Obr.1: Střední hodnoty úhrnů globálního záření na Zemi
Obr.2: Střední hodnoty úhrnů globálního záření v ČR ((c) European Communities, 1995-2004)
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.
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.
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 |
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).
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.
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.
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.
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