Složení solárního systému

Komponenty solárního systému

Solární systém určený pro celoroční provoz je vybaven nejen technologickými, ale také montážními prvky, které zabezpečí pevné uchycení solárních kolektorů na střeše objektu, popř. na konstrukci k tomu určené.


Solární kolektory

Součástí systému bývá zpravidla jeden či více solárních kolektorů. Kolektory se dále dělí na různé typy dle jejich provedení na ploché, trubkové apodobně. V České republice se nejčastěji volí ploché deskové kolektory, které jsou pro naše podnební pásmo vhodnější. Pro lepší účinnost a efektivitu vybíráme kolektory se selektivní absorbční vrstvou, které dokáží zachytit i odražené sluneční záření, difúzní a skrze absorbér přenášet více tepelné energie do výměníku v zásobníku vody. Absorbér kolektoru může být celoměděný či hliníkový. Technologie spojení absorbéru se sběračem bývá různá např. ultrazvukem svařové kolektory, laserem, či lisované apod. Co do rozměrů, tak se nejhojněji se používají kolektory o rozměrech 1.5m2 až 2.5m2. Rámy kolektorů mohou být vyrobeny jako jednokusý výlisek nebo být složeny z více částí a ty pak následně buď slepeny nebo přinýtovány.  Způsob výroby a typ absorbéru kolektoru určuje druh vývodů k napojení na hydraulický okruh. Výstup kolektoru tak může být zakončen nerezovým vlnovcem, měděnou trubkou či rýznými druhy kompenzátorů. Nejběžnější bývá ovšem měděné potrubí, kde se kolektory mezi sebou spojují mosaznými rozebíratelnými šroubeními. Sklo kolektorů bývá prizmatické, nízkoželezité, tvrzené, aby odolalo vějším vlivům jako jsou kroupy a díky své výrobní technologii zvýšilo propustnost slunečního záření. Použití silikonů je výhradně EPDM, které zaručí jejich dlouhodobou stálost a odolnost vůči slunečnímu záření. Pro nižší tepelné ztráty kolektoru způsobené sáláním do prostoru je kolektor chráněn skelnou vatou, vakuem, či dalšími dostupnými způsoby izolace. Kolektory lze umístit jak horizontálně, tak i vertikálně. Způsob uchycení je závislý na jednotlivých druzích kolektorů a jejich výrobcích. Mohou být zapojeny v sérii či paralelně.


Solární zásobník vody

Bojlery pro solární systémy dodává na trh celá řada domácích i zahraničních výrobců jako DZD Dražice, Tatramat, Cordivari, Tesy, Cosmo apod. Zásobníky určené pro ohřev vody zpravidla disponují jedním či dvěma výměníky a možností umístění elektrické topné patrony. Volitelně lze umístit el. topnou tyč i do příruby, samozřejmě v závislosti na typu a výrobci ohřívače. Do spodního výměníku je sveden tepelný výkon ze solárních kolektorů. Horní výměník slouží k zapojení alternativního dohřevu TUV např. kotelme na tuhá paliva, plynem, krbovou vložkou apod. Dále jsou zásobníky opatřeny otvory pro recirkulaci vody, přívod a odvod TUV, teplotní jímky a jímkou pro teploměr. Většina zásobníků jsou vyráběny jako stacionární s umístěním na podlahu. Každý zásobník je opatřen nožkami k případnému vyrovnání nerovnosti. Izolace je z tvrdého polyuretanu s nízkými tepelnými ztrátami pro lepší uchování teploty vody. Vnější plášť může být látkový, plastový, s ohledem na typ a výrobce. Horní část zásobníku bývá opatřena plastovými či látkovým víkem. Pod víkem se nachází anodová tyč, která slouží k ochraně proti elektrolytické korozi. Její životnost se pohybuje v závislosti na kvalitě vody od 1 do 5 let. Horní část zásobníku bývá zpravidla opatřena. Zásobníky bývají opatřeny ve spodní části velkou kruhovou přírubou, která slouží jako revizní a čistící otvor. 


Čerpadlová jednotka s regulátorem

K přenosu tepelné energie pomocí teplonosné kapaliny mezi solárními kolektory a zásobníkem slouží čerpadlová jednotka. Tato jednotka se skládá z několika armatur jako napouštěcí a vypouštěcí ventily, průtokoměr, zpětná klapka, tlakoměr a přetlakový ventil. Pomocí napouštěcích a vypouštěcích ventilů provádíme uvedení zařízení do trvalého provozu napuštěním solárního systému nemrznoucí směsí. Dále pak tyto armatury slouží k případným servisním zásahům. Zpětná klapka na solární jednotce slouží k zabránění zpětného vychlazování solárního zásobníku samotížným způsobem do kolektorů. Regulátorem průtoku umístěným na studené větvi jednotky jsme schopni nastavit potřebný průtok kolektory a průtokoměrem ověřit jeho správnost nastavení. Tlakoměr nás informuje o aktuálním tlaku v solárním systému, který by nikdy neměl klesnout pod požadovanou hodnotu. Přetlakový ventil je ochrana před roztžením solárních komponent vlivem změny objemu solární směsi v systému. Solární jednotky jsou opatřeny nízkoenergetickými čerpadly Grundfos či Wilo s regulovatelnými otačky řízeným pomocí extérního PWM signálu. Součástí jednotky jsou dále dva ventily, kdy lze uzavřít okruh mezi kolektory a zásobníkem. 

Efektivitu a účinnost přenosu tepelné energie zajistí solární regulátor. V závislosti na typu lze volit mezi několika hydraulickými schématy. Regulace nás informují o správném chodu solárního systému, teplotách na kolektorech a v zásobníku apod. Menu těchto regulací je plně v češtině a lze tak snáze procházet možnosti jeho nastavení. Solární regulátor při dosažení nastavených teplotních diferencí mezi kolektory a zásobníkem  dává impulz čerpadlu, které zajistí přenos ohřáté kapaliny z kolektorů do ohřívače vody. Regulace bývají vybaveny možností připojení k internetu a můžete tak snáze sledovat nejrůznější statistiky.


Expanzní nádoba

Každý systém je opatřen solární expanzní nádobou určité velikosti dle druhu instalovaného systému. Slouží k udržení tlaku mezi minimálním a maximálním možným provozním tlakem. Nádoba při slunečných dnech pohlcuje objemové změny nemrznoucí směsi vlivem její roztažnosti. Při dosažení varu nemrznoucí směsi v kolektorech dochází k její vytlačení směrek k expnzní nádobě. Při poklesu teploty následně kapalina kondenzuje a vytlačená směs se vrací zpět do solárních kolektorů. Nastavení tlaku nádrže se provádí při instalaci. Tlak v nádobě by měl být při každém provedeném servisu řádně zkontrolován a nastaven  na správné hodnoty.


Konstrukce pro solární systémy

Dle druhu zhotovení mohou být ocelové, hliníkové, nerezové apod. Každá instalace solárního systému má svou specifickou konstrukci a uchycovací prvky. K uchycení lyžin solárních kolektorů se používají různé háky v závislosti na typu střešní krytiny. Různé možnosti uchycení jsou dány různorodostí střešních krytin. Jedná se o falcované plechy, eternitové krytiny, Capacco krytiny, pálené či betonové tašky, kanadské šindele,moderní plechové střechy, rovné střechy a podobně. Všechny konstrukce určené pro solární kolektory by měly být řádně zafixovány proti možnosti pohybu a zaizolovány proti nežádoucím vlivům zatékání pod střešní plášt.

Význam zasklení kolektoru

Zasklení solárního kolektoru

Solární kolektory zasklíváme především  kvůli snížení tepelných ztrát absorbéru a jeho ochraně před vnějšími vlivy, působící na degradaci. Nevýhodou zasklení, pokud se to tak dá nazývat je snížení dopadu množství sluneční energie na absorbér kolektoru. Nutno zmínit také pohlcování slunečního záření vlastním materiálem skla. K zasklení solárních kolektorů používáme tedy skla s vysokou sluneční propustností. Nejčastěji používáme nízkoželezitá skla, která minimalizují optické ztráty. Přesto všechno není rozdíl nijak markantní. Pro příklad: u obyčejného skla při dopadu slunečního záření kolmo na absorbér je propustnost 89 %. U skla nízkoželezitého, solárního až 91%.

Způsob zasklení a vliv na optické ztráty solárního kolektoru

U jednoduchého zasklení solárního kolektoru způsobují ztráty odrazem mezi materiálem zasklení a vzduchem cca 8% propustnosti slunečního záření. Tyto ztráty odrazem lze eliminovat antireflexními povlaky. Nejčastěji se používají k tomuto účelu povlaky na bázi SiO2 nebo TiO2. Pokud použijeme běžný antireflexní povlak a to na obou stranách povrchu zasklení, lze zlepšit propustnost slunečního záření o cca 4%. Vždy bereme v potaz normálový úhel dopadu. Při volbě antireflexního povlaku klademe důraz na dlouhodobou odolnost proti vnějším vlivům. 

Zvyšování úhlu dopadu paprsků na kolektor a jejich vliv

Čím větší je úhel dopadu slunečních paprsků na solární kolektor, tím větší bude ztráta odrazem. Propustnost slunečního záření klesá až do úhlu 50st a potom nabírá prudký spád až na nulovou hodnotu u úhlu 90st. Abychom zvýšili propustnost slunečního záření  při vyšších úhlech dopadu, používáme tzv. prizmatická zasklení. Tento typ zasklení je charakteristický pyramidovým vzorem na vnitřní straně skla. Tato textura funguje jako optický rastr a láme sluneční paprsky do energeticky přínosnějšího směru na absorbér kolektoru. I při použití prizmatického zasklení docílíme ročně účinnosti vyšší přibližně o 1%. Zasklením kolektoru uniká přibližně 75% celkových ztrát solárního kolektoru. Zbývající podíl připadá na izolované části kolektoru. Větší počet zasklení zlepšuje tepelné ztráty solárního kolektoru, ale  snižuje jeho účinnost. Jednoduché zasklení je tak dostačující pro převod slunečního záření na tepelnou energii v teplotních úrovních 10 K oproti teplotě okolí.

Typy solárních kolektorů

V čem se liší jednotlivé typy solárních kolektorů?

Solární kolektory lze dělit podle řady možností. Nejčastější dělení kolektorů je dle druhu použité teplonosné látky. V našich klimatických podmínkách je pro většinu solárních kolektorů používána nemrznoucí směs na bázi propylenglykolu. Absorbér kolektoru je tvořen zpravidla trubkami, kterými protéká teplonosná směs a přenáší teplo z kolektoru na výměník. Solární kapalinové kolektory dle konstrukčního uspořádání dělíme na následující druhy.

Plochý nekrytý kolektor

Nejčastěji se jedná o nezasklený, plastový solární kolektor určený k ohřevu bazénové vody. Plast je odolný UV záření. Díky absenci zasklení dochází k lepším optickým vlastnostem tohoto kolektoru. Odpadá zde ztráta odrazem na zasklení. Nevýhodou jsou vysoké tepelné ztráty, omezená odolnost vůči špatným podmínkám a trvanlivost. Výkon a účinnost těchto kolektorů je ovlivňována okolním prostředím, teplotou, větrem apod. Tyto kolektory lze použít k nízkoteplotnímu ohřevu vody. 

Plochý neselektivní kolektor

Jedná se o zasklený solární kolektor s kovovým absorbérem. Povrch absorbéru bývá zpravidla opatřen černým pohltivým nátěrem. Tento typ kolektoru je vhodný k předehřevu vody. Uplatnění nalezne mezi zahrádkáři, lze jej použít na chatách a podobně. Jsou to převážně levné sezónní kolektory.

Plochý selektivní kolektor

Zasklený solární kolektor s kovovým absorbérem a selektivním povrchem. Sklo kolektoru bývá čiré nebo texturované.Tyto kolektory jsou u nás nejčastěji používané. Dle statistik z roku 2010 bylo těchto solárních kolektorů nainstalováno téměř 74.000 m2. Uplatnění naleznou při ohřevu teplé užitkové vody  a přitápění. Absorbér může být celoplošný nebo dělený do lamel. Spojení trubek s absorbérem lze provést laserově, ultrazvukem nebo nalisováním. Rám kolektoru bývá buď výlisek nebo složenina jednotlivých profilů. Lisovaný rám bývá těsný a kolektor je tak více odolný degradaci vlivem vlhkosti. Naproti tomu kolektor složený z více částí má zpravidla otvory, které zabezpečují jeho řádné odvětrávání. Tyto profily jsou pak buď slepeny nebo snýtovány k sobě. Nýtovaný kolektor v naší nabídce je Immo Logis GSS 200. Mezi kolektory s lisovanou vanou patří kolektory Apollon. Lepené kolektory nabízíme od firmy TWI- solární kolektory řady Sun Wing.

Plochý vakuový kolektor

Jedná se o deskový kolektor s kovovým selektivním absorbérem. Tlak uvnitř kolektoru je nižší, než atmosférický tlak. Tyto kolektory lze použít k ohřevu vody, ohřevu vody a přitápění. Díky sníženému tlaku v kolektoru dochází k nízkým tepelným ztrátám. Skříň kolektoru je vyrobena jako bezešvá vana a to díky požadavkům na co nejlepší těsnost. Aby sklo neprasklo díky rozdílnému tlaku, bývá zpravidla vyztuženo různými podpůrnými elementy. Pro případ úniku vakua je kolektor opatřen vývěvou k jeho opětovnému zavakuování. Vakuové kolektory nemají zadní tepelnou izolaci absorbéru. 

Trubkový vakuový kolektor

Solární kolektor opatřený plochým nebo válcovým selektivním absorbérem, který je umístěn ve skleněné vakuové trubici. Tyto kolektory lze rozlišit dle předávání tepla na přímo protékaný regist nebo teplenou trubici. Jsou to trubkové kolektory s válcovým zasklením. Vakuum minimalizuje přenos tepla a k přenosu dochází výhradně sáláním absorbéru. Na dně vakuové trubice lze pozorovat stříbrnou barvu usazeného baria. V kolektoru je getr, který slouží pro vyloučení výskytu zbytkových plynů. Pokud dojde k poškození solární trubice, getr změní barvu na hnědou, bílou nebo zprůhlední. Takto lze rozlišit poškozené vakuové trubice od funkčních. Dalším faktorem jak lze zjistit poškození kolektoru je ohřátá trubice. Standardně by měla být povrchová teplota na úrovni teploty okolí. Nízká tepelná ztráta způsobí v případě zapadání kolektoru sněhem jeho absolutní nefunkčnost i při slunečném počasí. Velkou nevýhodou je tak čekání na postupné odtávání vlivem působení slunečního záření. Dle konstrukce lze vakuové kolektory rozdělit na kolektor s jednostěnnou trubkou a plochým absorbérem (starší typy, původně se vyráběly v USA a Evropě) a kolektory s dvojstěnnou trubkou a válcovým absorbérem. (Je to čínský typ kolektoru. Výroba je převážně v Číně). Dle konstrukce je lze rozdělit na: 1. přímo protékané (koncentrické potrubí, U- registr) 2. s tepelnou trubicí (suché a mokré napojení). Vakuové kolektory jsou zpravidla velmi málo odolné vůči kroupám. V tomto ohledu je možnost poškození značně vysoká a doporučujeme zákazníkům tyto systémy nechat pojistit.