Proměnte sluneční záření ve vaše teplo

Slunce je základním energetickým zdrojem pro celou planetu. S výjimkou geotermální a jaderné energie jsou všechny ostatní energetické zdroje na Zemi přímo či nepřímo závislé právě na slunci. Jeho velkou předností je, že v následujících pěti až osmi miliardách let se nijak nechystá měnit ani cenovou politiku, ani objemy energetických dodávek. Byla by hloupost toho nevyužít.

Slunce nás denně zásobuje energií, která asi 13 000krát převyšuje denní energetickou potřebu lidstva. My jsme zatím naplno využili hlavně energii slunce uskladněnou ve fosilních palivech, což přineslo kromě pokroku i mnoho negativních dopadů na přírodu. Dny, kdy se budeme moct na fosilní paliva spoléhat, jsou už ale sečteny. Nastal čas na využívání přímé sluneční energie. 

Princip tepelného solárního systému: když slunce nesvítí na solární panely, tak se voda ohřívá klasicky. Solární ohřívač vody může při slabším solárním záření vodu přes solární panely předehřívat a kotel ji dohřeje na potřebnou teplotu. Během slunečných dní postačí k ohřevu vody pouze solární energie. Na objemu solárního ohřívače vody bychom neměli šetřit, protože čím je akumulace teplé vody větší, tím delší období se dá voda ohřátá sluncem využívat. Během slunečných dní neumíme přebytečnou sluneční energii skladovat, proto je dobré ji využít co nejefektivněji. Vhodnou alternativou je prostřednictvím slunečních kolektorů ohřívat vodu v bazénu. Používáním solárních systémů ušetříte více než 60 procent nákladů na ohřev vody. Foto: Wolf

Slunce a stavba

V rodinném domě máte momentálně dvě základní možnosti, jak můžete zapřáhnout slunce do práce. Pasivně a aktivně. Domy, které využívají sluneční energii pasivně, se snaží v maximální možné míře ji do sebe pojmout a následně si ji i udržet. Důležitá je přitom lokalita staveniště, správná orientace stavby, její tvarování, ale také kvalitní materiály a precizní realizace při využití převážně běžných stavebních postupů. Při aktivním využívání sluneční energie musíte zapojit i technologii, která ji promění v teplo nebo elektřinu. To znamená tepelné nebo fotovoltaické solární kolektory a s nimi související zařízení. Možnosti aktivního využívání sluneční energie jsou závislé na délce slunečního záření, která je u nás průměrně 1 750 hodin ročně, a její intenzitě, jejíž hodnota se pohybuje mezi  451 (říjen–březen) až 604 (duben–září) W/m². Obě tyto hodnoty jsou závislé na aktuálním počasí, a přesto že množství dopadajícího slunečního záření kolísá a nejvíce je ho v létě, kdy je nejmenší potřeba energie, podmínky pro aktivní využívání sluneční energie jsou u nás poměrně dobré.

Vakuové trubicové sluneční kolektory Attack s deseti trubicemi využívají jako tepelnou izolaci vakuum, vytvořené mezi dvěma skleněnými trubicemi. Na vnitřní trubici je nanesena vysoce selektivní absorpční vrstva. Získané teplo se odvádí speciálními hliníkovými lamelami do měděných trubiček, ve kterých proudí ohřívaná kapalina. Tepelné ztráty jsou díky tomu velmi malé a kolektory mohou získávat teplo i při velmi slabém slunečním záření (slunce za mrakem – difuzní záření) nebo při extrémně nízkých teplotách (nízká teplota vzduchu a vysoká teplota ohřáté kapaliny). Foto: Attack

Teplo ze slunce

Tepelné solární kolektory se nejčastěji využívají k ohřevu vody. Dají se použít i k podpoře vytápění, ale tyto instalace mají význam jen u nízkoenergetických a pasivních domů, kde lze k vytápění použít nízkoteplotní systém vytápění. Velmi oblíbené je využívání sluneční energie k ohřevu vody v bazénu. Princip získávání tepelné energie pomocí solárních kolektorů je jednoduchý. Kolektory zachytávají sluneční záření přes absorbér umístěný pod skleněnou plochou nebo ve vakuových trubkách, pohlcují maximální množství dopadající energie a účinně ohřívají protékající solární kapalinu. Získané teplo následně ohřívá pitnou nebo topnou vodu.

Součástí kvalitních plochých solárních kolektorů je bezpečnostní sklo o tloušťce 3,2 mm, které dokáže udržet více než 120kilogramovou zátěž. Odolá tak i nepříznivým povětrnostním podmínkám. Sklo plochého solárního kolektoru je matné, aby se na maximální úroveň zvýšila efektivita přeměny sluneční energie na teplo. Ploché kolektory prokazují v praxi vynikající poměr ceny a zisku tepla, přitom mají nejlepší účinnost během teplejších slunečných dní. Využívají se především k ohřevu vody. Foto: Wolf

Jak si správně vybrat?

Před samotným rozhodnutím o volbě typu solárních kolektorů si musíte ujasnit, k čemu je budete používat. Nejefektivnější je ohřívat jimi vodu, ale když se zvětší jejich počet, výborně poslouží i k dohřevu vody ve venkovním bazénu. V tomto případě můžete termické kolektory využít v zimě i k podpoře vytápění, protože během topné sezony už venkovní bazén nebude v provozu. Solární kolektory, respektive solární systém nedokáže pokrýt celoroční energetickou spotřebu objektu, je jen doplňkovým zařízením k hlavnímu tepelnému zdroji. V současnosti jsou na trhu dva druhy solárních kolektorů. Ploché kolektory se obvykle používají k ohřevu vody. Jejich průměrná roční účinnost je kolem 50 procent, přičemž nejlepší je během teplejších slunečných dní. Ploché kolektory prokazují v praxi výborný poměr ceny a zisku tepla.
Vakuové kolektory jsou technicky i cenově náročnější, ale protože dokážou lépe zachytit i difuzní záření, na rozdíl od plochých kolektorů mají, zejména v chladnějším období, vyšší solární zisk. Můžete je použít k ohřevu vody, ale hlavně k podpoře vytápění, k celoročnímu ohřevu vody v interiérových bazénech i k solárnímu chlazení.
Trubkové vakuové kolektory se vzhledem ke svým vlastnostem nehodí do hornatějších oblastí, kde je hodně sněhu. Jejich členitý tvar a izolační vakuum brání sněhu plynule tát a sesouvat se.
Potřebujete-li jen ohřívat vodu ve venkovním bazénu, postačí vám plastové absorbéry. Teplota vody, která je požadována při ohřevu vody v bazénu, je jen o málo vyšší než teplota okolního prostředí, takže jejich omezená odolnost proti tlaku a teplotám nevadí. Solární systém na ohřev bazénové vody může fungovat jako jednookruhový, když voda z bazénu poháněná oběhovým čerpadlem prochází kolektorem skládajícím se z propojených absorbérů. Zde se ohřeje a putuje zpět do bazénu. Kolektory z plastu jsou v provozu jen v létě a před prvními mrazy je nutné ze systému vypustit vodu.

Pro ekologickou a cenově dostupnou přípravu teplé vody je určena Solární sestava 1 se dvěma plochými kolektory. Kolektory auroTHERM VFK 145 V(H) jsou vyrobeny z ušlechtilých materiálů, čímž se dosáhlo vysoké schopnosti absorpce slunečního záření a z toho vyplývající vysoké účinnosti zařízení. Toto řešení nabízí uživateli úsporu až 60 procent. Foto: Vaillant

U solárních sestav je důležité, aby jednotlivé komponenty navzájem spolupracovaly. Samotný solární kolektor koupit nestačí, je potřebné dokoupit ohřívač vody s výměníkem, oběhové čerpadlo, expanzní nádobu, připojovací příslušenství a regulaci. Proto je výhodné koupit solární sestavu, která obsahuje vše potřebné a je zárukou kompatibility. Foto: Wolf 

Kam s nimi

Výběr slunečních kolektorů ovlivňuje jejich umístění. Ploché kolektory se totiž dají nejen umístit na střechu, ale i zabudovat přímo do střechy, čímž se ušetří náklady na střešní krytinu. Plochý kolektor je tak částečně chráněn před povětrnostními vlivy. Instalace kolektorů přímo do střechy představuje sice estetičtější řešení, ale finančně náročnější investici. Kolektor je však zespodu lépe chráněn před únikem tepla, proto má vyšší tepelný zisk. Nejvýhodnější je nastavit solární kolektory k jihu a naklonit je tak, aby se podle způsobu použití solárního systému využila energie slunečního záření co nejlépe. Při odchylce od jižního směru do 50° na východ nebo na západ ztrácíte jen kolem pěti procent sluneční energie, takže i tyto instalace jsou vhodné. Výška slunce nad obzorem se v průběhu roku mění – v létě je vyšší než v zimě. Při ohřevu vody je proto vhodný sklon solárního kolektoru kolem 30°, aby se co nejvíce využilo letní slunce. U systémů na podporu vytápění je nejvhodnější úhel sklonu kolem 45°.

Možnost uložení na šikmou střechu je výhodné i z finančního hlediska, protože potřebujete menší množství materiálu, což se odráží na ceně systému. Moduly kopírují střechu a i při zhoršených větrných podmínkách nevytvářejí odpor větru. V zimních měsících se panely (moduly) při výrobě energie jemně zahřívají a napomáhají tání sněhu. Foto: Mage Solar

Cena elektřiny ze sluneční energie ze zařízení s celkovým instalovaným výkonem od 30 do 100 kW (uvedeného do provozu od 1. 1.  2011 do 31. 12. 2011), umístěného na střeše nebo obvodovém plášti budovy spojené se zemí pevným základem, je podle výnosu Energetického regulačního úřadu (ERÚ) od 1. 1. 2012 stanovena na 6 020 Kč/MWh.

Použijte ucelený solární systém

Při výstavbě rodinného domu je velmi vhodné zvolit ucelený solární systém. Taková sestava obsahuje solární kolektory, ohřívač vody s výměníkem tepla, oběhové čerpadlo, expanzní nádobu, potrubí a regulaci. Často se využívá kombinace s různými zdroji tepla, jako jsou plynové kotle, kotle na dřevo (biomasu), krbové vložky či tepelná čerpadla. Především u kombinovaných systémů je pro správné a co nejefektivnější fungování důležitá kompatibilita jednotlivých prvků. Vhodné je proto použít celý systém od jednoho, podle možností renomovaného výrobce.
Solárními kolektory lze pokrýt 50 až 80 procent nákladů na přípravu teplé vody, přibližně 30 procent nákladů v případě podpory vytápění a 80 až 100 procent nákladů, jestliže je využijete jen k ohřevu vody v bazénu. Zahřát vás může i fakt, že využíváte obnovitelný zdroj energie bez produkce emisí způsobujících skleníkový efekt. Životnost solárních kolektorů dosahuje až 30 let a za sluneční energii vám nikdo nebude posílat účty, takže tato investice se vyplatí.

 
I takto uložený systém odolá větru až do rychlosti 160 km za hodinu. V našich podmínkách je taková plocha schopna vyprodukovat asi 6 500 kWh za rok, což představuje zhruba roční spotřebu průměrného rodinného domu. Foto: Mage Solar

Elektřina ze slunce

Fotovoltaické solární kolektory slouží k výrobě elektřiny, takže umožňují svým majitelům získat částečnou nebo i úplnou energetickou nezávislost. Navíc si takto můžete i vylepšit rodinný rozpočet, a to díky existenci státního výkupu elektřiny ze solárních systémů.
Fotovoltaické panely pracují na principu přímé přeměny světla na elektrickou energii (fotoelektrický jev). Základním prvkem panelů jsou solární fotovoltaické články. Sluneční záření dopadající na polovodičový fotovoltaický článek produkuje jednosměrný elektrický proud. Fotovoltaické články jsou integrovány do modulů s napětím 6 až 12 V a ty jsou elektricky propojeny do solárních systémů s výstupním napětím 230 V a více. Protože solární fotovoltaické kolektory produkují nízké jednosměrné napětí, součástí fotovoltaického systému musí být i měnič napětí, který ho přemění v nízké střídavé napětí s hodnotou 230 V. Nejrozšířenější jsou dnes fotovoltaické solární články na bázi křemíku, protože křemík je ve velkém množství obsažen v zemské kůře (je druhým nejrozšířenějším prvkem vůbec) a zároveň je i nejlépe prozkoumaným polovodičem.
Známe tři základní typy fotovoltaických panelů, které se od sebe liší konstrukcí, technologií výroby, účinností a cenou. Panely s monokrystalickými články se u nás používají nejvíce. Jejich účinnost je 13 až 17 procent. O něco levnější jsou panely s polykrystalickými články. Jejich nižší cena pramení z toho, že jde o jednodušší technologii výroby. S cenou však klesá i účinnost. Pohybuje se mezi 12 až 14 procenty (výjimečně až 16 procent). Posledním typem jsou panely s amorfními články. Jejich účinnost je od 7 do 9 procent, takže k dosažení požadovaného výkonu je nutná dvojnásobná plocha než při použití fotovoltaických panelů s monokrystalickými nebo polykrystalickými články. Celoroční výnos je ale o 10 procent vyšší. Tyto typy článků jsou momentálně nejlevnější a uplatňují se hlavně tam, kde je plocha pro osazení fotovoltaických panelů dostatečně velká.
Po propojení fotovoltaických panelů s řídicími a výkonovými prvky vzniká fotovoltaický solární systém. Můžete si vybrat ze dvou typů. V případě, že neexistuje možnost napojení na veřejnou distribuční síť nebo by to bylo příliš drahé, je k dispozici ostrovní fotovoltaický solární systém (systém off-grid). Momentálně se využívá například na horských chatách, na lodích nebo v obytných autech. Podmínkou je baterie, v níž se elektřina uskladní pro využití v době, kdy sluneční záření není dostatečné. Vzhledem k tomu, že baterie obsahují nezanedbatelné množství olova, získaná energie není v konečném důsledku až tak ekologická, jak bychom si mohli myslet. Existuje i fotovoltaický solární systém, v němž mimo kolektorů máte přídavný generátor na jiný zdroj energie (větrný, případně dieselový generátor). Jde rovněž o systém off-grid, ovšem nazývaný hybridní.
Nejrozšířenější a zároveň nejvýhodnější je solární fotovoltaický systém zapojený do veřejné distribuční sítě. Jeho výhodou je, že v době, kdy kolektory nepracují, můžete energii ze sítě odebírat, zatímco v době, kdy máte sluneční energie přebytek, ji můžete do sítě prodávat. Abyste jednosměrné napětí vyráběné kolektory přeměnili na střídavé, vhodné k dodávce do sítě, musíte mít do fotovoltaického systému zapojený i měnič napětí. 

Kvalitní fotovoltaický systém má životnost minimálně 25 let. Během tohoto období ztrácejí panely účinnost, přičemž úbytek výkonu je po deseti letech kolem osmi procent a po dvaceti pěti letech je to asi 20 procent. Návratnost investice závisí na konkrétní technologii, lokalitě, kde je systém nainstalován, a na způsobu financování. Investiční náklady by se vám měly vrátit za 8 až 10 let. Zároveň je za předpokladu splnění legislativních a technických podmínek zákonem garantovaná pevná výkupní cena energie a státem garantovaná doba výkupu na minimálně 15 let. Výkupní cena sluneční energie se každoročně valorizuje.

Finská společnost Ruukki nabízí novinku Liberta solar – fasádní systém, který přeměňuje sluneční záření na energii. Solární panely jsou založeny na fotovoltaické technologii tenkého filmu, která není závislá na slunečním teple nebo na slunečním záření, což umožňuje odběr energie i při zamračené obloze. Prosklené panely Liberta solar poskytují vizuální konzistentní, alternativní řešení pro všechny velikosti fasád, ale i pro rohy a otvory. Umožňují větší flexibilitu při návrhu a kompletní řešení fasád v kreativních kombinacích různých tvarů, materiálů a barev pro celou budovu. Foto: Ruukki 

Máme i závazky

Jako člen Evropské unie jsme se ve směrnici Evropského parlamentu a Rady o energetické hospodárnosti budov zavázali, že do roku 2020 snížíme spotřebu energie v Unii o 20 procent, zvýšíme energetickou efektivnost budov o 20 procent, snížíme celkové emise skleníkových plynů minimálně o 20 procent a z celkové spotřebované energie v Unii bude energie z obnovitelných zdrojů tvořit 20 procent. Cíle jsou to vysoké, ale jejich naplnění u nás doma zatím vázne.

TEXT: Nora Škripcová
FOTO: Attack, Hpower sk, Mage Solar, Vaillant, Protherm, Ruukki, Wolf, Schüco    
Odpovědný redaktor: Matej Šišolák
Zdroj: časopis HOME. JAGA MEDIA, s.r.o.