Solárne čerpadlá sa stávajú čoraz populárnejšou alternatívou pre čerpanie vody v rôznych aplikáciách, od zavlažovania záhrad až po zásobovanie domácností. Vďaka využitiu slnečnej energie ponúkajú energetickú nezávislosť a nízke prevádzkové náklady. Tento článok sa zaoberá princípom fungovania solárnych čerpadiel, ich typmi a možnosťami využitia s dôrazom na systémy s batériami.
Princíp Fungovania Solárneho Čerpadla
Solárne čerpadlo na vodu je zariadenie, ktoré využíva energiu zo slnka na čerpanie vody z rôznych zdrojov, ako sú jazierka, nádrže, fontány alebo studne. Funguje na princípe premeny slnečného žiarenia na elektrickú energiu pomocou fotovoltických panelov, ktoré následne napájajú motor čerpadla. Toto riešenie je ideálne pre lokality bez prístupu k elektrickej sieti a je obľúbené pre svoju energetickú nezávislosť, jednoduchú inštaláciu a nízke prevádzkové náklady.
Fotovoltický Jav: Premena Svetla na Elektrinu
Fotovoltika je technológia, ktorá premieňa slnečnú energiu na elektrickú energiu. Tento proces sa deje vďaka fotovoltickým článkom, z ktorých sú zložené solárne panely. Celý fotovoltický systém funguje na princípe fotovoltického javu, ktorý pozostáva z niekoľkých krokov:
- Zachytenie slnečného svetla: Fotovoltické články obsahujú polovodičový materiál, napríklad kremík. Slnečné žiarenie dopadá na povrch bunky a absorbuje fotóny.
- Premena na elektrický prúd: Zachytené fotóny dodávajú energiu elektrónom vo vnútri polovodiča, čo spôsobuje, že sa niektoré elektróny uvoľňujú. Pohybujú sa po polovodiči a tým vytvárajú elektrický prúd.
- Usmernenie prúdu: Voľné elektróny sú zhromažďované a usmerňované vodičmi v bunke, čím vytvárajú elektrický obvod. Dochádza tak k premene jednosmerného prúdu na striedavý. Tento prúd sa následne používa na napájanie rôznych zariadení alebo nabíjanie batérií.
Komponenty Fotovoltického Systému
Na to, aby solárne čerpadlo efektívne fungovalo, potrebuje niekoľko kľúčových komponentov:
- Fotovoltické panely: Premieňajú slnečné svetlo na elektrickú energiu. Pri fotovoltických paneloch máte na výber z niekoľkých typov, pričom každý má svoje výhody a nevýhody.
- Monokryštalické fotovoltické panely: Ich články sú vyrezané z jedného kusu kremíka, preto majú jednotnú čiernu farbu. Fungujú dobre aj v prostrediach s vyššou teplotou a nižším prísunom slnečného svetla. Sú drahšie na výrobu, preto treba počítať s vyššími nákladmi.
- Polykryštalické fotovoltické panely: Ich články sa vyrábajú z kremíka, no z viacerých kryštálov. Menšie kusy kremíka tvoria jeden článok panelu, čo vedie k ich charakteristickej mozaikovej štruktúre a modrej farbe. Sú cenovo dostupnejšou alternatívou monokryštalických panelov, pretože ich výroba nie je tak zložitá.
- Tenkovrstvové fotovoltické panely: Majú články vyrobené z tenkých vrstiev kremíka alebo iných polovodičových materiálov. Sú ohybné, preto môžu byť použité aj v kombinácii s inými materiálmi, alebo ako prenosné solárne nabíjačky.
- CIGS fotovoltické panely: Môžu mať články vyrobené z rôznych prvkov ako meď, indium, gallium a selenid. Sú zložené z tenkých vrstiev týchto materiálov, vďaka čomu sú pružné.
- Organické fotovoltické panely: Tieto panely majú články vyrobené z organických polymérov a iných organických materiálov. Sú najflexibilnejšie a najlacnejšie, avšak majú nižšiu účinnosť a kratšiu životnosť ako iné typy panelov.
- Montážne konštrukcie: Slúžia na upevnenie fotovoltických panelov. Strechy sú najpopulárnejším miestom na montáž fotovoltiky, ale fungovať bude aj pri montáži priamo na stenu domu. Niekedy sa montuje aj na zem, no v tomto prípade už ide o veľkoplošné inštalácie, ktoré sa využívajú na výrobu solárnej energie vo veľkých množstvách.
- Invertor (striedač): Transformuje jednosmerný prúd, ktorý produkujú fotovoltické panely, na striedavý, ktorý je vhodný na použitie v domácnosti. Mal by byť umiestnený čo najbližšie k fotovoltickým panelom alebo k montážnej konštrukcii. Pri inštalácii máte na výber medzi centrálnymi a mikroinvertormi. Tie sú inštalované priamo na každom fotovoltickom paneli. Sú menšie a ľahšie na montáž, no môžu byť drahšie ako jeden centrálny invertor.
- Káblová súprava a ochranné prvky: Zahŕňa káble, konektory a iné súčasti potrebné na pripojenie fotovoltických panelov k invertoru a ďalším komponentom systému. Samozrejmosťou sú aj ochranné prvky ako prepäťové ochrany a ističe, ktoré chránia fotovoltiku pred poškodením.
- Monitorovací systém: Sleduje výkon fotovoltickej elektrárne a umožňuje monitorovať produkciu elektrickej energie. Niektoré monitorovacie systémy ponúkajú aj riadiace funkcie na optimalizáciu výkonu. Napríklad dokážu panely natočiť tak, aby čo najlepšie využili slnečné žiarenie počas celého dňa a zvýšili produkciu energie. Systém neustále monitoruje stav každého panelu a rozpozná, ak je niekde zatienený, znečistený alebo má poruchu.
- Batériový systém: Nie je nevyhnutný pre fungovanie solárneho čerpadla, ale umožňuje uchovávať nadbytočnú energiu na neskoršie použitie, napríklad počas noci alebo v obdobiach s nízkym slnečným žiarením.
Solárne Čerpadlá s Batériou: Energetická Nezávislosť a Spoľahlivosť
Pridanie batérie do solárneho čerpacieho systému prináša niekoľko výhod:
Prečítajte si tiež: Solárne systémy TÚV a problémy
- Nepretržitá prevádzka: Batéria umožňuje čerpadlu pracovať aj vtedy, keď nesvieti slnko, čím zabezpečuje nepretržité zásobovanie vodou.
- Stabilný výkon: Batéria vyrovnáva výkyvy vo výrobe energie zo solárnych panelov, čím zabezpečuje stabilný výkon čerpadla.
- Energetická nezávislosť: Systém s batériou minimalizuje závislosť od elektrickej siete a umožňuje využívať solárnu energiu aj v odľahlých lokalitách.
Typy Batérií pre Solárne Čerpadlá
Pre solárne čerpadlá sa najčastejšie používajú tieto typy batérií:
- Olovené batérie: Sú cenovo dostupnejšie, ale majú kratšiu životnosť a nižšiu účinnosť ako iné typy batérií.
- Lítiové batérie: Sú drahšie, ale majú dlhšiu životnosť, vyššiu účinnosť a sú ľahšie ako olovené batérie. Lítium-iónové batérie premieňajú elektrickú energiu na chemickú energiu v čase nabíjania. Počas procesu vybíjania sa batériový systém nikdy úplne nevybije. Existuje rozdiel medzi "nominálnou" a "využiteľnou" kapacitou. Rozdiel je v hĺbke vybitia.
Využitie Batériových Úložisk Solárnej Energie
Uskladanie solárnej energie ponúka veľkú výhodu, pretože je možné využívať vlastnú vyrobenú elektrickú energiu, keď je to potrebné. Fotovoltické batériové úložisko uchováva elektrickú energiu podobne ako nabíjateľná batéria, kým v domácnosti nevznikne spotreba. Fotovoltické meniče s batériovým úložiskom kompenzujú rozdiel medzi výrobou a spotrebou. To pomáha zvyšovať vlastnú spotrebu a znižuje náklady na energiu. Vyrobená elektrická energia sa môže využívať oveľa efektívnejšie. S lítium-iónovými LiFEPO4 batériami s vysokou účinnosťou a dlhou životnosťou je možné dosiahnuť životnosť až 20 rokov alebo garantovanú energetickú priepustnosť 9,6 MWh na 4 kWh batérie. V priemere môžete očakávať približne 250 plných cyklov za rok.
Typy Solárnych Čerpadiel
Existuje niekoľko typov solárnych čerpadiel, ktoré sa líšia konštrukciou a spôsobom použitia:
- Solárne čerpadlo do studne: Je určené na čerpanie vody z väčšej hĺbky, typicky z kopaných alebo vŕtaných studní. Využíva rovnaký princíp ako bežné solárne čerpadlá, no musí mať dostatočný výkon na prekonanie výškového rozdielu. Používa sa najmä v odľahlých lokalitách, kde nie je elektrina, a slúži na zásobovanie záhrady, domácnosti alebo hospodárskych zvierat vodou. Moderné solárne čerpadlá do studne sú často vybavené batériou a automatickým riadením, ktoré umožňuje efektívne využitie denného svetla.
- Obehové čerpadlo na solár: Je komponentom solárneho vykurovacieho systému, kde zabezpečuje cirkuláciu teplonosnej kvapaliny medzi solárnymi kolektormi a zásobníkom teplej vody. Je napájané elektrinou zo solárneho systému alebo z bežnej siete a musí byť schopné pracovať nepretržite v závislosti od aktuálnych podmienok. Tieto čerpadlá sú kľúčové pre správne fungovanie solárnych termických systémov, ktoré slúžia na ohrev vody alebo podporu vykurovania. Ich výhodou je vysoká účinnosť, nízka spotreba a možnosť automatického riadenia podľa teploty.
- Solárne čerpadlo do záhrady: Sa používa na zavlažovanie záhrady, napájanie fontán a jazierok.
Výber Správneho Solárneho Čerpadla
Pri výbere solárneho čerpadla je potrebné zvážiť niekoľko faktorov:
- Hĺbka a výdatnosť zdroja vody: Určuje potrebný výkon čerpadla.
- Denná spotreba vody: Pomáha určiť potrebnú kapacitu batérie.
- Miestne klimatické podmienky: Ovplyvňujú produkciu energie zo solárnych panelov.
- Typ aplikácie: Závisí od toho, či potrebujete čerpadlo do studne, na zavlažovanie alebo na iné účely.
Je dôležité, aby bol nový systém prispôsobený spotrebe domu, aby bol aj ekonomický. Na zabezpečenie využitia svojpomocne vyrobenej elektriny je vhodné si zaviesť ucelený/jednotný energetický systém. Energia z fotovoltického systému sa ukladá v batériovom úložisku a spotrebúva sa priamo v elektrických spotrebičoch, ako je napríklad tepelné čerpadlo. V prípade prebytku energie sa energia dočasne uloží do batérie a v prípade potreby sa opäť uvoľní. V plne elektrickom systéme sa energia vyrobená fotovoltickým systémom využíva na elektrické vykurovanie, ako je infračervené vykurovanie, podlahové vykurovanie alebo ohrev teplej vody. V prípade prebytku energie sa energia dočasne uskladní v batériovom úložisku.
Prečítajte si tiež: Solárna sprcha na oplachovanie nôh
Či už ide o nový alebo existujúci systém, všetko závisí od správnej veľkosti batériového systému na ukladanie energie. Batériové úložisko by malo mať dostatočnú kapacitu, aby mohlo domácnosť zásobovať solárnou elektrinou od večera do nasledujúceho rána. Kapacita závisí od dennej a ročnej spotreby elektrickej energie aj od výkonu existujúceho alebo plánovaného fotovoltického systému. Ak je batériový systém predimenzovaný, uskladní príliš veľa elektrickej energie bez toho, aby sa skutočne využila, čo zapríčiní vysoké dodatočné obstarávacie náklady. Naopak, ak je jednotka na skladovanie energie príliš malá, majitelia systému budú musieť nakupovať viac elektrickej energie, čo je podstatne drahšie ako vlastná výroba energie zo strechy.
Fotovoltika na Slovensku
Slovensko má veľmi vhodné podmienky na získavanie elektriny zo slnečného žiarenia, pretože celková doba slnečného svitu je na našom území približne 1600 hodín ročne.
Prečítajte si tiež: Solárne riešenia pre vykurovanie