Sluneční energie

Obecně o sluneční energii

Slunce jako hvězda je více než milionkrát větší než planeta Země a její průměr je přibližně 1,4 mil.km. Největší podíl zastoupených prvků mají helium a vodík. Forma skladby je podobná jako u ostatních hvězd nebo planet. Tudíž v jejím středu se nachází jádro, které svou funkcí připomíná termonukleární reaktor, z něhož uvolněná energie postupně prostupuje k chladnějšímu povrchu, tzv. fotosféře a který ji zásobuje energií 10 000x více, než mohou všichni lidé dohromady spotřebovat. Zde teplota povrchu dosahuje cca 6000.000°C. Silné magnetická pole pak zabraňují konvenci a jsou důsledkem toku obrovských elektrických polí uvnitř slunce. Další skladbou nad fotosférou je tzv. chromosféra a korona, kde teploty dosahují až 3000.000°C. Zde se vytváří silný sluneční vítr, který vzniká proudy unikajícími z korony a jehož rychlost je několik stovek km za vteřinu. Z astronomického hlediska se tedy skutečně jedná o jednu z hvězd, kterých jsou v galaxii miliardy. 

Další nutnou zmínkou je, že se jedná o bezpečný, neradioaktivní zdroj,  který vysílá své záření do všech směrů a jen nepatrná část dopadne na naši planetu. Naše planeta Země pohlcuje sluneční záření a díky tomu je zde vhodné prostředí pro náš život. Většina energie, která se nachází na naší planetě pochází ze slunce. Bez slunce si tak život nelze představit. Největší přírodní solární kolektor jsou tak hladiny tropických oceánů. Tyto povrchy dokážou  pohltit až 100 TW  a díky tomu dochází k jejich ohřevu. Díky rozdílu teplot při povrchu a dně oceánů dochází k uskladňování pohybové energie ve vodě a ta pohání mořské proudy a stará se o cirkulaci vody. Využití sluneční energie nemá žádné negativní dopady na životní prostředí. Její množství závisí na klimatických podmínkách jednotlivých částí zemského povrchu. Lze ji dobře využívat nejen v oblastech s dlouhým slunečním svitem, ale i s vyšší nadmořskou výškou. 

Využití slunečního záření 

V dnešní době jsou nejvýhodnějším způsobem získávání sluneční energie solární kolektory, které jsou vhodné zejména pro ohřev teplé užitkové vody, přitápění nebo ohřev vody v bazénu. Přímo lze využívat sluneční energii i vhodně postavenou a orientovanou stavbou, kdy např. nízkoenergetický dům svými okny dokáže využít slunečního svitu a vyhřívat místnosti. Další možností je využití fotovoltaických článků k přeměně sluneční energie na energii elektrickou. Z praktického hlediska lze považovat solární energii za nevyčerpatelný, jelikož „životnost“ slunce lze počítat na řády miliard let. V našich zeměpisných podmínkách dopadá na 1m2 okolo 1.000 kWh slunečního záření. Přepočteno na plochu a peníze, jedná se o energii v hodnotě statisíců, kterou zatím nevyužíváme. Na místo toho si necháme dodávat teplo z tepláren, uhlí, dřevo k topení, platíme výrobu, distribuci a spotřebu elektrické energie. 

Sluneční energie je zadarmo a je tu pro všechny z nás. Využívat tuto energii znamená chovat se ekologicky k planetě Zemi. Můžeme tak ušetřit v přepočtu statisíce korun a ještě odlehčit Zemi v období silného průmyslového růstu. 

Pasivní a aktivní solární systémy 

Při pasivním využití sluneční záření se mění na teplo pomocí stavebního řešení budovy, které vychází z obdobných principů jako skleník. Množství získané energie závisí na poloze, druhu, architektonickém řešení budovy a použitých materiálech. Doporučuje se používat skla a reflexní folií, která zabraňují zpětnému vyzařování tepla ven z místnosti a v létě zabraňují přehřívání. Pasivní systémy lze výborně využít u nově budovaných objektů (dekorativní a současně energeticky úsporné prvky). U starších objektů je možné dostavět prosklenou verandu, skleník. 


U aktivních systémů se sluneční záření přeměňuje na teplo pomocí zařízení tzv. solárních kolektorů. Teplo získané v kolektorech se využívá přímo k přitápění, k ohřevu vody nebo se může ukládat v akumulačních nádržích a využívat později (v noci, ve dnech se slabým slunečním svitem). Výhodou  solárních systémů je fakt, že slunce je nevyčerpatelným zdrojem energie. Dalšími výhodami jsou nízké provozní náklady (sluneční energie je zdarma) a vysoká životnost zařízení 15 - 20 let a jeho nenáročná obsluha. Sluneční energii ovšem nelze využít jako samostatný zdroj tepla. Pro celoroční využití je nutný doplňkový zdroj energie - zemní plyn, elektrická energie, kapalná paliva, atd. (kotel nebo akumulační zdroj energie v zásobníku tepla), který pokrývá zvýšenou potřebu v době, kdy je slunečního záření nedostatek. 

Podmínky a využití v ČR

V ČR jsou poměrně dobré podmínky pro využití energie slunečního záření, přestože množství sluneční energie v průběhu roku kolísá a největší množství sluneční energie dopadá v období, kdy spotřeba tepla je nejnižší. Ročně dopadá kolmo na 1 m2 plochy 800 - 1250 kWh solární energie. Od dubna do října 75% energie a 25% energie v období od října do dubna. Celková doba slunečního svitu v našich podmínkách se pohybuje v rozmezí 1400 - 1800 hodin za rok. V horských oblastech dosahuje doba 1600 hodin za rok, v nížinách jižní Moravy 2000 hodin.  Avšak vzhledem k našim klimatickým podmínkám a tím nerovnoměrné spotřebě tepla v průběhu roku je nutné solární kolektory kombinovat s dalším stabilním zdrojem tepla, např. elektrokotlem. Solární kolektory vyrábí nejvíce tepla v letních měsících, kdy je potřeba tepla nejnižší. Pokud bychom chtěli sluneční energii využít i v chladnějších měsících pro topení či předehřev topné vody, pak je nutné soustava s větším počtem kolektorů (10 a více podle velikosti objektu, atd.). V letních měsících pak přebytečné teplo využijeme například na ohřev vody v bazénu. Jak již bylo napsáno v úvodu, má ČR poměrně dobré podmínky pro využití solární energie a tak je vhodné zvážit  jak využijme teplo ze solárních kolektorů. Tepelnou energii je možné pro potřeby vytápění i dlouhodobě akumulovat v zásobnících. Základní podmínkou instalace kolektorů je pečlivá analýza výchozích podmínek a to nejen technických a ekonomických, ale i zvážení provozních podmínek. Důležité je také umístění solárních kolektorů. Měly by být orientovány na jihozápad, což umožňuje lepší využití energie zapadajícího slunce. Zajištěn by měl také být celodenní osvit (maximum výkonu nastává kolem 14 hodin). Nejvhodnější je umístění kolektorů s požadovaným sklonem 25 - 50 st. k vodorovné rovině, pro celoroční provoz je optimální sklon 30 - 45 st.. Je nutné zabránit zbytečným ztrátám energie, a to tak, že zajistíme co nejkratší rozvody mezi kolektorem, zásobníkem, výměníkem a jejich dobrou tepelnou izolaci. Chráníme kolektory před větrem (ochlazování kolektorů snižuje účinnost) a zpřístupňujeme je pro pravidelnou údržbu, čištění a kontrolu. Vhodné je také zateplit objekt  tepelnou izolací, tepelné ztráty se sníží až o 30 %, stejně jako spotřeba tepla.

Solární ohřev TUV s elektrickým dohřevem

Máte elektrický bojler a chcete ohřívat vodu soláry?

Přechod z elektrikou ohřívaných zásobníků vody bývá mezi klienty nejčastější. Důvodem je vysoká úspora nákladů při ohřevu teplé užitkové vody solárním systémem. Většina zákazníků využívá k ohřevu vody levnější sazbu s nočním proudem, zpravidla označenou dodaveteli elektrické energie D25d. Tato sazba Vám zůstane i při přechodu na solární systém, neboť ten je alternativně dohříván elektrickou topnou patronou. Získáte tak výhodu, kdy k ohřevu TUV budete užívat převážně sluneční energii a zároveň lze využívat nízký tarif na všechny spotřebiče domácnosti. Elektrická topná patrona dohřívá solární zásobník v období kdy je nedostatek slunečního svitu a solární kolektory nepokrývají svým výkonem požadavky na potřebu TUV rodinného domu. Stávající zásobník vody se demontuje a nahradí solárním zásobníkem s tepelným výměníkem. Tepelný výkon solárních kolektorů je sveden do výměníku umístěného při spodní části bojleru. Solární regulace dává pokyn k sepnutí čerpadla na základě rozdílu teplot mezi solárními panely (čidlo TS1) a čidlem umístěným v jímce zásobníku TS2. Solární čerpadlová jednotka zajistí cirkulaci nemrznoucí směsi mezi kolektory a zásobníkem, dokud nedojde k jeho celkovému ohřátí na požadovanou teplotu, nebo teplota na kolektorech neklesne pod požadovanou hodnotu. Elektrická topná patrona se umísťuje zpravidla do 1/2 výšky solárního zásobníku. Toto umístění patrony zajistí, že dojde k nahřátí pouze horní poloviny solárního zásobníku a v případě, že následně bude dostatek slunečního svitu, solární kolektory ohřejí bojler v celém jeho objemu. Umístění elektrické topné patrony ve středu zásobníku má významný vliv na správné dimenzování solárního systému. Zpravidla se při instalaci volí solární zásobníky vody o 1.5 až 2 x větším objemu, než doposud Vámi užívaný elektrický bojler. Jen tak lze zajistit co největší míru úspory elektrické energie a podpořit nejlepším možným způsobem návratnost investice do solárního systému. Regulace elektrické topné patrony je zajištěna termostatem s nastavitelnou požadovanou teplotou. Výkon elektrické topné patrony je nejčastěji v rozmezí 2 až 5 kW, v závislosti na velikosti zásobníku vody. Patrona je opatřena ochrannou tepelnou pojistkou. Níže uvedené schéma ilustruje možnost zapojení solárního systému k ohřevu TUV k Vašemu rozvodu teplé užitkové vody.

Obrázek obsahuje pouze schématické znázornění jednotlivých částí zařízení bez nároků na úplnost. Ke stažení v pdf: Schéma zapojení solárního systému

Schéma: solární ohřev TUV s elektrickým dohřevem

Schema solarni ohrev tuv s elektrickou patronou

 

Legenda 
V TUV Výstup teplé užitkové vody
ZK Zpěná klapka
TSV Termostatický směšovací ventil
EP Elektrická topná patrona s termostatem
EX Expanzní nádoba
VSV Vstup studené vody
NV  Napouštěcí a vypouštěcí ventil
VV  Vypouštěcí ventil
UV  Uzavírací ventil
PV Pojistný ventil
C Solární oběhové čerpadlo
TS1 Teplotní čidlo kolektoru
TS2 Teplotní čidlo nádrže

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ohřev solárním systémem a kotlem na tuhá paliva

Máte kombinovaný bojler a chcete ohřívat vodu soláry?

Pokud vlastníte kotel na tuhá paliva budete pravděpodobně ohřívat vodu v kombinovaném bojleru. Mnoho zákazníků přechází na solární ohřev vody, neboť si zvyklo ohřívat vodu kotlem i přes léto a tento způsob ohřevu vody jim již nevyhovuje. Samozřejmě, kombinované zásobníky mají integrovanou elektrickou patronu, přesto lidé z úsporných důvodů dávají přednost ohřevu vody celoročně kotlem. Ideální řešení v podobě úspory paliva a pohodlí skýtá volba solárního ohřevu, který zajistí teplou vodu mimo topnou sezónu. Stávající kombinovaný bojler bude demontován a nahrazen solárním zásobníkem se dvěma tepelnými výměníky. Do horního výměníku se napojí tepelný výkon z vašeho stávajícího kotle na tuhá paliva a spodní výměník slouží k ohřevu solárními kolektory. Zásobník - bojler má 2 jímky na snímání teploty. Horní jímka TS3 slouží k umístění teplotního čidla kotle, spodní pro solární systém. Solární zásobníky bývají stacionární, dopojení na kotel na tuhá paliva je ideální volbou pokud máte systém s nuceným oběhem, čerpadlem. Pokud máte otopný systém na bázi samotíže, je třeba předem toto napojení na solární zásobník řádně navrhnout. Úspora solárních zásobníků napojených na solární kolektory a kotel na tuhá paliva bývá největší, neboť se zcela vyhnete ohřevu vody elektrickým proudem. Období kdy solární systém ohřívá vody a vy topíte kotlem na tuhá paliva se překrývají, získáte tím tak co největší možnou úsporu v podobě dřeva, uhlí, pelet apod. Solární regulace dává pokyn k sepnutí čerpadla na základě rozdílu teplot mezi solárními kolektory (čidlo TS1) a čidlem umístěným v jímce zásobníku TS2. Solární čerpadlová jednotka zajistí cirkulaci nemrznoucí kapaliny mezi kolektory a zásobníkem, dokud nedojde k jeho celkovému ohřátí na požadovanou teplotu, nebo teplota na kolektorech neklesne pod požadovanou hodnotu. Solární kolektory zvyšují svůj výkon se zvyšující se intenzitou slunečního záření. Solární systémy ohřívají vodu v dostatečném množství zpravidla již od března, kdy stále ještě topíte. Teplá užitková voda je tak již zcela ohřátá, v opačném případě kotlem na tuhá paliva pouze dohřejete vodu na požadovanou teplotu. Stejně tak je schopen solární systém dostatečně ohřívat vodu i v období začátku topné sézóny, čímž opět razantně snížíte náklady na vytápění. Zásobník vody může být opatřen i elektrickou topnou patronou, pokud o to zákazník projeví zájem.

Níže uvedené schéma znázorňuje zapojení solárního systému ohřevu vody s kotlem na tuhá paliva. Obrázek obsahuje pouze schématické znázornění jednotlivých částí zařízení bez nároků na úplnost. Ke stažení v pdf: Schéma solární systém a kotel na TP

Schéma: solární ohřev TUV a kotel na tuhá paliva

Solární systém v kombinaci s kotlem na tuhá paliva

 

Legenda 
V TUV Výstup teplé užitkové vody
ZK Zpěná klapka
TSV Termostatický směšovací ventil
EP Elektrická topná patrona s termostatem
EX Expanzní nádoba
VSV Vstup studené vody
NV  Napouštěcí a vypouštěcí ventil
VV  Vypouštěcí ventil
UV  Uzavírací ventil
PV Pojistný ventil
C Solární oběhové čerpadlo
TS1 Teplotní čidlo kolektoru
TS2 Teplotní čidlo nádrže
TS3 Teplotní čidlo kotle 
KT tel na tuhá paliva