Čo treba vedieť pred kúpou kolektorov?

• Na čo majú slúžiť? Na ohrev vody alebo na prikurovanie?

• Aká je spotreba teplej vody v domácnosti?

• Aké je optimálne umiestnenie kolektorov?

• Aké kolektory sú pre konkrétne riešenie najvhodnejšie?

• Aké je nevyhnutné príslušenstvo?

• Aký je ročný energetický zisk?

• Ako zistiť, či sa inštalácia oplatí?

Prečo využívať slnečné žiarenie

Slnečné žiarenie je ľahko dostupným obnoviteľným zdrojom energie. Jeho využívanie nezaťažuje životné prostredie. Ďalšou výhodou slnečného žiarenia je jeho rovnomernejšie rozloženie v porovnaní so svetovými zásobami tradičných a vyčerpateľných palív, akými sú ropa, uhlie, zemný plyn. Nevýhodou je mnohonásobne nižšia koncentrácia slnečného žiarenia, čo vedie k nízkej účinnosti premeny energie. Aj preto nemožno zatiaľ na základe doterajších poznatkov považovať slnečnú energiu za rovnocennú náhradu fosílnych zdrojov.

Pri kolmom dopade slnečných lúčov na zemskú atmosféru dopadne na 1 m² v priemere 1,36 kW žiarenia. Jedná sa o tzv. „slnečnú konštantu“. Časť tohto priameho slnečného žiarenia je pohltená a rozptýlená v zemskej atmosfére plynmi a aerosólmi a časť je odrazená späť do vesmíru, takže pri bezoblačnom počasí dopadá na zemský povrch žiarenie s výkonom asi 1 kW/m². Vplyvom prekážok v atmosfére a na zemskom povrchu registrujeme tri základné druhy slnečného žiarenia:

1.  PRIAME: dopadá za jasnej oblohy priamo na plochu

2.  ROZPTÝLENÉ-DIFÚZNE: vzniká rozptylom priameho žiarenia na oblakoch a nečistotách v atmosfére

3.  ODRAZENÉ: od zemského povrchu a iných objektov

Podmienky na Slovensku

V našich zemepisných podmienkach je celková doba slnečného svitu bez oblačnosti zhruba 1200 – 2000 hodín ročne, v závislosti od výskytu hmiel a inverznej oblačnosti.

Najväčší podiel pri získavaní energie slnečnými kolektormi má priame a difúzne žiarenie. Zatiaľ čo difúzne žiarenie predstavuje v lete 10 – 50 % globálneho žiarenia, jeho podiel v zime je v dôsledku oblačného počasia podstatne vyšší, vďaka čomu dosahuje asi 60 % v celoročnom priemere. Solárny systém pracuje aj vtedy, keď je obloha zatiahnutá – využíva difúzne a odrazené žiarenie.

Intenzita slnečného žiarenia sa počas roka mení. Maximum slnečného žiarenia na Slovensku zaznamenávame v júli, minimum na prelome decembra a januára. Energiu slnka možno reálne využívať 7 až 9 mesiacov v roku na ohrev vody, v jarných a jesenných mesiacoch aj na prikurovanie. Počas dňa najviac žiarenia dopadá na zem napoludnie, kedy je poloha slnka na oblohe najvyššia a cesta prechádzajúceho slnečného žiarenia cez atmosféru najkratšia.

Ročná hodnota globálneho žiarenia na Slovensku v kWh/m²

Hoci publikovaná mapa slnečného žiarenia môže vytvárať dojem, že len južné Slovensko je správnym miestom na využívanie slnečného tepla, nie je to tak. Najtmavšia farba zobrazuje na škále hodnotu 950 kWh/m².rok, čiže nepredstavuje nepoužiteľnú „tmavú oblasť“, len má za cieľ odlíšiť rozsah odchýlok na našom území. Rozdiel v intenzite slnečného žiarenia medzi najteplejšími a najchladnejšími regiónmi Slovenska je približne 15 %.

Tip pre Vás

Hodnotu globálneho slnečného žiarenia vo Vašej lokalite si môžete vyrátať na stránke http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/.

Intenzita slnečného žiarenia a podiel difúzneho žiarenia v rôznych poveternostných podmienkach:

Čo ovplyvňuje ročný energetický zisk

Množstvo využitého slnečného žiarenia charakterizuje parameter, ktorý sa nazýva ročný energetický zisk. Tento je závislý napríklad od účelu a spôsobu využívania získaného tepla, geografickej polohy, orientácie kolektora a mikroklimatických podmienok. Maximálne množstvo slnečného žiarenia príjme absorbér kolektora v kolmom smere k slnku, pričom uhol dopadu žiarenia je závislý na dennej a ročnej dobe. V podmienkach Slovenska sú najlepšie zisky dosahované pri orientácii slnečných kolektorov na juh (juhozápad) s uhlom sklonu pre celoročnú prevádzku cca 45°, kedy je zaistený optimálny pomer medzi maximálnym využitím žiarenia v zimných mesiacoch, keď je slnko nízko a zníženým výkonom v letných mesiacoch, keď je slnko vysoko. Najmenšie energetické zisky sú v miestach, kde je slnečné žiarenie dopadajúce na kolektory obmedzované, napríklad v úzkych dolinách v horskom prostredí, na miestach v susedstve tieniacich objektov, ako sú stĺpy, komíny, vysoké stavby a v lokalitách s častou inverziou a hmlistým počasím.

Z čoho sa skladá solárny systém

1 slnečné kolektory; 2 zásobník s výmenníkom tepla; 3 expanzná nádrž
4 obehové čerpadlo; 5 regulácia; 6 kotol

Ako to funguje?

Slnečné žiarenie dopadajúce na absorbér kolektora sa mení na teplo, ktoré sa akumuluje a odovzdáva teplonosnej kvapaline prúdiacej v nerezovom absorbéri kolektora. Naakumulovaná energia je prostredníctvom teplonosného média odovzdávaná zohrievanej vode vo výmenníku. Expanzná nádrž udržiava rovnomerný tlak a vyrovnáva zmeny objemu kvapaliny. Automatickú prevádzku zabezpečuje elektronické ovládanie, ktoré vypína a zapína obehové čerpadlo. Počas zamračených dní dohrieva vodu elektrické vyhrievacie teleso, kotol alebo iný zdroj tepla.

Druhy slnečných kolektorov

Základom každého slnečného kolektora je absorbér. Ten zachytáva slnečné žiarenie a ohrieva teplonosné médium, ktoré prúdi v systéme rúrok v telese kolektora. Najčastejšie sa používajú nemrznúce kvapaliny, voda alebo vzduch. Podľa konštrukčného vyhotovenia sa slnečné kolektory delia na ploché a trubicové.

PLOCHÉ KOLEKTORY

Na ohrev vody v domácnostiach sa najčastejšie používajú ploché kolektory. Absorbér v tvare plochej dosky so zalisovanou rúrkou pre teplonosné médium je uložený pod ochranným sklom. Ako tepelná izolácia sa používa tepelnoizolačná podložka alebo vákuum. Výhodou plochých kolektorov je dlhšia životnosť a dosahovanie vyšších výkonov v letných mesiacoch.

1 plášť kolektora konštruovaný väčšinou v podobe hliníkovej vane; 2 tepelná izolácia z minerálnej vlny; 3 zberné medené potrubie teplonosnej kvapaliny; 4 absorbér vyrobený z medeného alebo hliníkového plechu so solárnym lakom alebo selektívnou povrchovou vrstvou; 5 sklenený kryt znižuje straty tepla a zároveň umožňuje prestup slnečného žiarenia

TRUBICOVÉ KOLEKTORY

Tepelnú izoláciu trubicových kolektorov tvorí hlboké vákuum. Je možné ich ďalej rozdeliť na:

• kolektory s priamym prúdením teplonosného média od rozdeľovača ku koncu rúrky,
• kolektory pracujúce na princípe tepelnej trubice „Heat Pipe“, kde v rúrke absorbéra je kvapalina, ktorá sa odparuje pri nízkej teplote. Táto para stúpa v trubici až na horný koniec, na ktorom je umiestnený malý výmenník tepla. Tu para kondenzuje a odovzdáva svoje skupenské teplo nepriamo teplonosnému médiu. Nevyhnutnou podmienkou pre funkčnosť takéhoto typu kolektora je sklon minimálne 30°.

Výhodou trubicových kolektorov je rovnomernejšia krivka účinnosti, lepšie tepelnoizolačné vlastnosti, odolnosť voči prehriatiu (systém „Heat Pipe“) a pri kolektoroch bez parabolických zrkadiel aj väčšia schopnosť odolávať silám vetra. Nevýhodou týchto kolektorov v zimnom období je namŕzanie snehu medzi trubicami, čo má za následok momentálne zníženie účinnosti a v najhoršom prípade poškodenie trubíc.

1 sklenená trubica s vákuom; 2 tepelná trubica „Heat Pipe“; 3 absorbér;
4 výmenník tepla (kondenzátor); 5 zberná medená rúrka teplonosnej kvapaliny;
6 tepelná izolácia

Vákuové kolektory

V porovnaní s ostatnými kolektormi ohrievajúcimi vodu sú vákuové kolektory v oblastiach s nižším slnečným svitom oveľa účinnejšie. Vákuum zamedzuje vedeniu tepla, čiže tepelným stratám prúdením, a tiež stratám spôsobeným tepelnou vodivosťou vzduchu. Môžu byť konštruované ako ploché vákuové kolektory, ale častejšie vo forme sady trubíc.

Značka kvality

Pri posudzovaní skutočnej účinnosti a vlastností kolektorov je potrebné riadiť sa medzinárodnými certifikačnými agentúrami. Každý kvalitný kolektor by mal mať európsku značku kvality SOLAR KEYMARK, ktorá je zárukou investície do kvalitného a odskúšaého produktu. Zoznam certifikovaných výrobkov je uvedený na stránke:http://www.estif.org/solarkeymark/.

Využitie solárnych systémov

Príprava teplej vody

Dôležitou zásadou pri dimenzovaní solárneho zariadenia pre prípravu teplej vody je dosiahnutie čo najväčšieho pokrytia spotreby mimo obdobia vykurovania, aby v tomto období na jej ohrev nemuselo byť využívané iné energetické médium. Preto je potrebné stanoviť spotrebu teplej vody za deň, prípadne aj priebeh spotreby, ak je to možné. Reálne je možné pokryť 40 – 60 % ročnej potreby ohrevu teplej vody.

Podpora vykurovania budov

Solárnym zariadením sa nedá zabezpečiť 100% pokrytie energetických potrieb rodinného domu na jeho vykurovanie. Potrebná plocha kolektorov je však aj tak podstatne väčšia ako iba pri príprave teplej vody. Takto získané teplo môže pokryť približne 15 až 30 % ročnej potreby dobre izolovaného objektu vybaveného nízkoteplotným vykurovacím systémom. Solárne systémy na podporu vykurovania sa dimenzujú na základe konkrétnych tepelných strát objektu a vykurovanej plochy, presne pre konkrétnu stavbu. Obvykle ich plocha predstavuje 15 – 25 % vykurovanej plochy.

Ohrev vody v bazénoch

Priamy ohrev bazénovej vody – jednoduchý systém, pri ktorom sú slnečné kolektory priamo napojené na okruh filtračného zariadenia. V zimnom období sa voda z kolektorového okruhu zvyčajne vypúšťa, preto sú kolektory pre tento typ ohrevu bez zadnej tepelnej izolácie.

Nepriamy ohrev bazénovej vody – dvojokruhový systém. Kolektorový okruh je uzavretý a teplo získané zo slnečných kolektorov je odovzdávané bazénovej vode prostredníctvom výmenníka tepla.

Orientačné údaje pre rozhodovanie o dimenzovaní solárneho systému na ohrev teplej vody:

Štátne dotácie

Na základe zákona č. 181/2011 Z. z. o poskytovaní dotácií v pôsobnosti Ministerstva hospodárstva SR (s účinnosťou od  1. 7. 2011) a  Výzvy na predkladanie žiadostí o poskytovanie dotácií na podporu využívania biomasy a slnečnej energie (vyhlásená 1. 8. 2011)  je možné získať dotáciu na kolektory s európskou značkou kvality SOLAR KEYMARK. Výška dotácie pre rodinné domy dosahuje 200 € za 1 m² apertúrnej plochy nainštalovaných slnečných kolektorov, max. do 8 m² apertúrnej plochy.

Výška dotácie pre bytové domy bola stanovená na 100 € za 1 m² apertúrnej plochy nainštalovaných slnečných kolektorov, maximálne 300 € na domácnosť. Bližšie informácie je možné získať na webovej stránke Slovenskej inovačnej a energetickej agentúry www.siea.sk.

Ako zistiť, či sa inštalácia systému oplatí

Na trhu je široká škála solárnych systémov v rôznych cenách a kvalite. Pri rozhodovaní o kúpe a výpočte návratnosti tepelného solárneho systému je nevyhnutné zohľadniť najmä:

1. životnosť solárneho systému, ktorá sa pri materiáloch používaných v súčasnosti zvyčajne pohybuje v rozmedzí 25 – 30 rokov,

2. obstarávacie náklady celého solárneho systému vrátane inštalácie – závisia od konkrétnej situácie (počet a umiestnenie kolektorov, objem zásobníka, dĺžka pripojovacích potrubí a pod.), bežne sa pohybujú od 2000 € do 4000 €, prípadne aj viac,

3. prevádzkové náklady sú minimálne, zahŕňajú spotrebu elektriny na pohon obehového čerpadla s výkonom 25 – 40 W cca 6 €/rok a výmenu teplonosnej kvapaliny raz za 6 – 10 rokov v sume cca 100 €,

4. možnosť využiť dotácie z Programu vyššieho využitia biomasy a slnečnej energie v domácnostiach,

5. výšku úspor nákladov na energiu, ktorá závisí napríklad od ročnej produkcie tepla dosiahnutej využívaním solárneho systému, od cien energie pri doterajšom spôsobe výroby tepla a v neposlednom rade aj od spotreby vody, prípadne tepla konkrétnej domácnosti.

Modelový príklad výpočtu výšky úspor

Postup výpočtu

Výpočet úspor je jednoduchý. Pri optimálne navrhnutom systéme môžu solárne kolektory reálne nahradiť 40 – 60 % energie potrebnej na ohrev teplej vody. Ak priemernú hodnotu, t. j. 50 %, vynásobíme množstvom potrebnej energie na ohrev teplej vody, respektíve nákladmi na túto energiu, výsledná suma zodpovedá výške úspor.

V našom modelovom príklade štvorčlenná domácnosť spotrebuje 200 l teplej vody denne a na jej prípravu sa rozhodla zakúpiť jeden z lacnejších solárnych systémov na slovenskom trhu v cene 2 500 €. V rámci solárneho systému boli inštalované 3 kolektory s 5,4 m² celkovej absorpčnej plochy, na ktoré je možné získať dotáciu 1 080 €.

Je potrebné zdôrazniť, že solárny systém sa využíva predovšetkým ako doplnkový zdroj k už existujúcemu zdroju energie, ako sú zemný plyn alebo elektrina. Na základe toho je potrebné pristupovať aj k určeniu úspor.

a) V prípade pôvodnej prípravy teplej vody prostredníctvom kotla na zemný plyn s účinnosťou 89 % domácnosť ročne spotrebuje 366 m³ zemného plynu, za čo zaplatí 219 €*. Po inštalácii solárneho systému jej náklady klesnú na 110 €.

b) Ak by rovnaké množstvo teplej vody bolo pripravované v elektrickom boileri, ročne na jej prípravu domácnosť spotrebuje 4 664 kWh elektriny, čo by ju stálo 398 €**. Po inštalácii solárneho systému v tomto prípade náklady klesnú na 199 €.

* pri tarife D3 cenníka SPP pre r. 2010, ** pri tarife DD3 cenníka SSE pre r. 2010

Návratnosť investície

Pri investícii do celého solárneho systému v sume 2 500 € v domácnosti využívajúcej primárne na ohrev vody

– elektrinu je návratnosť 13 rokov (s dotáciou 7 rokov)

– plyn je návratnosť 23 rokov (s dotáciou 13 rokov).

Životnosť moderných systémov je zhruba 25 až 30 rokov.

* pri prepočte sa vychádzalo z parametrov zariadenia uvedených v príklade, použité boli ceny elektriny a plynu v roku 2010 a podmienky udelenia dotácie z Programu vyššieho využitia biomasy a slnečnej energie v domácnostiach.

Je Váš dom vhodný?

• Máte priestory a predpoklady na využívanie slnenčnej energie?
• Ak ste napojený na centrálne zásobovanie teplom, rokujte s dodávateľom tepla.
• Navštívte existujúcu inštaláciu.
• Začnite s meraním spotrieb teplej vody a vytvorte si odberový diagram.
• Poraďte sa s projektantom solárnych systémov.
• Vyberte si typ kolektora, veľkosť systému a zoptimalizujte ho vzhľadom na návratnosť.
• Dajte si spracovať cenové ponuky na inštaláciu.

Zdroj: SIEA/ERDF