V súčasnej dobe, keď sa kladie dôraz na energetickú efektívnosť a udržateľnosť, sa solárne termické systémy stávajú čoraz bežnejším riešením pre ohrev vody a podporu vykurovania v rôznych typoch budov. Využitie slnečnej energie prostredníctvom solárnych kolektorov predstavuje moderný, ekologický a ekonomicky výhodný spôsob, ako znížiť náklady na energie a prispieť k ochrane životného prostredia.
Úvod do solárnych termálnych systémov
Solárne termálne systémy umožňujú majiteľom domov efektívne využívať slnečnú energiu na ohrev teplej úžitkovej vody (TÚV) a podporu vykurovania. Tieto systémy sú ideálnym doplnkom vykurovacích systémov v obytných, komerčných aj obecných budovách. Vďaka využívaniu bezplatnej slnečnej energie je možné ušetriť značné finančné prostriedky a zároveň znížiť emisie CO2.
Princíp fungovania solárneho termálneho systému
Základný princíp solárneho termálneho systému je pomerne jednoduchý. Solárne kolektory zachytávajú slnečné žiarenie a premieňajú ho na tepelnú energiu. Táto energia sa následne prenáša do zásobníka, kde sa uchováva a neskôr využíva na ohrev vody alebo podporu vykurovania.
Hlavné komponenty solárneho termálneho systému
Solárny termálny systém sa skladá z niekoľkých kľúčových komponentov, ktoré zabezpečujú jeho efektívnu prevádzku:
- Solárne kolektory: Sú srdcom systému a ich hlavnou úlohou je zachytávať slnečné svetlo a premieňať ho na teplo.
- Solárny zásobník: Slúži na uchovávanie tepla získaného zo solárnych kolektorov.
- Solárny okruh: Zabezpečuje prenos tepla z kolektorov do domu.
- Solárne médium: Je teplonosná kvapalina (zmes vody a nemrznúcej zmesi), ktorá cirkuluje v solárnom okruhu a prenáša teplo.
Solárne kolektory: Srdce systému
Solárne kolektory sú kľúčovou súčasťou solárnych termálnych zariadení. Ich hlavnou úlohou je zachytávať slnečné svetlo a premieňať ho na teplo. Existujú dva hlavné typy solárnych kolektorov:
Prečítajte si tiež: Porovnanie plynových kotlov na splátky
Ploché kolektory
Ploché kolektory sa skladajú z tepelne izolovaného hliníkového rámu pokrytého vysoko priehľadným špeciálnym sklom. Toto sklo umožňuje preniknutie veľkej časti slnečného žiarenia do vnútra kolektora, kde dopadá na absorbér. Absorbér je povrchovo upravený tak, aby pohltil čo najviac slnečných lúčov a len minimum sa odrazilo späť do okolia. K absorbčnej vrstve je prichytené potrubie, cez ktoré prúdi teplonosná kvapalina. Pre minimalizáciu tepelných strát je kolektor uložený v tepelne izolovanom ráme. Ploché kolektory sú vybavené patentovaným vypínaním ThermProtect v závislosti od teploty.
Vákuové trubicové kolektory
Vákuové trubicové kolektory sa skladajú z jednotlivých trubíc, ktoré sú prepojené cez kolektor. Každá trubica obsahuje absorbér a teplonosné médium. Teplonosné médium sa počas ohrevu odparuje, kondenzuje na kolektore a odovzdáva slnečnú energiu solárnej kvapaline (solárnemu médiu). Vákuové trubicové kolektory dokážu lepšie zachytiť i tzv. difúzne žiarenie, oproti plochým kolektorom majú vyšší solárny zisk hlavne v chladnejšom období.
ThermProtect: Ochrana pred prehriatím
Solárne kolektory sú vybavené patentovaným vypínaním ThermProtect v závislosti od teploty. V prípade plochých kolektorov ThermProtect pozostáva zo špeciálneho absorpčného povlaku, ktorý mení svoje vlastnosti pri zmene teploty. Ak teplota kolektora stúpne nad bod vypnutia, zmena štruktúry kryštálov spôsobí, že sa vyžiari viac tepla. Teplota kolektora potom klesá a solárne kolektory už nie sú ohrozené prehriatím. Vo vákuových trubicových kolektoroch funguje vypnutie v závislosti od teploty prostredníctvom samoregulačnej tepelnej trubice. To zabraňuje kondenzácii média v tepelných trubiciach vždy, keď ich teplota stúpne nad 150 stupňov Celzia. Funkcia vypnutia závislá od teploty ThermProtect funguje bez ďalších komponentov.
Solárny zásobník: Uchovávanie energie
Ak je ponuka slnečnej energie väčšia ako potreba tepla v dome, solárny zásobník absorbuje energiu zo solárneho systému pred jej neskorším uvoľnením pre spotrebiteľov. To pomáha zabezpečiť, aby sa v dome využilo čo najviac solárneho tepla. Typ použitého zásobníka energie závisí od funkcie solárneho tepelného systému.
Zásobník teplej úžitkovej vody
Používa sa, ak sa systém používa na ohrev teplej úžitkovej vody. Zásobníky teplej vody sa plnia teplou vodou a sú vybavené dvoma špirálovými výmenníkmi tepla. Spodný výmenník tepla vedie horúce solárne médium cez zásobník, zatiaľ čo horný výmenník tepla je pripojený ku kotlu. Ak výkon solárneho systému nepostačuje na dosiahnutie požadovanej teploty teplej vody, riadiaca jednotka aktivuje druhý generátor tepla. Pre solárny ohrev teplej vody sa spravidla používa bivalentný zásobník TÚV, ktorý má v sebe integrované dva výmenníky tepla (špirály). Prvý výmenník zabezpečuje prenos tepla zo solárnej zmesi do TÚV.
Prečítajte si tiež: Kondenzačný kotol Viessmann Vitodens 100-W
Zásobník vykurovacej vody
Používa sa, ak je solárny tepelný systém navrhnutý tak, aby fungoval ako záloha ústredného kúrenia. Zásobník vykurovacej vody sa naplní vykurovacou vodou, ktorá sa ohrieva solárnym teplom prostredníctvom výmenníka tepla.
Solárny okruh: Prenos tepla
Solárny okruh zabezpečuje, aby sa teplo z kolektorov dostalo do domu. Spája komponenty systému a je naplnený solárnym médiom (zmesou vody a nemrznúcej zmesi). Médium sa ohrieva v solárnych kolektoroch a čerpadlom sa čerpá do zásobníka. Tu médium uvoľňuje tepelnú energiu, zohrieva zásobník a ochladzuje sa.
Inštalácia a umiestnenie solárnych kolektorov
Pre dosiahnutie maximálneho úžitku zo slnečnej energie je dôležité správne umiestnenie a inštalácia solárnych kolektorov.
- Umiestnenie: Solárne kolektory by mali byť inštalované na mieste, kde budú vystavené slnečnému žiareniu po celý deň, najčastejšie na streche. Konštrukcia musí byť dostatočne pevná a odolná voči poveternostným vplyvom (vetru, krupobitiu, snehu). Solárny kolektor by mal stáť čo najbližšie k miestu spotreby tepla, aby sa minimalizovali tepelné straty v rozvodnom potrubí.
- Orientácia: Na dosiahnutie čo najvyššej účinnosti by mali byť kolektory otočené na juh, s odchýlkou do 30°. Pri predimenzovaní kolektorov ich môžete orientovať aj na východ alebo západ. Aj pri odchýlke od južného smeru do 45 °na východ alebo na západ strácame len okolo 5 % slnečnej energie, preto aj takéto inštalácie sú vhodné.
- Sklon: Sklon kolektorov by mal byť v rozsahu 25 - 60°, max. 25 - 70°. Pri ohreve pitnej vody je vhodný sklon solárneho kolektora približne 30° až 35° od vodorovnej plochy, aby sme využili najviac letné slnko. Vo väčšine prípadov by sa kolektory nemali orientovať výlučne na zimné podmienky, pretože v zime bude naša teplá úžitková voda (TÚV) aj tak ohrievaná hlavným zdrojom tepla (kotol, tepelné čerpadlo atď.). Zdá sa, že optimálnym riešením je nastavenie kolektorov na približne 40°. V lete je optimálny uhol sklonu kolektora na streche približne 30°. V zime je optimálny uhol sklonu solárnych panelov okolo 60°. To tiež zabezpečí, že kolektory sa budú v zime lepšie čistiť od snehu, ak napadne.
Výhody solárnych termálnych systémov
- Úspora nákladov na energiu: Správne navrhnutý a nainštalovaný systém solárnych kolektorov vám dokáže vďaka bezplatnej energii získavanej zo slnka ušetriť až 70 % nákladov na ohrev teplej úžitkovej vody a nemalú časť nákladov na vykurovanie. Už pri inštalácii dvoch solárnych kolektorov môžete pokryť náklady na ohrev vody v ročnom priemere do výšky 60 percent.
- Ochrana životného prostredia: Inštaláciou solárneho tepelného systému preukážete svoj záväzok chrániť životné prostredie tým, že trvalo znížite emisie CO₂.
- Zvýšenie hodnoty nehnuteľnosti: Solárny termálny systém zvyšuje hodnotu vašej nehnuteľnosti.
- Dlhá životnosť: Solárne systémy na ohrev vody majú pomerne dlhú životnosť, v závislosti od výrobcu by mali fungovať dokonca viac ako 20-25 rokov.
Fotovoltaický ohrev vody ako alternatíva
Alternatívou k solárnym kolektorom je fotovoltaický ohrev vody. Tento systém využíva fotovoltaické panely na výrobu elektrickej energie, ktorá sa následne používa na ohrev vody v bojleri alebo akumulačnej nádrži. Fotovoltaický ohrev vody je jednoduchším riešením ako solárne kolektory, pričom komponenty sú vybrané tak, aby bez problémov spolupracovali. Tieto systémy pracujú mimo rozvodnej siete.
Komponenty fotovoltaického ohrevu vody
Zostavy sa najčastejšie skladajú z fotovoltaických panelov, špeciálneho meniča a príslušenstva v podobe fotovoltaických káblov. Menič umožňuje prepínanie medzi fotovoltaickým ohrevom a ohrevom z 230 V siete. Niektoré modely majú vstavané prepínacie relé, ochrany a WiFi pripojenie, takže ich môžete ovládať na diaľku cez smartfón.
Prečítajte si tiež: Návod na nastavenie kotla Ferroli
Inštalácia a bezpečnosť fotovoltaického ohrevu vody
Fotovoltaický ohrev vody je vyhradené technické zariadenie. Inštalovať ho môže iba kvalifikovaný elektrotechnik s osvedčením podľa vyhlášky 508/2009 Z. z. Na fotovoltaických paneloch môže byť napätie vyše 200 či 300 V jednosmerných, pričom jednosmerný prúd vytvára pri poruche omnoho nebezpečnejší elektrický oblúk ako striedavých 230 či 400 V.
Výhody fotovoltaického ohrevu vody
- Nižšia cena: Fotovoltaické sety na ohrev vody sú lacnejšie oproti teplovodným slnečným kolektorom.
- Jednoduchšia montáž a údržba: Montáž a údržba fotovoltaického ohrevu vody je jednoduchšia ako pri solárnych kolektoroch.
- Flexibilita: Fotovoltaický ohrev vody sa dá použiť aj na iné ohrievače a tepelné spotrebiče.
Bivalentné vykurovanie: Kombinácia solárneho systému a kondenzačného kotla
Jedným z najpoužívanejších a cenovo najdostupnejších riešení je kombinácia solárneho systému s moderným kondenzačným kotlom. Ak ide o používanie dvoch rôznych zdrojov tepla, hovoríme o tzv. bivalentnom systéme.
Princíp fungovania bivalentného systému
Súčasťou modernej bivalentnej zostavy je kondenzačný plynový kotol, solárny zásobník vody a slnečné kolektory. Úlohou kondenzačného kotla v bivalentnej zostave je vykurovanie a tzv. doohrev vody v solárnom zásobníku pri nedostatku slnečného žiarenia. V čase dostatočného slnečného žiarenia sa voda v solárnom zásobníku zohreje na požadovanú teplotu a plynový kotol sa nemusí zapínať. Používajú sa tzv. bivalentné zásobníky teplej vody, ktoré sú vybavené dvomi výmenníkmi tepla, čo umožňuje ľahké pripojenie k solárnemu systému aj ku kondenzačnému kotlu.
Výhody bivalentného vykurovania
- Úspora nákladov: Kombinácia solárneho systému a plynového kondenzačného kotla nám môže v konečnom dôsledku ušetriť aj viac ako 40 % nákladov na vykurovanie a ohrev úžitkovej vody.
- Ochrana životného prostredia: Využívaním obnoviteľných zdrojov energie chránime životné prostredie.
Ako si vybrať správny solárny systém?
Pri výbere solárneho systému je dôležité zvážiť niekoľko faktorov:
- Účel využitia: Potrebujete solárny systém na ohrev teplej úžitkovej vody, podporu vykurovania alebo ohrev vody v bazéne?
- Veľkosť domácnosti: Pre 4-5 člennú rodinu by mali postačovať kolektory s plochou do 4.0 m2.
- Miestne klimatické podmienky: Intenzita slnečného žiarenia na našom území dosahuje v porovnaní s inými krajinami stredné hodnoty.
- Orientácia a sklon strechy: Ideálna orientácia strechy je na juh so sklonom 45°, avšak smerovanie na juhovýchod či až juhozápad a sklon strechy v rozpätí 30 - 60° sú plne postačujúce.
- Rozpočet: Cena solárneho systému sa môže pohybovať od 2 000 € do 4 000 €.
- Dostupnosť dotácií: Na inštaláciu solárnych systémov je možné získať dotácie z eurofondov.
Dôležité rady pri výbere a inštalácii solárneho systému
- Poraďte sa s odborníkmi: Pri návrhu a montáži solárneho zariadenia sa zverte skúsenej projektovej firme, ktorá poskytne investorovi záruku spoľahlivosti.
- Zvoľte si kvalitné zariadenia: Uprednostnite solárne kolektory od renomovaných výrobcov, ktoré spĺňajú európske normy a majú certifikát Solar Keymark.
- Nadimenzujte systém podľa spotreby tepla: Solárny systém je vhodné dimenzovať podľa najvyššej reálnej spotreby tepla používateľom, v období s najvyššou intenzitou slnečného žiarenia, tzn. v lete.
- Zabezpečte odvádzanie prebytočného tepla: Ak sa v snahe získať čo najviac tepla v prechodných obdobiach solárny systém tzv. predimenzuje, je dôležité mať možnosť v najslnečnejších obdobiach niekam odvádzať prebytočné nespotrebované teplo, aby nedochádzalo k prehrievaniu solárneho systému a TÚV. Na to sa ideálnym variantom javí napr. prepojenie s ohrevom bazéna.
- Zvážte kombináciu s inými zdrojmi tepla: Často sa využíva kombinácia s inými zdrojmi tepla, ako sú plynové kotly, kotly na drevo, krbové vložky či tepelné čerpadlá.