Solární technika

Obecné údaje o solární technice

Již od nepaměti využíváme sluneční teplo. V létě naše budovy ohřívá přímo, zatím co v zimě využíváme akumulovanou sluneční energii ve formě dřeva, uhlí, topného oleje nebo plynu pro vytápění budov či ohřev teplé vody.

Abychom šetřili zásoby paliva, které příroda vybudovala za miliony let, vydalo se odvětví topné techniky důslednými kroky cestou, umožňující zodpovědný přístup a zacházení s těmito zdroji.

Smysluplné doplnění tohoto úsilí představuje přímé využívání sluneční energie prostřednictvím kolektorů. Technicky vysoce kvalitní kolektory a k nim sladěný celý systém, nabízejí hospodárné využití sluneční energie, která již není pouze vizí daleké budoucnosti, ale již každodenní osvědčenou realitou. Když zohledníme v budoucnosti rostoucí ceny paliv, tak nám z toho vyplyne, že investice do solárního zařízení představuje investici do budoucnosti, která se doslova vyplatí.

1.1 Využitelná energie

V celoročním průměru dopadá na zemský povrch v České republice přibližně 1 000 kWh/m², což představuje objem energie cca jako 100 l topného oleje nebo 100 m³ zemního plynu.

Využitelná energie, které dosáhneme v případě kolektorů, závisí na více faktorech. Podstatný vliv tu má správný odhad spotřeby, kterou chceme sluneční energií pokrýt a na ni patřičně dimenzovaná velikost zařízení.

Důležité je i celkové množství sluneční energie, která je k dispozici: Tato disponibilní energie se pohybuje od 950 do 1 250 kWh/(m.a) (obr. 1).

Mimo to hraje svou úlohu i typ kolektorů, jejich sklon či nasměrování. Pro hospodárný provoz solárního zařízení je mimo to potřebné i důkladné dimenzování jednotlivých komponentů zařízení.

Správný výběr kolektorového zařízení se vzájemně sladěnými systémovými komponenty dokáže pokrýt 50 až 60% celoroční energetické potřeby pro ohřev pitné vody u rodinných domů pro jednu až dvě rodiny. V létě je možné částečně zcela upustit od dodatečného ohřevu. V ostatních měsících se solární ohřev pitné vody doplní o další nezávislý zdroj tepla - zpravidla jde o nízkoteplotní topné kotle na bázi topného oleje nebo zemního plynu nebo, v tom lepším případě, kondenzační kotel. Sluneční kolektory jsou vhodné jak pro ohřev pitné vody, tak i pro podporu vytápění místnosti.

1.2 Teplo ze slunce

Přibližně 1/3 celkové koncové energetické spotřeby v České republice je využita pro vytápění budov. Energeticky úsporné stavební konstrukce a především úsporné topné systémy dokáží tuto spotřebu výrazně snížit, čímž přispívají k šetření přírodních zdrojů a zemské atmosféry.

Výrazný potenciál pro úsporu energie nabízí právě ohřev teplé vody. Sluneční kolektory představují ve spojení s centrálním zásobníkovým ohřívačem vody právě v našich zeměpisných šířkách zajímavou alternativou k provozu topného kotle - především v letních měsících.

1.3 Výkon slunečního záření

Sluneční záření představuje energetický tok, který je ze slunce vysílán rovnoměrně všemi směry. Na naši zemskou atmosféru přitom neustále dopadá výkon o hodnotě 1,36 kW/m2. Tato hodnota se označuje také jako solární konstanta.

Při průchodu zemskou atmosférou dochází k jistému zeslabení v důsledku odrazu, rozptylu nebo absorpci molekulami plynu či částicemi prachu (obr. 2). Část zařízení, která pronikne přes zemskou atmosféru, dopadá přímo na zemský povrch; jde o takzvané přímé záření.

Část slunečního záření, které je již zmiňovaným prachovými částicemi nebo molekulami plynu odraženo respektive absorbováno, je na druhé straně též vyzařováno do prostoru a dopadá nesměrovaně na zemský povrch difuzní záření.

Součet přímého a difuzního slunečního záření (obr. 3) označujeme jako tzv. globální záření Eg. Za optimálních podmínek (jasná obloha bez mraků, okolo oběda) tato hodnota představuje maximálně 1000 W/m². Sluneční kolektory dokážou (podle typu a dimenzování zařízení) využít až 75% globálního záření.

1.4 Vliv nasměrování, sklonu a zastínění na energetický zisk

Nejvyšší průměrný roční energetický zisk v podmínkách České republiky poskytuje solární záření směrované na jih se sklonem 30 až 40 stupňů od horizontální roviny. Ale i při výrazných odchylkách od tohoto směru (jihozápad až jihovýchod, sklon 25 až 70 stupňů) se instalace termického solárního knockoff rolex milgauss zařízení vyplatí (obr. 4).

Menší sklon je výhodný, pokud není možné kolektory nasměrovat na jih. Takto přináší termické kolektory se sklonem 30 stupňů a nasměrováním 45 stupňů na jihozápad stále ještě 95% optimálního zisku. I při východní či západním nasměrování je stále možné dosáhnout 85%, když sklon střechy leží mezi 25 až 40 stupni.

Strměji skloněná plocha kolektorů nabízí výhodu rovnoměrnějšího poskytování energie v ročním průměru. Sklon menší než 20 stupňů by se však používat neměl, neboť prudce narůstá znečištění kolektorů.

Úhel sklonu alfa

Úhel sklonu alfa představuje úhel mezi horizontální rovinou a plochou slunečního kolektoru (obr. 5). Při montáži na šikmé střeše je tento úhel sklonu daný samotným sklonem střechy. Největší množství energie z absorbéru kolektoru dostaneme tehdy, když je rovina kolektoru v pravém úhlu vůči slunečnímu záření.

Úhel azimutu

Úhel azimutu (obr. 6) opisuje odchylku kolektorové roviny z jižního směru; kolektorová rovina nasměrovaná na jih znamená úhel azimutu 0 stupňů. Protože je sluneční záření nejintenzivnější v čase obědu, měla by být kolektorová rovina podle možnosti nasměrování na jih. Dobré výsledky se vsak dosahují i při odchylkách od jižního směru až 45 stupňů jihovýchodně respektive jihozápadně. Větší odchylky je možné jednoduše vyrovnat zvětšením plochy kolektorů.

1.5 Optimalizace celého systému

Kvalitní sluneční kolektor sám o sobě nezaručuje optimální provoz solárního zařízení. Spíše záleží na uceleném systémovém řešení (obr. 7). Viessmann dodává všechny komponenty, které jsou pro solární zařízení potřebné:

-regulaci přizpůsobenou solárnímu zařízení,

-zásobníkový ohřívač vody s hluboko umístěným solárním výměníkem tepla,

-konstrukční detaily, které zabezpečují rychlejší regulační chování, a tím co nejvyšší výnosnost solárního zařízení.

Správně dimenzovaná solární zařízení se vzájemně sladěnými systémovými komponenty (obr. 8) by měla být schopna pokrýt 50 až 60% roční energetické potřeby pro ohřev teplé vody u rodinných domů pro jedno až dvě rodiny.