1 Předpoklady pro využívání sluneční energie

1.1 Energie slunečního záření

Slunce je naším ústředním dodavatelem energie. Je to koule z plynné hmoty, v jejímž středu neustále probíhají jaderné fúze.
Část slunečního záření nám je k dispozici na Zemi. Toto záření umožňuje život na naší planetě. Určuje všechny přírodní pochody, které jsou pro náš život nepostradatelné, jako například déšť, vítr, fotosyntézu, mořské proudy a mnoho jiných.
Pokrývání světových energetických potřeb bylo odjakživa založeno na slunečním teple.Také fosilní zdroje energie (ropa, zemní plyn, uhlí) nejsou ničím jiným, než přetransformovaným slunečním zářením.
Intenzita záření na povrchu Slunce při teplotě 5500 oC činí asi 63 000 kW/m2. Z tohoto množství energie obdrží Země pouze malý, ale přesto velmi významný zlomek. Samotná energie záření dopadajícího na zemskou pevninu činí 219 000 000 miliard kWh ročně, což odpovídá 2 000-násobku současných světových energetických potřeb. Na vnějším okraji zemské atmosféry představuje průměrná intenzita záření 1 367 W/m2 (sluneční konstanta).
Při průchodu vzdušným obalem Země se část záření ztrácí, takže v létě je za jasného, pěkného slunečného dne k dispozici 800 W/m2 až1 000 W/m2 (tzv. globální záření k dalšímu využití).

1.1.1 Globální záření

Doba slunečního svitu a intenzita záření jsou závislé na zeměpisné poloze, ročním období a na povětrnostních podmínkách. Roční úhrny globálního záření dosahují v nejslunečnějších oblastech Země z části přes 2 200 kWh/m2. V Česku je v některých oblastech dosahováno maximálních hodnot o velikosti 1250 kWh/m2.
Globální záření se skládá z přímého a rozptýleného záření. Přímé sluneční záření je to, které rozptýleno nebylo, jak je silné, poznáme např. podle hloubky stínů. Rozptýlené záření přichází z celé oblohy (za jasného počasí ale hlavně z těsného okolí Slunce) i od osvětleného terénu. Je ho tím víc, čím je Slunce níže na nebi (tedy čím delší je cesta záření atmosférou), čím je ovzduší prašnější a samozřejmě čím více je na nebi oblačnosti. Jeho průměrný podíl je závislý na klimatických a geografických podmínkách, jakož i na nadmořské výšce.

Obr.1: Střední hodnoty úhrnů globálního záření na Zemi

Obr.2: Střední hodnoty úhrnů globálního záření v ČR ((c) European Communities, 1995-2004)

Zatímco v letním úhrnu představuje podíl rozptýleného záření přibližně 50 % z globálního záření, je tento podíl v zimě ještě značně větší. Čím je však podíl difúzního záření vyšší, tím nižší je využitelná energie globálního záření.
Střední hodnoty ročních úhrnů globálního záření na horizontální rovinu jsou znázorněny na obrázcích č.1 a 2. Obrázek č.2 představuje úhrn globálního záření dopadajícího v průběhu jednoho roku na území různých regionů v Česku. Roční nabídka slunečního záření kolísá mezi 1 000 kWh/m2 a 1250 kWh/m2. Průměrná doba slunečního svitu činí v Česku cca 2 000 hodin.

Obr.3: Roční průběh globálního záření na horizontální rovinu ve dnech bez oblačnosti. Zeměpisná šířka 48o, stupeň zákalu dle Linka 4,0, nadmořská výška 200 m.

Tab.1: Úhrny globálního záření na horizontální rovinu ve stanovišti Graz v různých obdobích roku

květen-září 710 kWh/m2
říjen-duben 412 kWh/m2
listopad-únor 142,9 kWh/m2

Na letní polovinu roku připadnou tři čtvrtiny slunečního záření. Naproti tomu v měsících s nejvyšší spotřebou tepla (od listopadu do února) dopadne pouze šestina ročního souhrnu energie (to je ostatně důvod, proč se bez topení neobejdeme).
Pro dimenzování solárních zařízení jsou rozhodující dlouhodobé průměry globálního záření, které jsou zaznamenávány meteorologickými stanicemi. Tabulka č.2 znázorňuje rozmezí měsíčních průměrů globálního záření ve vybraných rakouských a německých lokalitách. Lze tu jasně rozpoznat, že výše položená místa jsou zvýhodněna především v zimě, protože jsou nad nízkou oblačností a mlhou. Naproti tomu je zřejmé, že poněkud nižší hodnoty záření v nížinách se na různých místech moc neliší. Obecně lze tedy říci, že v celém Rakousku podobně jako v Česku jsou srovnatelně dobré předpoklady pro využívání slunečního tepla.


Obr.4: Srovnání hodnot globálního záření dopadajícího na horizontální rovinu v různých evropských městech

1.1.2 Přeměna slunečního záření na různé formy energie

Již ze vzájemného působení slunečního záření a zemského povrchu vzniká celá řada přirozených procesů transformace. Valná část slunečního záření jen ohřívá naše prostředí. Každodenně zvedá teploty vzduchu, půdy a povrchové vody, ostatně ohřívání interiérů skrze okna představuje doposud hlavní obnovitelný zdroj energie.
Až několik promile záření je prostřednictvím biochemických procesů přeměněno v biomasu (rostliny). To platí také pro fosilní zdroje energie - uhlí, ropu a zemní plyn , které lze pokládat rovněž za sluneční energii uloženou tímto způsobem, ale takovou, která již před miliony let vystoupila z přírodního koloběhu.
Až čtvrtina slunečního záření se využije k vypařování vody, znovu se srážející voda spolu s rozdíly teplot pohání vítr a ten potom vlny, zkondenzovaná voda dává vznik vodním tokům. Z těchto procesů vycházejí metody pohonu strojů, které jsou využívány již dávno, nověji se užívají k pohonu generátorů konajících elektrickou práci.
Při prvním ropném šoku v letech 1973/74 se stal veřejně známým fakt, že naše současné hlavní zdroje energie - uhlí, ropa a zemní plyn nejsou k dispozici neomezeně a mimo to představuje spalování fosilních zdrojů energie zátěž pro životní prostředí ve formě skleníkového efektu a kyselých dešťů, což v nedávné době vedlo až k otázce o samotném přežití lidstva na Zemi.
Východisko z této situace nabízí mimo jiné i zvýšené využívání slunečního záření prostřednictvím solárních systémů pasivních (solární architektura) a aktivních (fototermická a fotovoltaická zařízení). Při pasivním využívání slunce je pomocí vhodné architektury a konstrukce stavby maximalizováno ohřívání jejího interiéru v chladných obdobích a naopak vhodně sníženo v obdobích veder.
Při aktivním využívání může sluneční záření konat dopadem na polovodičové články elektrickou práci, daleko běžnější ale je, že ohřívá nějaké médium protékající slunečními kolektory.

Tab. 2 Průměrné měsíční a roční úhrny globálního záření na horizontální rovinu. (Údaje v kWh/m2)

leden únor březen duben květen červen červenec srpen září říjen listopad prosinec ročně
Hradec Králové 22,1 39,8 76,2 115,7 160,8 163,8 162,7 142,2 92,9 57,0 23,8 17,1 1074
Praha-Karlov 21,8 38,3 69,6 109,5 150,9 146,2 153,8 136,0 84,8 54,5 22,6 16,1 1004
Ostrava-Poruba 24,9 40,7 69,9 101,8 145,6 140,3 146,2 122,7 79,9 56,8 25,6 18,1 972
Kuchařovice (JM) 26,1 47,8 81,3 121,9 164,9 166,1 169,1 142,4 94,2 59,9 26,8 19,3 1119
Kocelovice (JČ) 26,5 46,4 77,3 115,7 158,5 156,6 165,3 145,4 91,9 58,4 26,9 19,0 1087
Wien 25,2 43,0 81,4 118,9 149,8 160,7 164,9 139,7 100,6 59,8 26,3 19,9 1090

2 Využití sluneční energie v termických solárních zařízeních

Solární zařízení jsou systémy, které prostřednictvím technických zařízení (kolektorů) využívají teplo přinášené slunečním zářením k ohřevu tekutiny, kterou pak přivádějí ke spotřebiči (zásobník teplé vody, topná soustava budovy, plavecký bazén). Hlavním stavebním dílcem solárního zařízení je kolektor čili sběrač (slunečního záření).

2.1 Kolektory

2.1.1 Absorbéry z umělých hmot k ohřevu vody v bazénech

Absorbéry z umělých hmot se vzhledem k jejich omezené odolnosti proti tlaku a teplotám používají hlavně k ohřevu vody pro plavecké bazény. V tomto případě je požadovaná teplota jen o málo vyšší než teplota okolí. Pak není potřeba žádný kryt, protože tok tepla z absorbérů do okolí je nevelký, kryt by ubral slunečního záření natolik, že by výkon kolektorů byl nakonec nižší. Kolektory skládající se jen z propojených absorbérů bývají instalovány na plochou střechu, vhodnější a jednodušší je, když leží na střeše mírně šikmé. Protože jsou z nekorodujícího materiálu, mohou být provozovány v jednookruhovém systému, kde chlorovaná voda z bazénu je pomocí oběhového čerpadla proháněna přímo absorbérem - není tedy potřeba oddělit solární okruh od skutečně využívané vody předavačem tepla.


Obr.5: Solární zařízení pro plavecký bazén provozováno v jednookruhovém systému.

Pokud je již k dispozici filtrační čerpadlo, může být použito i pro solární okruh. Předpokladem je odpovídající kapacita čerpadla. Kolektory z umělých hmot jsou v provozu pouze v letní polovině roku a může být potřeba je před prvními mrazy vyprázdnit.
Ploché kolektory, které jsou popsány v kapitole 2.1.4, je vhodné použít pro ohřev vody v plaveckém bazénu tehdy, když má být kromě bazénu zásobován také jiný spotřebič (příprava teplé pitné vody, vytápění budovy).


Obr.6: Solární zařízení pro plavecký bazén provozováno v dvouokruhovém systému.


Obr.7: Absorbér k ohřevu vody v plaveckém bazénu

2.1.2 Koncentrující kolektory

V koncentrujících kolektorech je přímé sluneční světlo válcovými, většinou parabolickými zrcadly koncentrováno na potrubí nebo kulovými zrcadly (přesněji může jít o paraboloid) do jednoho ohniska, v něm lze dosáhnout velmi vysokých teplot.
Tyto kolektory se používají především v solárních elektrárnách k ohřevu pracovní látky na vysokou teplotu (250-800oC).
Koncentrující kolektory ale mají tu nevýhodu, že hustotu toku rozptýleného záření zvýšit neumí vůbec nebo jen málo a že mimo slunečné počasí jsou jejich zisky zanedbatelné. K tomu se přidává nákladné naklápění zrcadel za sluncem, aby záření bylo stále soustřeďováno na absorbér.
Taková složitá, drahá a poruchová zařízení nejsou nutná u kolektorů plochých, které mohou být instalovány přímo na střeše domu nebo na podstavci na zemi.

2.1.3 Vakuové kolektory

Vakuové kolektory bývají většinou z výrobně-technických důvodů provedeny ve formě řady trubic. Při tom je úzký, selektivně povrstvený pás absorbéru zavěšen do skleněné trubice, která sluneční záření téměř nepohlcuje a je tepelně odolná. Pomocí vysátí prostoru mezi skleněnou trubicí a absorbérem (nebo mezi stěnami duté skleněné U-trubice) jsou ztráty podstatně redukovány. Nemůže zde docházet ani ke konvekci (nemá co proudit) ani ke ztrátám z důvodu tepelné vodivosti vzduchu.
Trubicové vakuové kolektory jsou ale velmi "děravé" a proto s nimi na jednotku plochy, kterou zabírají na střeše či na fasádě, nelze získat v zařízeních na ohřev pitné vody vyšších ročních výnosů tepla než s hi-tech kolektorem plochým. Výhodu začínají mít až při použití technologickém, při pracovních teplotách nad 60 stupňů. Ekonomické ale nejsou ani tehdy, leda v případech teplot ještě mnohem vyšších. Především vinou své vysoké ceny se dosud příliš neprosadily. Jejich podíl na trhu představuje nyní v Rakousku přibližně 1 %.
Jako varianta technického provedení jsou nabízeny také evakuované ploché kolektory. Jejich parametry však nejsou lepší než u kvalitních běžných plochých kolektorů, hlavně proto, že vakuum v nich je velmi nedokonalé, i když se po letech vždy znovu vyčerpávají.


Obr.8: Vakuové trubicové kolektory

2.1.4 Ploché kolektory

Pro ohřev pitné vody a v rostoucí míře i pro účely vytápění bývají využívány převážně ploché kolektory. Protože se všechny dále zmiňované informace ohledně dimenzování a instalace vztahují k tomuto typu, bude zde popsán o něco přesněji.
Plochý kolektor se v podstatě skládá z pláště kolektoru, absorbéru, tepelné izolace a průhledného krytu.
Dopadající sluneční záření proniká průhledným krytem (sklem) a dopadá na absorbér. Ten záření pohlcuje (absorbuje) a tím se zahřívá. Pokud bychom z něj teplo neodebírali, zahřál by se na velmi vysokou teplotu.
Tento skleníkový efekt známe i z běžného života: v autě, které stojí krátkou dobu na slunci, teplota rychle roste - obzvlášť, je-li uvnitř tmavé vybavení. Také v tomto případě pronikne sluneční záření skrze okno a je při dopadu na tmavý povrch pohlceno. Dlouhovlnné infračervené záření, které ohřátá sedadla vyzařují, ale skrze sklo neproniká a ani horký vzduch ze zavřeného auta nemůže uniknout. Kolektor se od auta liší tím, že z něj teplo odvádíme; kovovým černým absorbérem protéká tekutina, jejíž teplota se přitom zvyšuje o řadu stupňů.


Obr.9: Řez plochým kolektorem

2.1.5 Tepelné ztráty plochého kolektoru

Sluneční záření nejprve dopadá na průhledný kryt kolektoru. Na obou jeho rozhraních se část záření odrazí (dohromady osm a více procent), část se pohltí během průchodu krytem, na absorbér tak dostane nanejvýš devět desetin dopadlého záření. Velikost ztrát odrazem je závislá na úhlu dopadu záření, i na počtu vrstev krytu a jejich indexu lomu. Ztráty pohlcováním v materiálu krytu jsou tím větší, čím menší je propustnost daného materiálu pro sluneční záření. Protože kryty z umělých hmot většinou rychle stárnou a stávají se stále více pohltivé, osvědčily se kryty skleněné.
Záření dopadající na absorbér je téměř všechno pohlceno. Kolik tepla lze z absorbéru odvést, záleží na vlastnostech povrstvení absorbéru. To by mělo mít vysokou schopnost absorbce (být co nejtmavší) a přitom co nejnižší koeficient emise. Schopnost absorbce je charakterizována koeficientem absorbce a. U povrchů natřených solárním lakem (černá disperzní termoplastická základní barva) i u dobrých selektivních povrstvení leží hodnota koeficientu absorbce mezi 0,94 a 0,97. Solární lak absorbuje většinou o něco lépe než selektivní povrstvení, je tedy o něco dokonaleji černý.
Ohřátý absorbér ale také sám vyzařuje (emituje). Toto záření (dlouhovlnné infračervené záření) se od slunečního záření liší vlnovou délkou. Vlnová délka, na které předměty nejvíce září, je nepřímo úměrná jejich absolutní teplotě. Slunce září nejvíce v oboru viditelném, na vlnové délce kolem půl mikrometru. Předměty kolem nás mají teplotu asi dvacetkrát nižší (300 K oproti šesti tisícům) a nejvíce proto září na vlnové délce kolem deseti mikrometrů. Takové záření, na rozdíl od slunečního, sklem vůbec neprochází; trocha se odráží, většina pohlcuje. Sklo se tím od absorbéru ohřeje a září o to více zase zpět na něj.
Vyzařování, a tedy i ochlazování absorbéru je úměrné emisnímu koeficientu (emisivitě) "e" povrchu pro takové dlouhé vlnové délky. Ta je u všech klasických materiálů v rozmezí 0,8 až 0,9, jen čisté kovy mají emisivitu 0,02 až 0,06. Až na konci dvacátého století byly vyvinuty speciální vrstvy obsahující kovy, které mají emisivitu také velmi nízkou, ale současně dobře pohlcují sluneční záření, nebo je naopak, na rozdíl od kovových vrstev, dobře propouštějí. Ty druhé se používají na okenních sklech, ty první na absorbérech. Protože se vůči dlouhovlnnému záření chovají úplně jinak než vůči slunečnímu, "vybírají si", říká se jim selektivní povrchy. Nejhorší mají emisivitu 0,20, nejlepší jen 0,04. Naproti tomu solární lak má běžnou emisivitu kolem 0,87, vyzařuje tedy až dvacetkrát více.
Emisivita je doplňkem odrazivosti do jedné. Povrchy, které mají nízkou emisivitu, mají také současně vysokou odrazivost pro záření stejných vlnových délek. Nejlepší absorbéry tak dlouhovlnné záření valnou většinou (z 95 %) odrážejí (pohltí jen 5 %), zatímco sluneční záření valnou většinou pohlcují (pohltí asi 95 % a odrazí jen 5 %). To se označuje jako selektivita.
Solární lak se nanáší až na hotový absorbér, zatímco selektivní povrchy se nanášejí na materiál, z nějž se absorbér sestavuje, předem v továrně (i když existovala i jakási selektivní samolepicí fólie). Staré metody vytváření selektivních povrchů s emisivitou přes 10 % využívaly nanášení galvanického, v elektrolytové lázni.
Vedle těchto tradičních postupů byly začátkem devadesátých let vyvinuty nové fyzikální postupy, techniky vakuového naprašování nebo napařování. Tato hi-tech povrstvení, která jsou ve srovnání s galvanickou metodou podstatně šetrnější k životnímu prostředí a energeticky méně náročná, dávají ty nejnižší emisivity, tedy nejnižší tepelné ztráty z absorbéru vyzařováním. Ve vyspělých zemích se začala masově uplatňovat koncem devadesátých let.
Tepelné ztráty ale vznikají také z důvodu tepelného proudění (konvekce) vzduchu. Rozhodující překážkou pro ně (a také pro ochlazování absorbéru větrem) je průhledný kryt kolektoru. Proudí ale také vzduch v dutině mezi absorbérem a krytem. Takové ztráty lze mírně snížit zvětšením tloušťky dutiny, mnohem více pak přidáním další dutiny oddělené další průhlednou vrstvou, stejně, jako to děláme v oknech. Každá taková další průhledná vrstva ale ubere minimálně jednu desetinu slunečního záření (hlavně odrazem) a sníží tak ohřívání absorbéru.Více tepla se tak z kolektoru stěží získá, nehledě na cenu takové další průhledné vrstvy. Bilance nákladů a výnosů přidáním druhé průhledné vrstvy nebývá v běžných případech zisková.
Ztráty konvekcí jsou menší u kolektorů fasádních, kdy ohřátý vzduch proudí nahoru podél absorbéru, místo aby se vydal rovnou ke sklu. Ze stejného důvodu lépe tepelně izolují svislá okna oproti oknům střešním (zvlášť výrazně se to projevuje u oken se selektivním povrstvením uvnitř dutiny, stejně jako u kolektorů se selektivními absorbéry).
Teplo uniká i za zadní strany absorbéru. Při použití dostatečně tlusté tepelné izolace ale jsou takové ztráty relativně malé.
V systémech na ohřev pitné vody mohou ploché kolektory při běžné spotřebě teplé vody dosahovat v závislosti na svém dimenzování tepelných výnosů 250 kWh/m2 až 550 kWh/m2 za rok.


Obr.10: Tepelné ztráty plochého kolektoru

2.1.6 Charakteristické ukazatele pro ploché kolektory

Důležitým měřítkem kvality slunečního kolektoru je průběh účinnosti (charakteristická křivka) kolektoru. Účinnost kolektoru je definována jako poměr tepla odevzdaného kolektorem ohřívané tekutině a slunečního tepla dopadlého na kolektor. Vysoká účinnost je žádoucí především u teplot nad 40 oC. Účinnost je určena následujícími faktory: druh a kvalita plochy absorbéru, jeho geometrický tvar, tepelná vodivost absorbéru, průsvitnost krytu, dále pak tepelné ztráty absorbéru vyzařováním, konvekcí a vedením tepla. Při kvantitativním srovnání se ukazuje,že pro účinnost jsou rozhodující především ztráty vyzařováním.
Účinnost je hodnotou, závislou na momentálních podmínkách provozu kolektoru - na rychlosti větru, ale hlavně na oslunění a teplotách. Charakteristická křivka kolektoru je závislost účinnosti na poměru teplotního rozdílu Tk - Tv (rozdíl průměrné teploty kapaliny v kolektoru a venkovní teploty) a příkonu slunečního záření na kolektor.
Nejvyšší běžně dosažitelná účinnost je taková, při které je průměrná teplota kapaliny protékající kolektorm Tk rovna okolní venkovní teplotě Tv (zhruba řečeno, nevznikají tepelné ztráty do okolí). Taková mezní účinnost bývá označována jako faktor konverze h0.

  • faktor konverze h0:
    účinnost kolektoru za podmínky, že průměrná teplota média v absorbéru je stejná jako teplota okolního vzduchu.
  • měrné tepelné ztráty U / W/m2K:
    průměrná hodnota tepelných ztrát kolektoru na jeden metr čtvereční jeho plochy dělená teplotním rozdílem mezi absorbérem a okolním vzduchem.
  • klidová teplota / oC:
    maximálně dosahovaná teplota absorbéru bez odběru tepla, která nastává při intenzitě záření 1000 W/m2 na vnější průhledný kryt a při teplotě okolního vzduchu 32 oC.

    Obr.11: Charakteristická křivka účinnosti kolektoru vybudovaného svépomocí AEE KT2000 (s absor-bérem TINOX). Průtok 250 kg/h., intenzita záření 800 Wm-2 vztaženo na prosklenou plochu, rychlost okolního vzduchu 3(±1) m/s.

    2.2 Typy solárních zařízení

    2.2.1 Solární zařízení k přípravě teplé vody

    K ohřívání pitné vody se v našich zeměpisných šířkách se vedle elektřiny nebo samostatného plynového ohřívače používá ústřední vytápění, ve kterém jsou spalovány různé formy uhlí, plyn, olej nebo biomasa. Pokud tento topný systém slouží v létě pouze pro přípravu teplé vody, pracuje kotel v mnoha případech s nejnižší možnou účinností o výši 20 % až 50 %. To znamená nejen velkou spotřebu paliva v poměru k využité energii, ale i enormní zatížení životního prostředí.
    V období, kdy se netopí, lze hospodárně a šetrně k životnímu prostředí ohřívat vodu pomocí solárního zařízení.
    Energie, kterou nám Slunce nabízí, postačí v letní polovině roku na pokrytí spotřeby teplé vody z 80 % až 100 %, podle velikosti zařízení. Pokud spotřebu teplé vody vhodně přizpůsobíme nabídce slunečního záření (ve dnech se špatným počasím se sprchujeme místo koupání), vystačíme v našich zeměpisných šířkách v letní polovině roku zcela bez dodatečného zdroje energie.
    V přechodném období a v zimních měsících teplo z kolektorů v každém případě vystačí pro předehřátí vody. Ta pak musí být ještě trochu dohřáta pomocí kotle nebo patrony pro elektrický dohřev. I v zimní polovině roku bývá ale ve slunečných dnech dosahováno solárním ohřevem teploty 30 oC až 50 oC. Úspory jsou tedy značné i tehdy.

    Zařízení se samovolnou cirkulací
    Tato zařízení jsou provozována samotížně, tedy bez oběhového čerpadla. Voda ohřátá v kolektoru stoupá vzhůru, chladnější voda ze zásobníku teče dolů (princip termosifonu). Ohřívání zásobníku trvá tak dlouho, dokud je absorbér teplejší než zásobník. Vztlakové síly jsou poměrně slabé a trubky proto musí být dostatečně dimenzovány. Potrubí by také mělo být co nejkratší a pokud možno bez oblouků, aby kladlo proudění co nejmenší odpor.


    Obr.12: Samotížné zařízení pro ohřev sprchové vody (Foto: Wilk)

    Nejjednodušší z těchto solárních zařízení na principu termosifonu jsou v provozu v zemích severní Afriky a jižní Evropy. Bývají většinou instalována na plochých střechách. V podstatě se skládají pouze z kolektorového okruhu s nemrznoucí kapalinou, zásobníku a potřebného potrubí. Složitější sestavu s dvěma zásobníky ukazuje obrázek 12.

    Solární zařízení s nuceným oběhem
    V našich klimatických podmínkách se používají téměř výhradně dvouokruhové systémy s nuceným oběhem, kde cirkulace v kolektorovém okruhu je dosahováno oběhovým čerpadlem. Tento systém se vyznačuje prostorovým oddělením kolektoru a zásobníku, neboť kolektory jsou většinou instalovány na střechu a zásobník umístěn do sklepa.

    Funkce solárního zařízení
    Teplo představované dopadajícím slunečním zářením je kolektorem (1) předáváno kapalině solárního okruhu (směsi vody a kapaliny zajišťující mrazuvzdornost), která proudí potrubím (2) do zásobníku/bojleru (3). Tam předavačem tepla (4) ohřívá pitnou vodu. Tepelný zásobník by měl mít takový objem, aby obsahoval zásobu ohřáté vody na několik dnů.


    Obr.13: Schéma solárního zařízení pro ohřev vody s nucenou cirkulací

    Instalováním přídavného topného tělesa (např. elektrického) (5) je zabezpečena dostatečná teplota ohřáté pitné vody i při déletrvajícím špatném počasí. Kapalina, která byla ochlazena předáním tepla do zásobníku, teče zpět ke kolektoru. Tlačí ji tam čerpadlo (6). Elektronický spínač (7) zabezpečuje, aby čerpadlo běželo pouze tehdy, když je od slunečního kolektoru očekáván energetický výtěžek - tj. kapalina v kolektoru je patřičně teplejší než pitná voda u dna zásobníku.
    Jak zásobník, tak i potrubí jsou dobře tepelně izolovány, aby bylo zamezeno zbytečným tepelným ztrátám. K dalšímu základnímu vybavení solárního zařízení patří teploměry (8) - jeden v potrubí s kapalinou vstupující do zásobníku a jeden pro kapalinu vystupující; je vhodné je mít co nejblíže zásobníku. Expanzní nádoba (9) vyrovnává změny objemu kapaliny při měnících se teplotách a udržuje v solárním zařízení vhodný provozní tlak.
    Brzda samotížné cirkulace (11) zabraňuje samotížnému proudění při zataženém nebi a v noci, když by naopak zásobník předával teplo chladnějšímu kolektoru. Přetlakový ventil (10) zabezpečuje, aby při nadměrně zvýšeném tlaku mohla kapalina ze solárního okruhu uniknout. Odvzdušňovací ventil (12) se montuje na nejvyšší místo, aby bylo možné vypustit plyn nashromážděný v nejteplejším místě okruhu. Dalšími doplňky zařízení jsou uzavírací a plnicí kohouty.
    V zimní polovině roku bývá zpravidla pitná voda v horní třetině zásobníku dohřívána topným kotlem prostřednictvím dalšího předavače tepla. Elektrický dohřev se tehdy u takových tzv. trivalentních zásobníků nepoužívá.

    2.2.2 Solární zařízení pro vytápění

    Senzační přírůstky na začátku devadesátých let, kdy instalovaná plocha kolektorů pro ohřev užitkové vody rostla v Rakousku ročně až o 100 %, ukázaly, že tepelná solární zařízení jsou vyzrálá a technicky spolehlivá. Tisíce zařízení každodenně demonstrují možnosti tohoto zdroje tepla, bezesporu nejšetrnějšího k životnímu prostředí.
    Stále více stavitelů, kteří jsou již motivováni solárními zařízeními pro ohřev pitné vody, uvažuje o využití slunečního záření také pro vytápění. Nabídka slunečního záření se vyvíjí vzhledem ke spotřebě energie nepřímo úměrně, tj. v létě, když moc potřeba topit není, je nabídka vysoká a v zimě, když je zapotřebí velké množství tepla, je nabídka nízká. To samozřejmě vede k otázce jak energii akumulovat.
    V zásadě je možné energii získanou v létě uchovat na zimu ve velkých zásobnících vody (sezónní zásobníky o objemu 70 až 150 m3 pro 130 m 2 obytné plochy) a vystačit tak pouze se slunečním zásobováním, jak dokazuje několik zařízení vybudovaných v minulých letech.
    Předpokladem pro plné (ale i jen částečné) solární vytápění je vysoká kvalita tepelného zaizolování budovy, tj. roční spotřeba topné energie musí být nižší než 50 kWh na metr čtvereční obytné plochy. Dalším předpokladem je nízkoteplotní vytápění, zvláště vhodné je vytápění podlahou nebo stěnami.


    Obr.14: "Haus Nader" je ze 100 % vytápěn sluncem

    Z ekonomického pohledu je sezónní akumulace solární energie pro stavby typu rodinného domu (pro 1-2 rodiny) velmi nákladná, není tudíž realizovatelná v širokém měřítku.
    Projektem zajímavým i z ekonomického hlediska je částečně solární vytápění. S kolektory o ploše 20 až 50 m2 v kombinaci s tepelnými zásobníky (1 až 5 m3), které jsou schopny vyhřívat dům několik hodin (během noci) až několik zatažených dnů může být vytápění pokryto až z 50 %. V porovnání se systémy vybavenými sezónními zásobníky jsou zde podstatně nižší náklady.
    V roce 2000 činil v Rakousku podíl těchto kombinovaných zařízení zhruba 50 % z celkové plochy ten rok instalovaných kolektorů. Při zhotovování absorbéru a montáži kolektoru lze za odborného dohledu přispět vlastní prací, což umožňuje instalovat solární systémy za výhodnou cenu.
    Protože se v těchto zařízeních používají poměrně velké plochy kolektorů (15 až 50 m2) a je požadována především vysoká výtěžnost v zimním období, bývají zde využívány výhradně pásové systémy se selektivní vrstvou. Tyto pásové systémy rovněž umožňují jednoduché hydraulické zapojení absorbérových polí, neboť mohou být provedeny jako velkoplošný kolektor. Podstatnými aspekty solárních zařízení pro vytápění jsou dále sklon plochy kolektoru, který by měl vzhledem k horizontální rovině činit přinejmenším 40 stupňů, a co nejlepší orientace k jihu.
    Svépomocná stavba těchto komplexních zařízení od stavitelů vyžaduje, aby se věcí důkladně zabývali. Proto v oblasti systémů pro částečně solární vytápění nabízí AEE detailní poradenství a plánování zařízení, které přesahuje běžné poradenství pro svépomocné stavební skupiny.
    Svépomocná práce se u zařízení pro solární vytápění ve většině případů omezuje na přípravu komponent v dílně, montáž kolektorů a instalaci potrubí do kotelny. Napojení na konvenční topný systém a instalace zásobníku bývá většinou provedena ve spolupráci s instalatérem.

    Obr.15: Zařízení pro solární přitápění, rodiny Walder/Klammer ve Villachu

    Obr.15: Schéma zapojení systému Walder/Klammer

    3. Dimenzování solárních zařízení pro ohřev vody