preskočiť na hlavný obsah

Slnečné kolektory

/up/images/featured/images/Slnecne_kolektory_0.png

Využitie slnečnej energie ako jedného z obnoviteľných zdrojov energie (OZE) sa teší čoraz väčšiemu záujmu politikov, environmentalistov i obyvateľstva. Aj v súčasnej dobe, keď iné priemyselné odvetvia zaznamenávajú výrazný pokles, európski výrobcovia slnečných kolektorov nemusia zatiaľ svoju produkciu výraznejšie obmedzovať...

Medzi najčastejšie používané spôsoby využitia slnečnej energie patria slnečné termické kolektory, ktoré môžeme deliť podľa rôznych kritérií a vyskytujú sa v najrozličnejších konštrukčných obmenách. Najväčšia časť solárnych systémov sa využíva na ohrev teplej úžitkovej vody, prevádzkovo sú veľmi zaujímavé ohrevy bazénov a za určitých podmienok je ich možné využívať aj na podporu vykurovania.

Základné typy a spôsoby ich použitia

Nekrytý (najčastejšie plastový absorbér) - používa sa na neveľké zvýšenie teploty, najmä na sezónny ohrev vody v exteriérových bazénoch. Najrozšírenejšie sú v USA. Snahy o ich využitie na ohrev TÚV sa v našich klimatických podmienkach nestretávajú s úspechom, pretože ich účinnosť prudko klesá so stúpajúcou teplotou.

Plochý neselektívny kolektor s jednoduchým zasklením - tento typ kolektorov sa intenzívne používa predovšetkým v krajinách s vysokou intenzitou slnečného žiarenia, napr. v Grécku, Egypte, na Cypre. S klesajúcou intenzitou slnečného žiarenia a nižšou vonkajšou teplotou jeho účinnosť rýchlo klesá, preto je v našich podmienkach použiteľný predovšetkým na sezónny ohrev TÚV a bazénov v letnom období.

Plochý selektívny kolektor s jednoduchým zasklením - v našich klimatických podmienkach je to najčastejšie používaný typ. Aplikuje sa v systémoch na prípravu TÚV, ohrev bazénov, ale aj na podporu vykurovania. Ročný energetický zisk sa pohybuje zväčša na úrovni 300÷500 kWh/m2, v optimálnych podmienkach aj výrazne viac. Vo väčšine aplikácií dosahuje najnižšie merné investičné náklady a vyznačuje sa dlhou životnosťou. Nie je zriedkavosťou, že kvalitné kolektory tohto typu majú praxou overenú životnosť presahujúcu 30 rokov.

Plochý vákuový kolektor - jeho veľkou prednosťou je, že v sebe kombinuje prednosti plochých kolektorov a vákua ako tepelnej izolácie. Je vhodný najmä na aplikácie, kde treba dosahovať relatívne vysoké pracovné teploty pri nepriaznivých meteorologických podmienkach, najmä na celoročný ohrev interiérových bazénov, podporu vykurovania a technologické účely. Jeho prednosťou oproti rúrovým vákuovým kolektorom je obvykle vyšší energetický zisk v zime (výrazne kratšia doba pokrytia povrchu snehom a námrazou), neporovnateľne väčšia odolnosť voči mechanickému poškodeniu snehom, ľadovcom ako aj jednoduchšia integrácia do strešných krytín a fasád budov.

Rúrový vákuový kolektor - vďaka hlbokému vákuu (rádovo 10-2 Pa), ktoré tvorí tepelnú izoláciu absorbčnej plochy v sklenej trubici, má tento typ kolektorov najplochejšiu účinnostnú krivku. V dôsledku zakrivenia trubice má v súlade s fyzikálnymi zákonmi menšiu optickú účinnosť, ale pri zvyšujúcom sa rozdiele medzi teplotou absorbéra a okolitého vzduchu klesá jeho účinnosť najpomalšie. Nevýhodou je vo väčšine výrazne vyššia cena za jednotku získaného tepla. Vyššia cena je v prípade kvalitných výrobkov čiastočne vykompenzovaná vyššími úžitkovými vlastnosťami a dlhoročnou stabilitou parametrov. Toto nemusí platiť pri použití lacnejších čínskych výrobkov. Práve vákuum zabezpečuje ochranu absorbéra pred negatívnymi vplyvmi okolitého prostredia. V európskych podmienkach tvoria rúrové vákuové kolektory približne 10 % z celkovej inštalovanej plochy. Ich najväčším svetovým výrobcom je Čína, kde tvoria viac ako 80 % všetkých inštalácií.

Aký typ kolektora použiť na aký účel?
- Na sezónny ohrev vonkajších bazénov stačí obvykle nekrytý plastový absorbér.
- Na letný ohrev TÚV v našich klimatických podmienkach je možné vystačiť aj s plochými neselektívnymi kolektormi.
- Na celoročný ohrev TÚV, pre kombinované systémy s ohrevom vonkajších bazénov a na podporu vykurovania sú potrebné selektívne kolektory.
- Pre interiérové bazény, na podporu vykurovania v energeticky úsporných domoch a výrobu technologického tepla sú vhodné vákuové kolektory (ploché, rúrové).

Všeobecné predpoklady a podmienky inštalácie slnečných kolektorov


Na to, aby sa dosiahli očakávania investora, treba okrem vhodne zvolenej solárnej techniky zohľadniť a splniť aj niektoré všeobecné alebo špecifické predpoklady a podmienky na ich inštaláciu a prevádzku. Uvedieme aspoň tie najdôležitejšie:
- kolektory treba inštalovať na miesta, ktoré nie sú zatienené okolitou zástavbou, vegetáciou alebo inými prírodnými prekážkami,
- najvhodnejšia je orientácia slnečných kolektorov na juh, pričom napr. odklon 45 na západ zníži ročný energetický zisk iba o cca 5 % , taký istý odklon na východ o 8%,
- sklon kolektorov voči horizontálnej rovine sa volí v rozpätí 30 až 60 , pri menšom uhle sa zvyšuje letný výkon a pri väčšom zasa zimný zisk (treba však mať na zreteli, že v zimnom polroku dopadne na kolektory iba približne štvrtina celoročného prísunu slnečnej radiácie!),
- v záujme čo najväčšieho solárneho zisku nie je vhodné usilovať sa o dosiahnutie vysokých teplôt spotrebičov, pretože čím je teplota spotrebiča nižšia, tým viac energie sa dá z kolektorov získať,
- v našich klimatických podmienkach sú systémy s nútenou cirkuláciou teplonosnej kvapaliny jednoznačne vhodnejšie, ich ročný energetický zisk oproti gravitačným systémom môže byť o 20 až 25 % vyšší,
- teplonosná kvapalina musí odolávať teplotám až do -30 C a nesmie agresívne vplývať na prvky primárneho okruhu,
- z ekonomického hľadiska je výhodnejšie plochu kolektorov mierne poddimenzovať ako naopak, pretože väčšinou je v objekte ďalší zdroj energie slúžiaci na doohrev,
- praxou overená fyzická životnosť kvalitných kolektorov je 25 až 30 rokov, čomu by mala zodpovedať aj životnosť strechy či iného podkladu, na ktorý sa kolektory upevňujú,
- inštalácia solárneho systému je najjednoduchšia a najlacnejšia vtedy, keď sa s ňou ráta už v projekte stavby alebo keď sa počas výstavby urobí aspoň základná príprava na jej prípadnú dodatočnú realizáciu.

Základné pravidlá súvisiace s jednotlivými spôsobmi využitia slnečných termických kolektorov

Príprava TÚV


- je nevyhnutné používať špeciálne solárne vertikálne bojlery s výrazne väčšou teplovýmennou plochou,
- v rodinných domoch počítame s plochou 1,2 až 1,5 m2 kolektorovej plochy na jedného obyvateľa, pričom na jeden meter štvorcový kolektora pripadá 50 až 60 l objemu bojlera,
- ekonomické optimum pri krytí ročných energetických potrieb na TÚV je na úrovni 50 ÷ 60 %,
- z hľadiska účinnosti a celkového zisku je optimálne nastaviť požadovanú teplotu vody na 50 ÷ 55 C.

Ohrev bazénov

- na ohrev vonkajších nekrytých bazénov treba inštalovať kolektory s plochou rovnajúcou sa 40-60% plochy bazéna,
- v prípade interiérových bazénov bez priameho dopadu slnka sa plocha kolektorov rovná 80 až 100 % plochy hladiny, pretože tieto bazény nemajú priame zisky a všetku energiu im treba dodať ohrevom,
- bazény pod transparentnými krytmi samy osebe fungujú ako kolektory, preto je použitie slnečných kolektorov v tomto prípade problematické,
- v záujme spoľahlivosti a úspory elektrickej energie je žiaduce vybudovať samostatný cirkulačný okruh bazénovej vody cez solárny výmenník so samostatným čerpadlom, nevyužívať na to okruh s filtrom,
- programovo treba zabezpečiť, aby nebol povolený prípadný doohrev z iného zdroja (kotol ÚK, el. energia) v čase, keď sú v činnosti kolektory,
- bazénová voda sa môže prečerpávať priamo iba cez plastové absorbéry, v prípade kovových kolektorov je nutná inštalácia vhodného (protiprúdového) výmenníka, ktorý odoláva koróznym účinkom bazénovej vody,
- potrebnú kolektorovú plochu možno znížiť o 20 až 30 % dôsledným používaním prekrytia hladiny bazéna v čase mimo prevádzky napr. solárnou plachtou, roletami apod.

Podpora vykurovania

- na solárnu podporu vykurovania sú vhodné iba objekty s veľmi dobrými tepelnoizolačnými parametrami a nízkoteplotným vykurovacím systémom (stenové, podlahové, teplovzdušné alebo výrazne predimenzované konvekčné vykurovanie),
- najjednoduchším a najlacnejším riešením je predohrev spiatočky pred jej vstupom do kotla alebo rozdeľovača,
- aby bol prínos kolektorov pre ÚK citeľný, nestačia tri či štyri kolektory, ale treba ich výrazne viac, čo vyvoláva otázku racionálneho využitia letných tepelných ziskov - zmysluplným riešením je napríklad kombinácia s letným ohrevom vonkajšieho bazéna,
- pre tieto systémy je vhodný väčší uhol sklonu kolektorov, napr. 60 ,
- v rekreačných objektoch so sporadickým využívaním možno napojiť vykurovací systém priamo na kolektory bez výmenníka (nemrznúca kvapalina bude nielen v kolektoroch, ale aj v celom systéme),
- v ostatných rokoch sa presadzujú schémy zapojenia s centrálnym zásobníkom tepla dostatočného objemu, do ktorého vstupujú okrem kolektorov aj ďalšie zdroje tepla (kozub s teplovodným výmenníkom, kotol na pevné palivo, tepelné čerpadlo, elektroohrev) a napájajú sa z neho všetky spotrebiče.

Miesto inštalácie slnečných kolektorov

V závislosti od účelu využitia a s ním súvisiaceho typu a počtu slnečných kolektorov treba obvykle riešiť i otázku ich vhodného umiestnenia. Pri tom treba zohľadniť dva aspekty - technologický a architektonický. Vo všeobecnosti možno povedať, že technicky možno upevniť kolektory takmer na všetky druhy sedlových, pultových, valbových či plochých striech s rozličnými krytinami. Okrem strechy, ktorá je zvyčajne najvhodnejším miestom na umiestnenie kolektorov, ich možno upevniť na fasádu, balkón, ako prekrytie odstavnej plochy pre automobily, na ploty, vhodne orientované svahy alebo aj rovný terén. V prípade viacposchodových panelových domov sa okrem umiestnenia na rovnú strechu ponúka i možnosť zvislého upevnenia na južnú fasádu. Pri takomto riešení sa síce získa menej tepla v lete, ale o to lepšie sú podmienky v zimnom polroku. Upevnenie kolektorov na fasádu je vhodné aj pri nedostatočnej ploche strechy na umiestnenie potrebného počtu kolektorov pri viac ako štvorpodlažných obytných budovách.

V porovnaní s pálenou a betónovou strešnou krytinou je hmotnosť kolektorov pripadajúca na 1 m2 výrazne menšia. Ani v prípade ľahkých strešných krytín nie je hmotnosť kolektorov zásadnou komplikáciou, pretože je stále podstatne nižšia ako výpočtová záťaž od snehu.

Dôležitejšia je otázka fixovania kolektorov proti účinkom vetra, najmä pri inštalácii na rovných strechách a na rovnom teréne. V závislosti od výšky kolektorov nad terénom môže ísť o stovky kilogramov záťaže.

Predpokladané náklady na inštaláciu slnečných kolektorov


Cena samotných kolektorov nie je zvyčajne tou najväčšou položkou. Najmä v prípade menších solárnych zariadení na prípravu TÚV tvorí cena kolektorov okolo 30÷40 % z celkovej ceny zariadenia na kľúč. Od apríla t. r. máme aj na Slovensku program na podporu aktívneho využívania slnečnej energie. Podľa navrhovanej zmeny od 20. 7. 2009 získa občan na 8 m2 absorbčnej plochy kolektorov 200 €/m2 a na plochu presahujúcu túto hodnotu 100€/m2. Majiteľa rodinného domu, v ktorom býva 4- až 5-členná rodina, tak po získaní tejto dotácie a mimoriadnej zľavy výrobcu vyjde solárny systém z ponuky spoločnosti THERMO/SOLAR Žiar 2 852 €.

Tento systém pozostáva z 3 Kolektorov TS 300, 300-litrového bojlera a všetkých ostatných potrebných komponentov. Uvedená cena je konečná, zahŕňa štandardnú montáž i DPH. Čím je systém väčší, tým sú nižšie merné investičné náklady na jednotku získaného tepla. Ročné prevádzkové náklady tvoria menej ako 0,5 % investičných nákladov a zahŕňajú výdavky na elektrickú energiu na pohon čerpadiel, revízie, výmenu teplonosnej kvapaliny a bežnú údržbu.

Mimoriadne priaznivé ekonomické ukazovatele dosahujú solárne systémy na ohrev bazénov. Ekonomické hodnotenie vždy závisí od druhu energie, ktorú kolektormi nahradíme, od účelu použitia a od požadovaných parametrov. Vo všeobecnosti sa dá očakávať prostá návratnosť vložených prostriedkov v prípade malých solárnych zariadení na prípravu TÚV v rodinných domoch na úrovni ôsmich až desiatich rokov.

Pri ohreve bazénov je táto doba výrazne kratšia. Pri predpokladanej životnosti 30 rokov sa dokonca aj pri konštantných cenách energií majiteľovi investičné náklady vrátia približne trikrát. A dnes už sotvakto pochybuje, že ceny energií v dlhodobom horizonte budú iba rásť. Návratnosť, a tým aj ekonomickú zaujímavosť solárnych systémov môže ovplyvňovať štát svojou dotačnou a daňovou politikou.

Ekologické aspekty využitia slnečných kolektorov

Náhradou fosílnych palív aktívnym využitím slnečnej energie sa redukujú najmä emisie CO2, ktorý sa podľa dnešného poznania podstatnou mierou podieľa na globálnom otepľovaní Zeme. V súčasnosti jeho emisie presahujú 30 mld. ton za rok (z toho 75 % v dôsledku spaľovania uhlia, ropy a zemného plynu a 20 % z lesných požiarov). Ešte v roku 1900 sa z energetickej činnosti ľudstva dostávalo do ovzdušia iba 2 mld. ton CO2 za rok. Od roku 1990 sa zvýšila priemerná globálna teplota o 0,7 oC, následkom čoho stúpli hladiny morí o 10 až 25 cm. Na odvrátenie tohto nepriaznivého vývoja treba zabezpečiť zníženie emisií CO2 tak, aby celkový nárast teploty pri maximálnej rýchlosti 0,2 oC za desať rokov neprevýšil 2 oC. V súčasnosti môžeme na dosiahnutie tohto cieľa využiť:
- nahradenie fosílnych palív obnoviteľnými zdrojmi energie,
- zvyšovanie energetickej účinnosti,
- dlhodobé uskladnenie CO2 do vhodných geologických formácií.

Práve pri realizácii prvej možnosti zohrajú významnú úlohu slnečné kolektory. Kolektor s plochou okolo 2 m2 vyrobí v našich podmienkach približne 1 000 kWh tepelnej energie. V porovnaní so spaľovaním hnedého uhlia sa znížia emisie CO2 do ovzdušia o približne 400 kg.

Energetické aspekty využitia slnečnej energie

Doteraz bola slnečná energetika v porovnaní s fosílnymi palivami znevýhodňovaná vyššími investičnými nákladmi na jednotku inštalovaného výkonu. Situácia sa však postupne mení, vďaka technickému pokroku ceny solárnych systémov klesajú a cena fosílnych palív stále stúpa. Nie je ďaleko čas, keď sa energia získaná z OZE stane výhodnejšou a akékoľvek dotácie sa stanú zbytočnými.

Potenciál slnečnej energetiky je obrovský a na jej aktívne využívanie kladú veľký dôraz najmä orgány Európskej únie. Podľa oficiálnych dokumentov sa do roku 2015 očakáva rast v Európe zo súčasných približne 27 mil. m2 kolektorovej plochy na 100 mil. m2.

Podľa kvalifikovaných odhadov je v súčasnosti na Slovensku v prevádzke približne 90 tisíc m2 slnečných termických kolektorov. V prepočte na tisíc obyvateľov výrazne zaostávame za európskymi lídrami, ako je napr. Cyprus s 850 m2, Rakúsko alebo Grécko s viac ako 350 m2 na tisíc obyvateľov.

Ing. Ján Tomčiak
Thermosolar Žiar, s. r. o., Žiar nad Hronom
Snímky: Thermosolar Žiar, s. r. o.

zdroj: Dom a Byt

Páčil sa vám článok?

áno: 225     nie: 205

Odporúč

pošli na vybrali.sme.sk

 

Odporúč známemu


logo © 2007 4-INDUSTRY, s.r.o. Všetky práva vyhradené. Ochrana údajov –  Podmienky poskytnutia služby