Slnečné kolenktory

Využitie slnečnej energie je tiež jednou z ciest ako dostať dom do nízkoenergetického či pasívneho štandardu. Solárny systém aktívne využíva slnečnú energiu a transformuje ju na tepelnú energiu. Kolektor, spojovacie potrubie a spotrebič tvoria základ solárneho zariadenia. Pod spotrebičom rozumieme bojler, bazén, vykurovací systém alebo iný spôsob využitia tepelnej energie.

Najčastejšie sa používajú na tieto účely:

• príprava teplej úžitkovej vody (TÚV),
• prikurovanie budov,
• ohrev vody v bazénoch,
• priemyselné teplo.

Nerovnomernosť dodávky slnečnej energie sa najmä v okrajových mesiacoch roka eliminuje prídavným výmenníkom tepla, ktorý je pripojený na kotol ústredného vykurovania alebo elektrickou odporovou špirálou, prípadne obidvoma spôsobmi súčasne.

Príprava teplej úžitkovej vody

Ekonomicky prijateľným spôsobom môžeme slnečnými kolektormi v ročnom priemere ušetriť 50 až 70 % energie potrebnej na prípravu TÚV. Podiel solárnej energie samozrejme možno aj zvýšiť, ale potom investičné náklady na jednotku získaného tepla rastú exponenciálnym spôsobom. Solárne teplo na prípravu teplej úžitkovej vody je možné výhodne využívať všade tam kde veľká spotreba teplej vody ako napríklad v zariadeniach cestovného ruchu, práčovniach, čistiarňach, na poľnohospodárskych farmách a podobne.

Prikurovanie budov

Treba zdôrazniť, že ekonomicky zmysluplne sa solárnym zariadením nedá zabezpečiť 100 % pokrytie energetických potrieb rodinného domu na jeho vykurovanie. Solárne prikurovanie môže kryť približne 15 až 30 % ročných energetických potrieb dobre izolovanej a nízkoteplotným vykurovacím systémom ( podlahové, stenové alebo stropné vykurovanie) vybaveného objektu.

Ohrev vody v bazénoch

Pri využívaní solárnej energie sa stretávame s istým energetickým paradoxom. Najmenšia intenzita slnečného žiarenia nastáva v zimnom období, v čase - kedy potrebujeme najviac tepla, v letnom období je tomu presne naopak. Využitie tohto tepla sa najčastejšie rieši ohrevom vody v bazénoch, čím sa kúpanie v ňom stáva príjemnejšie a predĺži sa tak kúpacia sezóna.

Priemyselné teplo

V priemysle je to hlavne v oblastiach, kde sa využíva teplo do 100°C ako napríklad pivovary, konzervárne, cukrovary a podobne. V najbližších rokoch sa dá očakávať rast jeho významu v oblastiach solárneho chladenia a odsoľovania morskej vody.

Príprava teplej úžitkovej vody

Z hľadiska investičných nákladov sa ako optimálne riešenie javí pre celoročnú prípravu TÚV použiť ploché slnečné kolektory so selektívnou konverznou vrstvou. V prípade solárneho prikurovania budov alebo ohrevu bazénovej vody aj v zimnom období majú svoje opodstatnenie aj drahšie vákuové kolektory.

Významnejší výrobcovia slnečných kolektorov ponúkajú už dnes záujemcom na prípravu TÚV ucelené zostavy. Podľa požadovaného množstva TÚV sa dá z tabuliek určiť optimálna veľkosť solárneho zásobníka ako aj ostatné príslušenstvo. Napriek tomu je žiadúce zveriť návrh a montáž aj tohto typu solárneho zariadenia skúsenej montážnej firme, ktorá poskytne investorovi záruky na funkčnosť a prevádzkovú spoľahlivosť celého solárneho systému. Naviac pomôžu investorovi nájsť optimálne umiestnenie kolektorov tak, aby sa zabezpečil nielen ich maximálny výkon, ale aj aby vhodne doplnili architektúru celej stavby.

Najjednoduchšie sa navrhujú solárne zariadenia na prípravu TÚV. Vychádza sa z toho, že spotreba TÚV je počas celého roka konštantná a plocha slnečných kolektorov sa približne dimenzuje na pokrytie plánovaných potrieb TÚV v letnom polroku. Ekonomicky prijateľným spôsobom môžeme slnečnými kolektormi v ročnom priemere ušetriť 50 až 70 % energie potrebnej na prípravu TÚV. Podiel solárnej energie je samozrejme možné aj zvýšiť ale potom investičné náklady za jednotku získaného tepla rastú exponenciálnym spôsobom. Chýbajúca časť solárneho príkonu v okrajových mesiacoch roka sa zabezpečí ďaľším výmenníkom tepla napájaným z ústredného kúrenia alebo elektrickou odporovou špirálou, prípadne oboma súčasne. V spodnej časti solárneho zásobníka je umiestnený výmenník spojený so slnečnými kolektormi, ktorý aj v obdobiach nízkej intenzity slnečného žiarenia zabezpečí aspoň predohrev TÚV a tak znižuje energetickú spotrebu doplnkového energetického zdroja.

Príprava teplej úžitkovej vody a prikurovanie

V poslednej dobe rastie počet investorov, ktorí majú záujem aj o solárne vykurovanie budov.Je treba zdôrazniť, že ekonomicky zmysluplným spôsobom sa dá zabezpečiť iba čiastočné pokrytie potrieb domu na jeho vykurovanie. Je to preto, že v období najnižšej intenzity slnečného žiarenia je najväčšia spotreba tepla na vykurovanie stavebných objektov. Avšak vhodne navrhnutým solárnym zariadením je možné ekonomicky zaujímavým spôsobom využiť solárne prikurovanie objektu v jarných a jesenných mesiacoch roka.

Veľkosť kolektorového pola a teda aj jeho výkon musí byť v tomto prípade podstatne väčší ako v prípade prípravy iba TÚV (viď predchádzajúci obrázok). Napriek tomu aj v prípade väčšej inštalovanej plochy kolektorov je potrebný doohrev TÚV v zime, pretože nízka intenzita slnečného žiarenia a nízke teploty okolia nám ani pri veľkom solárnom zariadení nemusia zaistiť potrebné množstvo TÚV o požadovanej teplote (TÚV je napr. nepoužiteľná, ak mám 1000 l teplej vody ohriatej na 30° C, ale potrebujem 100 l vody o teplote 55° C). Šikmo šrafované plochy v okrajových mesiacoch roka pod čiarou teda predstavujú množstvo tepla, ktoré nám musí poskytnúť iný energetický zdroj aj pri príprave TÚV.

Solárne prikurovanie môže pozitívne ovplyvniť nízkoteplotný vykurovací systém podlahového alebo stenového kúrenia. Ak teplota vykurovacej vody na spiatočke z klasických rádiátorov sa pohybuje medzi 40 až 60° C, zo stenového alebo podlahového vykurovacieho systému môže byť pri porovnateľnom tepelnom výkone 25 až 30° C. Je samozrejmé, že slnečné kolektory môžu potom v zimnom období pracovať pri nižších stredných teplotách a teda menších tepelných stratách a využívať tak efektívnejšie aj nízke intenzity slnečného žiarenia.

Na kúrenie nám zostáva množstvo tepla ohraničené krivkami (vodorovne šrafované plochy), hlavne v jarných a jesenných mesiacoch roka. Na druhej strane, máme relatívne veľký prebytok tepla v letnom období (kolmo šrafovaná plocha).

Tento technický problém sa rieši optimalizáciou kolektorového poľa tzv. kombi - zásobníkmi tepla.Sú to vertikálne nádrže obvykle o objeme 500 až 1000 l. Sú často konštruované tak, že dochádza v nich po výške k stratifikácii (vrstveniu) tepla získaného zo solárneho zariadenia. V hornej polovičke nádrže je obvykle umiestnený doohrev z kotla ústredného kúrenia, elektrický doohrev prípadne oboje.

V najvyššom a teda aj najteplejšom mieste sa odoberá teplá voda do výmenníka, kde sa protiprúdnym spôsobom ohrieva TÚV. Príslušné obehové čerpadlo sa spúšťa v dobe odberu TÚV.

Z nižšieho horizontu zásobníka sa odoberá teplá voda do vykurovacieho systému domu. Sú známe aj iné konštrukčné vyhotovenia kombi-zásobníkov tepla, avšak spôsobom ich činnosti sa príliš nelíšia.

Problém solárneho prikurovania a veľkých prebytkov tepla v lete možno efektívne riešiť ohrevom vody v bazéne, čím sa kúpanie v ňom stane príjemnejšie a predĺži sa kúpacia sezóna.

Samozrejme sú aj iné spôsoby využitia letných prebytkov solárneho tepla a to hlavne dlhodobou akumuláciou tepla a solárnym chladením, ale tieto možnosti sú už investične veľmi náročné. Najlepším riešením je optimalizovať veľkosť solárneho systému ( kolektorovej plochy ) tak, aby jednotková cena získaného solárneho tepla bola ekonomicky akceptovateľná.

zdroj www.kolektory.sk