosáhnout hodnot až do 15-20 %;
  • dobrý poměr cena/výkon - pokud se vše dobře připraví, pak je obvykle finální užitek v porovnání s náklady velmi velký.
Ale nezapomínejme také na nevýhody či omezení:
  • omezeno povahou stavby - ne každá stavba se dá postavit či rekonstruovat tak, aby efektivně pasivní faktory splnila (památkově chráněné objekty, již postavené objekty, jiná omezení);
  • omezeno umístěním stavby - objekt v husté zástavbě se značným zastíněním od okolí apod.;
  • nedůvěra lidí - mnoho lidí tomu z iracionálních důvodů prostě nevěří;
  • špatný návrh - zklamání ze špatného návrhu (projektu) stavby, který možnosti nevyužil, nebo využil nedostatečně nebo prostě investor neměl dost informací;
  • externí vlivy - problém při rekonstrukcích, podmíněno okolními vztahy apod.

Závěrem ještě jedna historická poznámka k pasivnímu využívání sluneční energie v minulosti. Už naši předkové dokázali velmi efektivně sluneční energii pasivně využívat. Vzpomeňme si například na velmi jednoduchou, ale účinnou metodu konzervace potravin (či krmiva pro dobytek) prostým sušením na slunci (sušené ovoce, maso, ryby, seno pro dobytek, obilí apod.). Hospodyňky by možná ještě dodaly jedno využití přímého slunečního záření (především krátkovlnější části viditelného spektra) při bělení prádla přírodním způsobem venku na slunci.

 

Aktivní energetické využití přímého slunečního záření

Pro aktivní využívání energie přímého slunečního záření potřebujeme nějaké dodatečné zařízení, které bude sluneční záření absorbovat a nějak dále přeměňovat, zpracovávat, transportovat, akumulovat, distribuovat apod.

Fototermické kolektory na objektu sociálního bydlení v obci Nedakonice.Do této oblasti spadá celá řada zařízení jak na přípravu teplé vody či přitápění (fototermické kolektory), tak na přímou přeměnu slunečního záření na elektřinu (fotovoltaické panely) díky tzv. fotoefektu. V posledních několika letech se počet obojího zařízení výrazně zvýšil a proto není problém se s nimi při cestách setkat. Fototermické systémy se používají především v menších soustavách pro přípravu teplé vody (případně přitápění či dohřev vody v bazénech), a to jak v rodinných domech, bytových domech, objektech občanské vybavenosti, tak menších firmách a provozovnách. Naopak fotovoltaické systémy byly a jsou v posledních letech budovány jako samostatná, někdy velmi rozlehlá zařízení ve vlastnictví firem za účelem dosažení zisku (díky garantovaným výkupním cenám elektřiny z těchto zdrojů). V posledních letech se však s fotovoltaickými systémy setkáváme už občas i na střechách rodinných domů či menších provozoven.

V našem dalším popisu se budeme věnovat téměř výhradně fototermickým systémům a informace k fotovoltaickým systémům ponecháme specializovaným internetovým stránkám. Jak už jsme si několikrát uváděli, fototermické systém slouží pro přípravu teplé vody, přitápění objektů či předehřev či ohřev vody v bazénech. Obvykle známe systémy využívající pro přenost tepla od kolektorů k akumulačnímu zásobníku kapalinu, ale existují také vzduchové fototermické kolektory, z nichž vystupuje přímo ohřátý vzduch, který je dále používán (pro přitápění v objektu, sušení apod.).

Hlavními výhody aktivních fototermických systémů jsou:
  • vyšší jednotkový výkon zařízení  - z dané plochy získám více dopadající energie slunečního záření, protože se jedná o speciální zařízení (kolektor) vybavený tzv. absorpční vrstvou optimalizovanou na pohlcování viditelného záření;
  • lepší integrace do systémů (přírpavy teplé vody) - jedná se o typizované zařízení s jednoduchou integrací do systémů přípravy teplé vody (různé velikosti);
  • úspora provozních nákladů na energie - velkou část roční potřeby tepla na přípravu teplé vody je pokryta z obnovitelných zdrojů (slunečního záření); zbývající část je dokryta klasickými zdroji (elektřinou, zemním plynem, fosilními palivy apod.);
  • snižování lokálních škodlivých emisí do ovzduší z klasických paliv pří přípravě teplé vody klasickým způsobem.
Nesmíme však zapomenout také na jejich nevýhody:
  • nutnost speciálních zařízení vyvolává vyšší pořizovací náklady - jedná se o speciální technické zařízení, které musím pořídit;
  • provozní náklady a údržba - zařízení musím provozovat (spotřeba elektřiny na čerpadlo aj.), udržovat (výměna nemrznoucí směsi v systému, tepelných izolací vystavených okolnímu prostředí apod.);
  • bez dotací ekonomicky na hraně - ekonomická návratnost je relativně dlouhá a velmi záleží na typu provozu a intenzitě využívání (čím větší je spotřeba teplé vody, tím je návratnost rychlejší a naopak); existují aplikace s velmi dobrou návratností i bez dotací, ale obecně jsou návratnosti v řádech desítek let;
  • nutnost akumulovat nebo dodávat třetím osobám - kromě vlastního fototermického systému potřebuji také akumulační nádrž (tu v připadě přípravy teplé vody v místě spotřeby průtokovým ohřívačem nepotřebuji) a další speciální zařízení; případně mohu teplo dodávat třetím osobám (tento případ je velmi ojedinělý).

Jeden z největších fototermických systémů v ČR v obci Rusava slouží k ohřevu vody v bazénech.

Stručný popis fototermického systému na přípravu teplé vody

Princip systému fototermických kolektorů pro přípravu teplé vody je relativně velmi jednoduchý. Pro ty z vás , kteří jste se s tí zatím nesetkali nebo se tím nezabývali se pokusíme zařízení stručně popsat.

Systém má tři základní části, které by měly být vzájemně optimalizovány při návrhu systému. Jedná se o část samotných (1) fototermických kolektorů, které jsou umístěny tak, aby byly co nejvíce v průběhu dne i roku osluněny (azimut, sklon vůči rovině). Kolektory jsou vybaveny absorpční vrstvou, která zajišťuje co největší absorpci slunečního záření a jeho přeměnu na teplo, které předává teplonosné kapalině v primárním okruhu systému.

Primární okruh teplonosné kapaliny (pro celoroční provoz obvykle nemrznoucí) přivádí kapalinu z kolektorů do (2) akumulační nádrže (zásobníku), kde ve výměníku předává teplo získané v kolektoru vodě v zásobníku. Ze zásobníku je pak teplá (či předehřátá) voda rozvedena do místa spotřeby (případně až po dohřevu jiným zdrojem, pokud solární ohřev nestačí dosáhnou požadované teploty). K tomu aby to fungovalo je kromě rozvodů teplonosné látky mezi kolektorem a zásobníkem potřeba také (3) řídící jednotka (regulátor) s čidly a čerpadlo, zajišťující dostatečný oběh teplonosné látky mezi kolektorem a výměníkem v zásobníku. 
 

Základní schéma fototermického systému na přípravu teplé vody.

Jak to celé funguje? Opravdu jednoduše. Zásobník na teplou vodu je v praxi obvykle bivalentní (případně multivalentní), což znamená, že teplo pro ohřev vody je možné dodávat ze dvou (případně více) zdrojů tepla. Zásobník na výše uvedeném obrázku je zobrazen pouze s možností ohřevu z kolektorů.

Pohled na vnitřní uspořádání bivalentního zásobníku na teplou vodu. Nahoře vidíme elektropatronu pro dohřev elektřinou, dole výměník pro solární systém v podobě zatočené nerezové trubiceUvnitř takového zásobníku je tzv. výměník, tedy zažízení zajišťující předání tepla z jedné kapaliny do druhé prostřednictvím tzv. teplosměnných ploch. Ty jsou důležité, protože jejich celková plocha by měla být nadimenzována tak, aby byla schopna přenést výkon fototermických kolektorů do zásobníku a celý jeho objem ohřát na požadovanou teplotu (v případě daných podmínek - délka slunečního svitu apod.).

Primární okruh z trubek spojuje absorpční plochy a výměníky v kolektorech (obvykle někde na střeše) s výměníkem tepla umístěným v zásobníku (v koupelně, provozní místnosti, sklepě apod.). Oběh kapaliny zajišťuje zabudované čerpadlo, které je napojeno na regulaci, řídící jednotku celého systému.

Pokud na sluneční kolektory nesvítí sluníčko, nic se neděje. Jakmile však sluníčko na kolektory (jejich absorpční plochy) zasvítí, velmi rychle se začne zvyšovat jejich teplota. Teplotu v kolektorech však hlídá jedno z čidel napojených na řídící jednotku (regulaci). Druhé čidlo je umístěno v zásobníku a hlídá teplotu připravované vody. Jakmile regulace zjistí, že teplota v kolektorech je vyšší než teplota v zásobníku o danou (obvykle nastavitelou) hodnotu, zapne se čerpadlo primárního okruhu. Čerpadlo zajistí oběh ohřáté vody z fototermického kolektoru do zásobníků, kde se ve výměníku ochladí a je hnáno zpět do kolektoru... a tak pořád dokola. Jakmile regulace zjistí, že je rozdíl teplot mezi kolektorem a zásobníkem menší než nastavená teplota, čerpadlo se vypne. Nemá smysl zajišťovat oběh kapaliny v primárním okruhu, když již nedochází k přenosu tepla z kolektorů do zásobníku.

Ze zásobníku pak vedou obvykle dvě trubky. Přívod studené vody pro ohřev na teplou vodu a výtok teplé vody do rozvodů teplé vody v objektu.

Řez plochým slunečním kolektorem.Jak vypadá kontrukce fototermického kolektoru vidíme na obrázku vlevo. Jedná se o řez standardním plochým kolektorem. Kolektor je tvořen pevnou plytkou vanou (rámem), obvykle z kovu, která je na spodní straně vybavena tepelnou izolací. Horní část vany kolektoru je kryta sklem přes které do kolektoru proniká sluneční záření.

V prostoru vany kolektoru mezi tepelnou izolací a sklem je umístěna deska absorbéru, která je na zadní straně vybavena obvykle naletovanými trubicemi, v nichž proudí teplosměnná látka. Tato kapalina pak odnímá kolektoru teplo a díky čerpadlu jej přenáší do výměníku umístěném v zásobníku na teplou vodu.

Pro využití sluneční energie pomocí fototermických kolektorů je nezbytné zvážit několik základních technických předpokladů a požadavků. Mezi ně patří:
  • vhodně umístěná plocha s požadovaným sklonem (případně plocha, kde je možné kolektory umístit) - tento požadavek je zásadní; špatně umístěné kolektory (v azimutu či sklonu) budou mít menší výkon a celý systém sice bude pracovat, ale s menší efektivitou
  • negativní vliv zastínění - je potřeba pro umístění kolektorů najít takové místo, které nebude teď ani v budoucnu zastíněno (stavbami, stromy apod.)
  • dopravní vzdálenost mezi kolektory a zásobníkem (spotřebou) - pokud je to trochu možné, je potřeba pro kolektory a zásobníky vybrat takové místa, aby jejich nezbytné spojení primárním okruhem bylo co nejkratší (méně materiálu, nižší náklady, menší ztráty, méně teplonosné kapaliny apod.)
  • prokazatelná křivka spotřeby teplé vody v souladu s očekávanou výrobou - předpokládaná a doložitelná křivka potřeby teplé vody v objektu při daném provozu by se měla co nejvíce krýt s možností výroby (srovnejte výhodnost fototermických kolektorů na škole, která je přes prázdniny prakticky prázdná s šatnami na fotbalovém stadionu, který právě o prázdninách a v letních měsících hostí několik turnaju a spotřeba teplé vody na sprchování je nejvyšší)
  • ekonomika projektu - i když ne vždy hraje primární roli ekonomika, měli bychom se o tuto oblast také zajímat, zda je vůbec takový systém pro naše podmínky vhodný a je ekonomicky efektivní (tedy návratný v přijatelné době)

Samozřejmě tím by neměl náš stručný výčet končit, ale další věci necháme na specializovaných serverech a organizacích.

Základní druhy slunečních kolektorů

Kolektor je základem každého fototermického systému. Dnes je na trhu k dispozici velké množství typů a druhu kolektorů od různých výrobců a dodavatelů. Existují různé varianty a technická řešení. V základě je možné fototermické kolektory rozdělit na:
  • kolektory ploché
    • kolektory normální
    • kolektory vakuované (uvnitř kolektoru je odčerpán vzduch z důvodů snížení energetických ztrát)
  • kolektory trubicové (existuje jich několik systémů)
  • speciální typy - plastové absorbéry pro sezónní využití (u bazénů, na chatách apod.)

Přehled vybraných typů, případně jejich variací a aplikací najdete v obrazové podobě níže. Výčet ani popis kolektorů samozřejmě není vyčerpávající a zcela by přeshoval rozsah a účel těchto webových stránek.

Ukázka jednoduchého plochého absorbéru na společné konstrukci se zásobníkem.

Ukázka jednoduchého plochého absorbéru na společné konstrukci se zásobníkem.

Klasické ploché nevakuované kolektory na střeše rodinného domu.

Klasické ploché nevakuované kolektory na střeše rodinného domu.

Ploché kolektory na venkovní konstrukci mimo půdorys objektu.

Ploché kolektory na venkovní konstrukci mimo půdorys objektu.

Ukázka trubicových kolektorů na jednom z veletrhů.

Ukázka trubicových kolektorů na jednom z veletrhů.

Ukázka trubicových kolektorů na modelu střechy objektu.

Ukázka trubicových kolektorů na modelu střechy objektu.

Jiná varianta trubicových kolektorů pro umístění jak na šikmé, tak na ploché střechy.

Jiná varianta trubicových kolektorů pro umístění jak na šikmé, tak na ploché střechy.

Zvláštní typ trubicových kolektorů vhodný na střechy, kde nesmí být kolektory vidět (např. památkově chráněné objekty).

Zvláštní typ trubicových kolektorů vhodný na střechy, kde nesmí být kolektory vidět (např. památkově chráněné objekty).

 

Touto malou fotogalerií jsme samozřejmě ani zdaleka nevyčerpali možné varianty konstrukce a rozměrů fototermických solárních kolektorů.

 

Příklad konkrétního systému na ohřev teplé vody

V nejrůznějších materiálech a propagačních podkladech dodavatelských firem najdeme mnohdy neuvěřitelná čísla o návratnosti nabízených solárních systémů. Každý soudný člověk je schopen si alespoń přibližně návratnost těchto systémů propočítat.

Zpracovali jsme podrobné technicko-ekonomické modely solárních fototermických systémů, ale pro tyto stránky by se jednalo o zbytečně náročný materiál, a tak jsme se raději rozhodli zveřejnit výsledky ojedinělého měření v reálných provozních podmínkách. Měření probíhá nepřetržitě už po dobu 10 let. Jedná se o monitorování spotřeby teplé vody z fototermického solárního systému umístěného na rodinném domě.

Jedná se o relativně malý a velmi jednoduchý systém, který se skládá ze dvou plochých nevakuovaných panelů, zásobníků na teplou vodu o objemu 200 litrů a dalšího nezbytného příslušenství (rozvody, řídící jednotka s čerpadlem). Jak systém vypadá je uvedeno na následujícím obrázku.

Zkušební systém fototermických kolektorů pro přípravu teplé vody na rodinném domě.

Měření probíhá tak, že je každodenně odečítána hodnota teploty vody v zásobníku ve dvou místech. Zásobník je bivalentní, takže horních cca 100 litrů může být nezávisle dohřáto pomocí kotle na zemní plyn (typ výměníku - dvouplášť), ve spodní části zásobníku je umístěn výměník (vlnovec) ze solárního systému. Solární systém tak nahřívá (předehřívá celý objem zásobníku), zemní plyn dohřívá je horních 100 litrů vody.

Teploty vody jsou měřeny dvakrát denně, a to ráno (před zahájením solárního ohřevu) a odpoledne či večer pro skončení nahřívání pomocí solárního systému. Neměříme tedy standardním způsobem (klasickým měřícím zařízením, které měří teplotu vstupní a výstupní kapaliny a její průtok). Jsme si vědomi určitých omezení a možných chyb měření, které jsou však relativně zanedbatelné. Z praxe se domníváme, že skutečná spotřeba tepla ze systému je mírně vyšší než ta vypočtená.

Naměřené a vypočtené hodnoty jsou denní a jsou kumulovány do měsíčních sum, které jsou vynesené na níže uvedeném grafu. Na vodorovné ose je čas v měsících od března 2003, kdy byl systém nainstalován až do konce roku 2012. Na svislé ose je uvedena spotřeba (pozor nikoliv výkon systému) v kWh za měsíc. Graf velmi pěkně dokládá roční variace dané ročním obdobím a s tím související výškou Slunce nad obzorem a oblačností. Z pohledu jednotlivých let jsou roční průběhy velmi podobné. Určitého rozdílu si můžete všimnout v letech 2009 a dále (poslední 4 roky). Roční průběh vypadá trochu jinak. Je to způsobeno faktem, že daný rodinný dům už neobývaly jen dvě osoby, ale čtyři osoby, čímž se zvýšilo využití teplé vody připravené ze solárního systémů v jarních a podzimních měsících.

Reálně měřená spotřeba energie ze systému fototermických kolektorů pro přípravu teplé vody.

Jak už jsme uváděli, jedná se o spotřebu tepla pro přípravu teplé vody ze solárního systému, takže zde nejsou obsaženy všechny ztráty, které systém za normálních okolností má. Pokud bychom to tedy chtěli přepočítat na výrobu tepla (nikoliv spotřebu), bylo by nutné uvedené hodnoty zvýšit o 8-12 %.

V ročním vyjádření byla z měřeného fototermického solárního systému spotřebována každý rok energie v hodnotě přibližně 1 MWh (1 000 kWh), tedy 3,6 GJ ročně. Při přepočtu na náklady ohřevu z jiných paliv (zemního plynu) docházíme k úspoře za deset let provozu kolem 15 000 Kč (bez započtení elektřiny pro pohon čerpadla primárního okruhu).

 

Stručný grafický souhrn pro školy

Na závěr kapitoly zveřejňujeme podle našeho názoru přehledný a užitečný souhrn základních faktů k problematice využívání sluneční energie v podobě vzdělávácí tabule. Tabule byla zhotovena pro potřeby střední průsmyslové školy stavební společností Regionální energetické centrum, o.p.s.

Informační tabule k problematice energetického využití sluneční energie - použito na SPŠS Valašské Meziříčí. Autor: REC, o.p.s.

Informační tabuli ve větším rozlišení si můžete stáhnout (jpg, 476 kB).

Připravované akce

Přednáška "Zpráva o zatmění Slunce 21. srpna"
16. 10. 2017, 19:00 hodin, Zlín

 


Vyhledávání

 

Novinky a aktuality

Pozorování Slunce 2016

21.01.17

Už tradičně vám předkládáme další roční souhrn o pozorování projevů sluneční aktivity na Hvězdárně Valašské Meziříčí. V roce 2016 byl velmi znatelný pokles aktivity, ale i přesto bylo co pozorovat: tranzit Merkuru přes sluneční disk, eruptivní protuberance, erupce, zajímavé skupiny slunečních skvrn. Nabízíme vám ohlédnutí za rokem 2016 včetně galerie těch nejvydařejnějších snímků i animací zajímavých projevů sluneční aktivity.

Pozorování sluneční aktivity - srpen a září 2016

04.10.16

V měsících srpen a září se výrazně zvýšil počet aktivních oblastí, ale na četnosti a mohutnosti erupcí se to příliš neprojevilo. V srpnu se nám podařilo napozorovat tři eruptivní protuberance, kterým předcházely erupce v aktivních oblastech NOAA 12572 a 12573. V polovině září byla zahájena dlouho očekávaná rekonstrukce budovy odborného pracoviště Hvězdárny Valašské Meziříčí, což znamená pozastavení veškeré observační činnosti až do konce roku 2016.

Pozorování sluneční aktivity - červen a červenec 2016

03.10.16

Letní pozorovací sezóna se vyznačuje větším počtem jasných dnů s dobrými pozorovacími podmínkami. I s klesající sluneční aktivitou se nám proto v těchto dvou měsících podařilo napozorovat řadu zajímavých jevů. V červnu jsme pozorovali 13 dnů (5 aktivních oblastí) a v červenci 21 dnů (8 aktivních oblastí). Podařilo se nám však napozorovat pouze 3 sluneční erupce, jelikož většina erupcí se odehrávala v době, kdy bylo u nás Slunce pod obzorem nebo nám nepřálo počasí.