Účinnost vakuových trubicových a deskových solárních kolektorů

Účinnost vakuových trubicových a deskových kolektorů

Někteří zákazníci se v  telefonní nabídce setkají s termínem, že vakuové solární systémy jsou účinnější, než solární systémy na bázi plochých kolektorů. Takovéto argumenty jsou zcela liché. Slovo účinnost solárního kolektoru je zde bráno jako stěžejní argument pro prodej, bez jakékoliv znalosti významu tohoto technického specifika solárního kolektoru. Pokud je tvrzeno, že vakuové trubicové systémy jsou účinnější, než deskové kolektory, nelze tuto argumentaci přijmout, pokud není doložena test reportem jednotlivých srovnávaných typů solárních kolektorů. Proto obecné používání termínu "vyšší účinnost kolektoru" je minimálně zavádějící.

 

Je skutečně účinnost ten nejdůležitější faktor při výběru solárního kolektoru?

Účinnost kolektoru je součástí výkonové zkoušky. Máme zde však i spolehlivostní zkoušky, které jsou bez pochyby pro ekonomickou návratnost investice do solárního systémy ještě důležitější. Nabízí se otázka jak se účinnost kolektoru měří a jaký je její celkový vliv na výkon kolektoru? Není životnost solárního kolektoru důležitější, než jeho účinnost? Nutno zdůraznit, že mnohem důležitější, než účinnost kolektoru, je tepelný výkon celé soustavy solárního systému, který mnohem lépe vystihuje přínos instalace solárního systému jeho uživateli.

 

Účinnost solárního kolektoru dle ČSN EN ISO 9806

Nepoužívejme slovo účinnost jako nějaké “noname“ slovo, ale vycházejme z údajů obsažených v test reportech daného typu solárního kolektoru. Solární kolektory se testují aktuálně dle platné normy ČSN EN ISO 9806. Uváděná norma je v účinnosti od 1.7.2018. Tato norma obsahuje celou řadu informací o solárním kolektoru, nicméně nyní se budeme držet pouze uváděné účinnosti, abychom toto téma mohli lépe vysvětlit. Zásadní změnou oproti předchozí normě ČSN EN 12975-1,2 je vztažení účinnosti k hrubé ploše solárního kolektoru. Předchozí norma uváděla účinnost kolektoru vypočtenou k ploše apertury a absorbéru. Plocha apertury je definována platnou normou jako plocha, kterou vstupuje sluneční záření do solárního kolektoru. Hrubá plocha kolektoru je jeho obrysová plocha, vymezena vnějšími rozměry solárního kolektoru. Rozdíl mezi hrubou plochou a plochou apertury je u deskových plochých kolektorů okolo 10 %. Naproti tomu u vakuových solárních kolektorů může tento rozdíl činit i 40%.

Vypočtená účinnost vakuových solárních kolektorů dle platné normy ČSN EN ISO 9806 posouvá hodnoty těchto kolektorů hluboko pod hodnoty solárních deskových kolektorů. Tvrdí-li tedy někdo, že účinnost vakuových kolektorů je vyšší, než účinnost deskových kolektorů, pravděpodobně je zcela neznalý aktuálně platných norem, nebo z nevědomosti mystifikuje případného zájemce o solární systém. Dodavatelé trubkových kolektorů se musí smířit s faktem, že křivka účinnosti vakuových solárních kolektorů se nachází výrazně pod křivkou účinnosti plochých deskových kolektorů. Je pravděpodobné, že dodavatelé vakuových trubic budou prezentovat potencionálnímu zákazníkovi stále ještě data účinnosti solárního kolektoru z již zastaralé normy, která jejím produktům přisuzuje až několikanásobně lepší parametry oproti aktuálně platné normě ČSN EN ISO 9806. Sousloví jako vyšší účinnost solárního kolektoru a další, je prodejci užíváno ke komerční podpoře prodeje svých produktů, neboť může v zákazníkovi vytvářet dojem selekce mezi lepšími a horšími solárními kolektory.  

 

Legislativní požadavky na min. účinnost kolektoru

Legislativní požadavky na minimální účinnost kolektoru jsou dány vyhláškou 441/2012 Sb. Tato je vyžadováno pro nové instalace s podporou tepla z OZE. Pro solární ploché kolektory je stanovena minimální účinnost 0.60 při rozdílu teplot mezi kolektorem a okolním vzduchem 30 K. Pro solární trubkové kolektory je stanovena minimální účinnost 0.55 při rozdílu teplot mezi kolektorem a okolním vzduchem 50 K. Uváděno při slunečním ozáření G= 1000 W/m2.

Reálná účinnost kolektorů se pohybuje mezi 50 až 70 %, často však bývá zaměňována s optickou účinností či pohltivostí absorbéru. Nutno zdůraznit, že účinnost solárního kolektoru nelze nezaměňovat s účinností celé solární soustavy.

Pro skutečný přínos solárního systému lze dnes využít dostupné výpočetní softwary, které přináší uživateli celou řadu podrobných informací ohledně instalované solární soustavy (včetně tepelných zisků apod).

 

Srovnání účinnosti vakuového trubkového a deskového kolektoru

Abychom nezůstali pouze u nepodložených tvrzení o  účinnosti solárních kolektorů, v tabulce uvedené níže přinášíme porovnání výkonu mezi vakuovými a deskovými kolektory, porovnání účinnosti vakuových trubicových a deskových kolektorů dle platné normy ISO 9806:2013. Pro objektivní porovnání jsme vybrali 2 různé solární kolektory o stejné ploše, které nejsou uvedeny v naší nabídce.

Porovnávané solární kolektory jsou o stejné hrubé ploše: deskový solární kolektor H81-26 a vakuový trubicový kolektor SMC16-01

     Výkon solárního kolektoru při Gb= 850 W/m2, Gd= 150 W/m2    
 Název kolektoru  typ kolektoru  hrubá plocha  účinnost kolektoru η0 hem  0 K 10 K  30 K  50 K  70 K
 SMC16-01  vakuový trubkový  2.42 m2  0,406  984 W  958 W  891 W 802 W  692 W
 H81-26  deskový plochý  2.42 m2  0,696  1711 W  1612 W  1389 W 1130 W  837 W

 

Test report SMC16-01 ke stažení: zde

Test report H81-26 ke stažení: zde

 

Z výše uvedené tabulky je zřejmé, že:

  • špičková účinnost deskového kolektoru založená na hemisférickém ozáření je mnohem vyšší, než účinnost vakuového trubkového kolektoru.
  • výkon deskových kolektorů je při stejné hrubé ploše nesrovnatelně vyšší, než u kolektorů vakuových trubkových.

Solární ohřev bazénu

Solární ohřev bazénové vody

Jedním z nejvyužívanějších způsobů v důsledku akumulace tepelných zisků v letních měsících je využití solární techniky k ohřevu vody v bazénech. Efektivita těchto řešení se zobrazuje zejména k nízké náročnosti dosažení požadované teploty (do 30°C). Zapojení solárních soustav u sezonních bazénů není složité, neboť bazénová voda může protékat přímo solárními kolektory-plastovými absorbéry. U profesionálního řešení se jedná o celoroční využití, kdy je použit výměník tepla a ohřev je řešen plochými selektivními kolektory.

Ohřev plastovými solárními kolektory

Zásobníkem a zároveň spotřebičem tepelné energie solárního systému je vlastní bazén a hydraulické schéma se skládá pouze z primárního okruhu. Tento typ solárního systému lze tedy použít ideálně pro otevřené venkovní bazény. Provoz tohoto zařízení se omezuje na letní sezonu a bazénová voda je současně i teplonosnou kapalinou. Vzhledem k vysokým letním teplotám se využívá levnější varianta kolektorů, a materiály použité k jejich výrobě nemusí splňovat takové nároky jako u systémů s celoročním provozem. Jedná se zpravidla o nezasklené plastové kolektory s absorpční plochou např. z PP nebo EPDM. Protože tyto absorbéry neobsahují žádný druh tepelné izolace ani krytí (sklo), dochází zde k vysokým tepelným ztrátám. Tyto kolektory se vyrábějí v různých tvarových provedeních, desky, pásy, spirály, apod. Plastové absorbéry jsou pro toto použití vhodné také z důvodu vysoké odolnosti proti chemickým přísadám, které bazénová voda obsahuje. Zapojení tohoto systému lze provést dvěma nejčastějšími způsoby a to tak, že filtrační čerpadlo běží celou provozní dobu a kolektorové pole se zapojí na jednu společnou větev filtrace. Zde je třeba také předpokládat při návrhu bazénového čerpadla s odporem  a tlakovou ztrátou v kolektorech. Důležitým předpokladem pro správnou funkci je také správné snímání teplot na výstupu z bazénu a na samotných kolektorech. Na základě teplotního rozdílu se potom  trojcestným ventilem buď přimíchává ohřátá voda z kolektorů, nebo se do okruhu kolektoru přepne celý průtok. Pokud jsou kolektory v neaktivním režimu, má tedy voda tendenci z něj odtéci, ale trojcestný ventil nebo zpětná klapka tomu zabraňuje. Samozřejmě v případě, kdy je kolektor umístěn nad hladinou bazénu. Nevýhodou těchto kolektorů je jejich sezonní provoz, protože v zimě by došlo k zamrznutí teplonosného média, v tomto případě bazénové vody, a k poškození plastového absorbéru mrazem.

 

Ohřev deskovými solárními kolektory

Pro bazény s celoročním provozem předpokládáme jeho zastřešení popř. umístění v pevné konstrukci jako např. uvnitř budovy samotné.  Důležitým předpokladem je zde nejen správné hydraulické zapojení celé soustavy, ale také zvýšený nárok na stavbu samotnou, s ohledem na použité izolační materiály. Jedná se především o co největší zamezení tepelných ztrát, jako je tomu např. u vytápění budov a objektů. Ohřev bazénu zde řešíme zasklenými plochými kolektory se selektivním povrchem- vzhledem k jejich celoročnímu provozu. Jedná se tedy o plnohodnotné kolektory používané i k ohřevu TUV či přitápění.  Teplonosnou kapalinou je v tomto případě nemrznoucí směs a solární okruh je oddělen od bazénové vody tepelným výměníkem. Tepelný výměník se umísťuje nejčastěji před dávkovače chemikálií potřebných pro udržování kvality bazénové vody. Ohřev bazénové vody lze realizovat pomocí různých druhů tepelných výměníků. Mezi nejčastěji používané patří trubkové tepelné výměníky z nerezavějící oceli řady OVB, titanové výměníky určené pro slanou vodu, deskové výměníky OVBD, keramické výměníky OVBC apod. Zapojení solární soustavy pak může být paralelně mimo filtrační okruh, nebo přímo do okruhu filtračního čerpadla. Profesionální řešení ohřevu bazénové vody selektivními deskovými kolektory se nejčastěji využívá realizací u již instalovaných solárních systémů k ohřevu TUV či  přitápění, kde lze takto bazénovou vodu ohřívat na základě tepelných přebytků celé solární soustavy. Samozřejmostí je dnes již možnost nastavení priority jednotlivých ohřevů mezi zásobníkem TUV, akumulačním zásobníkem a ohřevem bazénu. Na obrázku níže můžete vidět schéma zapojení solárního systému k ohřevu TUV a přitápění s možností ohřevu bazénu přes trojcestný ventil napojený na bazénový výměník.

Schéma zapojení solárního ohřevu bazénu přes bazénový výměník

 

Dimenzování solárního systému

Dimenzování profesionálních solárních systémů k ohřevu bazénu je závislé na jeho velikosti (objemu ohřívané vody), požadované teplotě, lokalitě, sklonu a orientaci vůči světovým stranám apod. U nekrytých bazénů lze použít výpočtové vodítko, kdy plocha plastového absorbéru by měla být mezi ½ až ¾ plochy bazénu. U krytých bazénů se jedná o 1/3 až 2/3 plochy bazénu.

 

Investice do solárního ohřevu bazénové vody

Stejně jako u dalších využití solárního termického systému je nutné zvážit nejen technickou, ale také ekonomickou stránku takové investice. V současné době se nabízí celá řada inovativních levnějších i dražších řešení, která se více čí méně osvědčila co se nejen kvality týče ale i finálním výsledkem.  

Na solární ohřev bazénové vody nelze čerpat dotace z podpory Nová zelená úsporám ani z žádného dalšího dotačního titulu. Pokud však již vlastníte solární systém k ohřevu TUV či přitápění, tento systém lze s největší pravděpodobností rozšířit i o ohřev bazénové vody s podstatně nižšími náklady.

Solární ohřev vody a přitápění

Solární ohřev vody a přitápění

Před detailnějším rozborem tohoto způsobu přitápění podotýkáme, že se jedná pouze o stručný výčet návrhu, dimenzování, způsobu provedení, výhodách a nevýhodách provedení solárního systému s podporou vytápění. Problematika solárního ohřevu TUV s přitápěním je obsáhlá a technologicky složitá. Často se setkáváme s realizovanými systémy, které mají znaky spíše komerčního tažení na zákazníka, než snahu o provedení solárního systému k užitku objednatele. Vakuové trubice v kombinaci se solárním přitápěním vody z tohoto článku zcela vyjmeme, protože si zaslouží obsáhlejší vyjádření. V praxi jsme se setkali se stovkami realizací solárních systémů na bázi vakuových trubic, které jsou buď zcela nebo z části nefunkční, jejich poruchovost dosahuje extrémních rozměrů. Nejdůležitějším faktorem při volbě solárního systému je jeho životnost, protože pouze ta je způsobilá zajistit návratnost vaší investice.

Nyní přejdeme k solárním systémům na bázi deskových plochých kolektorů, které si svojí spolehlivostí, životností a funkčností zaslouží svou vážnost.


Komu se vyplatí solární ohřev vody s přitápěním?

Solární ohřev vody s možností přitápění je vhodný zejména v nízkoenergetických a pasivních domech, které mají nízké tepelné ztráty. Hlavním předpokladem k instalaci je nízkoteplotní zdroj vytápění (podlahové topení).  K realizaci tohoto opatření by měli přistoupit především ti, kteří již při projektování otopné soustavy domu počítali s vhodnou velikostí akumulační nádrže s možností solárního přitápění jako alternativního způsobu k hlavnímu zdroji  tepla.

Pro koho není solární systém vhodný?

Způsobu solárního přitápění by se zcela měli vyhnout ti z vás, kdo mají domy s vyšší tepelnou ztrátou. Dále není systém vhodný k zapojení do otopného systému napojenému na otopná tělesa, radiátory, bez ohledu na způsobu vytápění objektu. Solární přitápění nelze řešit tam, kde není dostatečná plocha na instalaci solárních kolektorů (min. 10m2).


Způsob řešení solárního ohřevu a přitápění

Dimenzování solárního systému

Při návrhu solárního systému k ohřevu TUV a přitápění se musí přistupovat velice pečlivě. Zaměřujeme se na velikost RD v souvislosti s vytápěnou plochou, tepelné ztráty objektu, vnitřní a venkovní výpočtovou teplotu, návrhovou teplotu přívodní otopné vody do otopné soustavy, sklon střechy a její orientace vůči světovým stranám, objem akumulačního zásobníku, velikost bojleru, počet obyvatel apod. Pro přitápění se volí nejčastěji solární systémy s min. plochou od 10 m2 a více. Volba počtu kolektorů, potažmo kolektorové plochy má přímou souvislost s celkovým využitelným ziskem solárního systému. K instalaci takového řešení by měla být dostatečná plocha na střeše RD. Solární kolektory k využití přitápění se umísťují ve větším sklonu k horizontální rovině. Důvodem je využití co největšího tepelného zisku kolektorů v období slunečních dní, kdy je slunce na obloze nízko. Dimenzování solárních kolektorů lze provést prvotním jednoduchým výpočtem 1m2 solárního kolektoru na 100 l ohřívaného množství vody. Při tomto dimenzování lze předpokládat ohřev daného množství vody ve slunečný den na cca 65°C. Solární kolektory dosahují největších výkonů v období slunečního svitu od jara do podzimu. V toto období je však požadavek na vytápění  minimální. Hovoříme-li o podpoře přitápění jedná se o tzv. přechodná období. Musíme ovšem vzít v potaz, že v těchto obdobích nám předimenzovaný solární systém zvládne lépe ohřát TUV, avšak tepelný výkon dodaný do otopné soustavy bude i v tomto období malý. Naproti tomu bude docházet k častější stagnaci solárních kolektorů v období slunečního svitu, což bude v konečné fázi zkracovat servisní intervaly kladené na řádný provoz solárního systému.

Akumulační zásobníky

Tyto akumulační zásobníky jsou již zpravidla opatřeny výměníkem pro napojení tepelného výkonu ze solárních kolektorů. Aktuálně lze uvažovat o celé řadě rozličných druhů, typů akumulačních zásobníků. Zásobníky se liší primárně způsobem napojení solárního systému, způsobem ohřevu TUV, počtem napojení zdrojů tepla, velikostí a podobně. Akumulační zásobníky lze ohřívat nepřímotopně skrze vnitřní výměník nebo pomocí deskového výměníku umístěného mimo tuto nádrž. Tyto výměníky tepla mohou být měděné, ocelové, nerezové apod. Akumulační zásobníky mohou být řešeny současně s ohřevem TUV přes průtokový výměník TUV nebo vnořený zásobník TUV. Tyto akumulační zásobníky nacházejí své uplatnění především díky možné úspoře místa.

Řešení solárního ohřevu akumulace s integrovaným ohřevem TUV ovšem nepovažujeme za nejvhodnější. Výhodou je finanční úspora v podobě řešení 2 v 1 a menší nároky na prostor. Průtočný výměník i vnořený zásobník TUV lze v případě havárie vyměnit. Na prvním obrázku je znázorně systém k ohřevu vody a přitápění do akumulační nádrže s vnořeným zásobníkem vody. Tento systém je díky malé teplosměnné ploše vhodný spíše pro menší odběry. Druhý obrázek znázorňuje solární přitápění a ohřev skrze průtočný výměník umístěný v akumulační nádrži. Tento systém disponuje 2x větší teplosměnnou plochou pro ohřev TUV a lze jej tedy použít pro větší odběry. Vestavěný výměník bývá zpravidla o objemu 40 až 90 litrů. Toto ovšem nijak nesnižuje komplikovanost servisního zásahu a pro zákazníka může být značně časově nekomfortní zajištění včasného servisního úkonu. Pokud dojde k havárii tohoto typu akumulačního zásobníku, uživatel je v nezávidění hodné situaci. Tyto kombinované solární zásobníky jsou napojeny jak na ohřev vody, tak na přitápění, čímž může dojít k odstavení obou systémů. V jeden okamžik se tak můžete ocitnout jak bez teplé užitkové vody, tak bez možnosti vytápění. Navíc v případě havárie na větvi TUV může dojít k vyplavení technické místnosti skrze přetlakový ventil otopného systému, který má nižší otevírací tlak, než systém TUV. Proto v případě dostatečného prostoru v technické místnosti doporučujeme oddělit solární zásobníky pro přitápění a solární ohřev vody. Solární ohřev je pak řešen trojcestným ventilem, který řídí solární regulace na základě teplotních požadavků.

Obrázek č.1 - Schéma solárního přitápění a ohřevu vody s vnořeným zásobníkem TUVSolární ohřev TUV a přitápění s vnořeným zásobníkem vody 

Obrázek č.2 - Schéma solárního přitápění a ohřevu vody skrze průtočný výměník TUV

Solární přitápění a ohřev vody skrz průtočný výměník


Kolik stojí solární systém k ohřevu TUV a přitápění?

Zpravidla se jedná o statisícovou záležitost. Celou realizaci prodražuje celá řada rozličných faktorů, zejména: větší časové nároky na provedení realizace, větší objem nemrznoucí směsi  v solárním systému, větší délka potrubí, větší množství propojovacích prvků, více konstrukčních prvků k uchycení solárních kolektorů, větší expanzní nádoba, a v konečném důsledku i větší náklady na servisní úkony, které budou zpravidla častější, než u systémů řešených pouze k ohřevu teplé užitkové vody.

Aktuálně lze v programu Nová zelená úsporám čerpat na realizaci solárního ohřevu s podporou přitápění v oblasti programu C 3.2. částku až do výše 50.000,- Kč a zároveň do max. výše 50% způsobilých nákladů. Částku lze navýšit ještě o 5.000,- Kč na vypracování projektové dokumentace žádosti v oblasti programu podpory C 5. Podmínkou pro přiznání výše uvedené částky je splnění požadavků SFŽP ČR na solární systém. Jedná se zejména o vypočtený měrný využitelný zisk solární soustavy min. 2200 kW.m2/rok, vypočtený měrný využitelný zisk solární soustavy min. 280 kW/m2/rok, minimální měrný objem akumulace k ploše apertury systému 45 l/m2. Dotaci lze přiznat bez požadavků na % pokrytí.


Shrnutí

Solární systémy k ohřevu teplé užitkové vody a přitápění by měli být realizovány po důkladném zvážení investičních nákladů k přínosu dané solární sestavy. Tyto systémy jsou vhodné pouze pro nízkoenergetické domy s nízkoteplotním způsobem vytápění do podlahového topení. Realizaci tohoto opatření by měla provádět zkušená renomovaná firma, není zde prostor pro amatérské provedení. Nesnažte se trvat na realizaci solárního přitápění obzvláště pokud se solárním přitápěním nebylo kalkulováno při návrhu a stavbě domu. Vzhledem k množství firem nabízejících solární systémy na našem trhu se může stát, že i prodejce má  méně znalostí či zkušeností se solárním ohřevem, než poptávající. Rada na závěr je: ptejte se, ptejte se. Čím víc se budete ptát, tím více se toho dozvíte a budete schopni selektovat mezi dodavateli těchto systémů. Jedná se především o Vaše investice.