Srovnání fotovoltaického a fototermického systému

Solární kolektory nebo solární panelyZajímá vás, který systém je vhodnější k ohřevu teplé užitkové vody? Popíšeme si srovnání fototermického solárního systému s fotovoltaickým systémem. S poklesem ceny fotovoltaických systémů se začalo více hovořit i o možnostech ohřevu vody těmito systémy. Mezi lidmi začal tradovat mýtus o tom, že účinnost fotovoltaických panelů v zimním období neklesá a převažují tak  výhody použití tohoto systému nad systémem fototermickým. Zároveň vznikl jakýsi předpoklad toho, že fototermické kolektory od podzimu do jara negenerují tepelnou energii potřebnou k ohřevu vody. Tyto a další podobné názory jsou v rozporu s realizovanými měřeními a technickými výpočty. Čím dál více webových stránek na internetu dává prostor fotovoltaickým systémům, jejichž výkony jsou založeny spíše na kupeckých počtech, namísto regulérních technických výpočtů. Původcem těchto dezinformací jsou zpravidla prodejci jednotlivých systémů, kteří se tímto snaží zvýšit šanci v prodeji toho nebo onoho produktu. Pokud chceme vyrábět elektřinu, vždy volíme solární fotovoltaické systémy, neboť fototermika výrobu elektřiny neumožňuje. Naproti tomu, pokud chceme ušetřit náklady za ohřev teplé užitkové vody, vždy je vhodnější pořídit si fototermický solární systém, který je pro tyto účely vhodnější. Fotovoltaický systém nám oddává elakřinu, fototermický systém nám dodává tepelnou energii. Při výběru jednotlivých systémů je také třeba vzít v potaz potřebnou plochu pro správné dimenzování jednotlivých systémů. Solární fototermické systémy zpravidla vyžadují k instalaci o mnoho méně plochy na střeše RD, než systémy fotovoltaické.

Abychom dospěli k jednoznačnému závěru, který ze systému je vhodnější, je nutné zabývat se technicko- výpočtovou částí navrženého systému. V článku srovnáme výkony jednotlivých systémů a budeme si tak moci vytvořit objektivní názor, kterému ze systémů dát přednost. Jedná se o srovnání zisků všech sestav, které jsou určeny k ohřevu teplé užitkové vody.

 

Základní vstupy pro porovnání:

Odběr TUV 160l / den, teplota teplé vody 55°C, teplota studené vody 10°C, 3 osoby, sklon solárních kolektorů 45st a čistý jih, umístění systému v Praze. Celková potřeba tepla na přípravu TUV je 2767 kWh/rok. Všechny navržené varianty počítají se solárním zásobníkem o objemu 200l.

Fotovoltaický systém s polykrystalickými panely

Složení systému: 200 l solární zásobník, 8 polykrystalických panelů 8x 250 W zapojených sériově do DC elektrického topného tělesa o výkonu 2 kW umístěného ve spodní části zásobníku TUV. Výkon těchto kolektorů je 2 kW a plocha potřebná k instalaci solárních panelů na střeše RD je 13.5 m2. Největší vliv na výkon celého fotovoltaického solárního systému má sluneční ozáření, které má přímý vliv na generovaný elektrický proud. Další zásadní vliv je teplota fotovoltaických článků, která ovlivňuje napětí na jednotlivých solárních panelech. Do výpočtu bude zahrnuta fotovoltaická varianta se sledovačem i bez sledovače.

Fototermický systém s deskovými solárními kolektory

Složení systému: 200 l solární zásobník, 2 ks deskové kolektory s absorpční plochou 2.5 m2. Délka kolektorového okruhu je 2x 20m, tepelná izolace 19mm skelnou vatou. Umístění tepelného výměníku ve spodní části solárního zásobníku. Pro stanovení skutečných přínosů je do spotřeby energie zahrnuta i spotřeba čerpadla a solárního regulátoru potřebného k řízení solárního fototermického systému.

Roční výsledky simulace solárního ohřevu vody

Solární systémy

Energie potřebná pro dohřev

kWh

Solární tepelné zisky

kWh

Solární podíl na pokrytí

%

Fotovoltaický systém MPPT off  1964  803  29 
 Fotovoltaický systém MPPT on 1442  1325 48 
Fototermický solární systém  1090  1677  61 

 

Výsledky

Ve výsledcích celoročního přínosu pro ohřev teplé užitkové vody jednoznačně nad všemi fotovoltaickými systémy vítězí právě fototermický solární systém složený z plochých deskových kolektorů. Právě tento systém dodá téměř o 25% více energie, než srovnatelný fotovoltaický systém se sledovačem výkonového maxima  a téměř o 100% více energie, než fotovoltaický systém, který není opatřen sledovačem výkonového maxima. Z výsledků srovnání fototermických a fotovoltaických systémů vyplývá, že FV solární systémy jsou k ohřevu teplé užitkové vody oproti fototermickým solárním systémům značně nevýhodné. Pokud bychom uvažovali o stejné pořizovací ceně jednotlivých systémů, fotovoltaické systémy by tak byly značně nevýhodné a jejich návratnost by byla mnohem delší. Vzhledem k tomu, že ve fotovoltaických systémech je topné těleso umístěno ve spodní části solárního zásobníku, značně se snižuje využitelnost  fotovoltaické energie oproti systémům fototermickým, které mají topné těleso zpravidla v ½ zásobníku a tepelný výměník se nachází při jejich spodní části. Pro instalaci fotovoltaického solárního systému k ohřevu teplé užitkové vody se stejným výkonem jako ohřev TUV fototermikou bude také zapotřebí mnohonásobně větší plocha na střeše rodinného domu. To stejné platí i při zatížení střešní konstrukce, které při větším množství fotovoltaických panelů bude větší. Zatížení střechy fotovoltaickými panely je na 1m2 menší, než fototermikou, zároveň, je ale třeba k instalaci takového systému potřeba mnohem větší plocha. Je to dáno především nižší účinností fotovoltaických panelů oproti deskovým kolektorům. Náklady na dohřev fotovoltaikou jsou mnohem větší, než náklady na dohřev fototermiky. V potaz také musíme vzít degradaci výkonu cca 1% ročně, která se týká všech fotovoltaických systémů. Po 20 letech užívání takového systému bychom dospěli k závěru, že je v porovnání s fototermickým systémem k ohřevu vody zcela nevhodný. Otázkou zůstává dlouhodobá bezpečnost fotvoltaických systémů, jejich recyklace a  přístup k těmto systémům v krizových situacích například hasiči.