Solárne kolektory na ohrev teplej vody

Princíp fungovania solárnych kolektorov je jednoduchý: slnečné žiarenie, ktoré na kolektor dopadá, sa na absorpčnej ploche kolektora mení na teplo. Toto teplo sa potom prostredníctvom teplonosnej kvapaliny (monopropylénglykol) odvádza rúrkami do zásobníka (bojlera), kde cez tepelný výmenník zásobníka ohrieva vodu. Automatickú prevádzku zabezpečuje elektronická riadiaca jednotka, ktorá ovláda obehové čerpadlo. Keď je teplota solárnych kolektorov dostatočne vyššia ako teplota vody v zásobníku, riadiaca jednotka automaticky zapne obehové čerpadlo, keď teplota kolektorov poklesne alebo je dosiahnutá nastavená teplota vody v zásobníku, čerpadlo a cirkulácia sa vypína.

Princíp fungovania solárnych kolektorov

Solárne kolektory nezaručia teplú vodu počas celého roka, je preto potrebný ďalší zdroj tepla, kedy kolektory nedokážu vodu dostatočne zohriať. Počas zamračených dní a v zime je ohrev alebo doohrev vody zabezpečený plynovým kotlom, kotlom na tuhé palivo (vo vykurovacej sezóne) alebo elektrickým vyhrievacím telesom (špirálou), prípadne iným zdrojom. Príklad zapojenia celého systému:

Schéma zapojenia solárneho bojlera

Účinnosť solárnych kolektorov

Pri slnečných kolektoroch je potrebné rozlišovať medzi maximálnou teoretickou účinnosťou (laboratórne údaje, ktoré sa uvádzajú v technických a reklamných materiáloch), ktorú kolektory dosahujú za optimálnych podmienok a reálnymi tepelnými ziskami pri bežnej prevádzke.

  • Optickou účinnosťou kolektorov sa udáva koľko percent dopadajúceho slnečného žiarenia absorpčná vrstva kolektorov zmení na teplo. To býva bežne 92-94 %. Technologicky túto účinnosť už nie je príliš kam vylepšovať.
  • Kvôli stratám kolektorov do okolia sa však skutočná tepelná účinnosť kolektorov pohybuje okolo 80 %. To znamená, že z kolektorov je možné vyťažiť „výkon“ na úrovni približne 80 % dopadajúceho slnečného žiarenia.
  • Reálne tepelné zisky z kolektorov sú v skutočnosti nižšie ako ich účinnosť, závisia od tepelných strát v systéme pri prenose tepla do bojlera, orientácie kolektorov, aktuálnych klimatických podmienok, vonkajšej teploty, a samozrejme intenzity slnečného žiarenia. Reálne sa dá „transformovať“ 55 – 65 % z dopadajúceho žiarenia na teplo v bojleri.
  • V účinnosti kvalitných kolektorov nie sú rozdiely nijako zásadné, preto je dobré ich vnímať vo vzťahu k ich cene, kvalite a spoľahlivosti. I keď sa snažia niektorí výrobcovia zaujať „inováciami“, v skutočnosti sú technologicky kolektory tak vyspelé, že na žiadnu úžasnú inováciu už jednoducho priestor nie je.

Vákuové kolektory majú síce vyššiu účinnosť v chladnejšom období, ale ekonomicky sa príliš nevyplatia, pretože ich prínosy vďaka o niečo vyššej účinnosti v zime nezodpovedajú vyššej cene. Najoptimálnejšia je „zlatá stredná cesta“ – spoľahlivé ploché kolektory, ktoré budú dobre fungovať desiatky rokov.

Optimálne dimenzovanie solárnych kolektorov a systému

Pri dimenzovaní kolektorov a iných súčastí systému a ich inštalácii je potrebné zohľadniť viaceré kritériá, nielen rôzne technické parametre, ale aj predpokladanú spotrebu. Existujú určité zjednodušenia, ale pri dimenzovaní celého systému je hlavne potrebné predísť tomu, aby kolektory produkovali zbytočne veľa nevyužitého tepla v lete alebo naopak, boli poddimenzované a nedosahovali požadovaný výkon.

  • Na prípravu teplej vody sa v princípe odporúča približne 1 – 1,3 m² plochy kolektorov na osobu a bojler (zásobník vody) s objemom 75 – 100 litrov na osobu, aby bolo možné teplo akumulovať a preklenúť tak určité časové obdobie bez slnečného svitu. V lete (a tiež čiastočne na jar a jeseň) za jasného dňa je možné pomocou 1 m² plochy kolektorov ohriať až 100 l vody na teplotu okolo 60 °C, zatiaľ čo v zime (keď svieti slnko) dokážu slnečné kolektory vodu ohriať na teplotou 30 až 50 °C, čo však tiež určitým spôsobom pomôže.

  • Pri dimenzovaní solárnych kolektorov nie je hlavným zámerom pokryť čo najviac spotreby, ale nájsť optimálnu úroveň, aby boli náklady na inštaláciu celého systému primerané jeho prínosom.

    Optimálne dimenzovanie solárneho systému

    I keď síce platí, že čím väčšia je plocha kolektorov, tým viac spotreby sa pokryje, tento vzťah nie je lineárny. Teda dva krát väčšia plocha kolektorov neznamená dva krát viac pokrytej spotreby. A to zo zrejmého dôvodu, že kapacita „ukladania“ tepla je obmedzená a celková potreba energie na ohrev vody je tiež obmedzená. Keď sa za slnečného letného dňa dosiahne požadovaná teplota vody v bojleri, obehové čerpadlo sa vypne a solárne kolektory sú nevyužité, keďže vyprodukovanú energiu už nie je kam ukladať. Riešením nie je ani zväčšovať objem zásobníka – síce sa počas slnečných dní vytvorí väčšia zásoba vody, ktorú je potom možné využívať dlhšie – ak sa dovtedy nestratí kvôli tepelným stratám samotného bojlera. Takto by ste mali počas menej slnečných dní namiesto menšieho objemu skutočnej teplej vody väčší objem vlažnej vody, ktorú by bolo potrebné zbytočne dohrievať.

  • Plocha kolektorov pre optimálny energetický zisk: využiteľne vyprodukovaná energia od určitého bodu narastá pomalšie, aj keď sa pridáva celková plocha kolektorov. Pri ďalšom zväčšovaní plochy kolektorov je reálne využiteľný prínos takéhoto zväčšenia plochy čoraz nižší.

    Plocha kolektorov a využiteľné vyprodukovaná energia

    Tiež je možné vidieť, že rozdiel medzi teplom získaným plochými a trubicovými vákuovými kolektormi je malý a v praxi takmer zanedbateľný, aj kvôli tomu, že ploché kolektory majú zväčša väčšiu účinnú plochu ako trubicové kolektory. Aj preto nie je o niečo vyššia teoretická účinnosť trubicových kolektorov, ktorú tak radi ich predajcovia vychvaľujú, zase až takou „výhrou“.

Pri dimenzovaní systému na ohrev vody na podporu vykurovania žiadne zaujímavé prebytky vo vykurovacom období nezostávajú.