Rubriky

Stránky jsou archivovány Národní knihovnou ČR

Solární kolektory

Tyto obnovitelné zdroje energie lze využít pouze pro výrobu tepla. Solární systémy (na bázi solárních kolektorů) slouží k ohřevu teplé užitkové vody, k doplňkovému vytápění domů v přechodných obdobích roku, k vytápění bazénů, skleníků a pod. Tyto systémy mají některá specifika vyplývající zejména ze stanovení průměrné doby slunečního svitu v dané lokalitě a jeho intenzity a ročního objemu výroby tepla jako základního ukazatele pro ekonomickou analýzu projektu.

Kriteria výběru a účelnosti instalace solárního systému.

  • dispozice lokality pro instalaci solárního systému
  • posouzení výběru a vhodnosti lokality, stanovení průměrné doby slunečního svitu a jeho intenzity
  • stanovení účelu a potřeby tepelné energie ze solárního systému
  • technologie vlastního solárního systému
  • propočty roční výroby tepelné energie
  • výnos projektu porovnáním se stávajícím nebo jiným klasickým způsobem vytápění

Obvykle je navrhován nebo posuzován projekt na výstavbu solárního zařízení pro zásobování již existujícího objektu. Proto je nutno v tomto případě vždy vyhodnotit stav před realizací projektu a posléze jej porovnávat se stavem po předpokládané realizaci.

V případě realizace projektu výstavby solárního zařízení pro nový nebo připravovaný objekt je třeba porovnat stav po realizaci projektu s hypotetickým klasickým (obvykle užívaným) systémem.

Meteorologické podklady (doba a intenzita slunečního záření)

Z hlediska využívání solární energie je nejdůležitějším faktorem intenzita záření a počet hodin slunečního svitu v jednotlivých ročních obdobích, příp. součinitel znečištění atmosféry.

U malých systémů je možno použít průměrné údaje pro Českou republiku:

Roční období Průměrná doba slunečního svitu

[h]
Průměrná intenzita slunečního záření *)
I
[W/m2]
Průměrná teplota vzduchu
tv
[°C]
duben - září 1 320 604 19,65
říjen - březen 430 451 2,72
Rok 1 750    

*) Pozn.: Při sklonu kolektoru 35 až 45° k vodorovné rovině (orientace na jih).
h - hodina

Pro větší projekty je účelné vyžádat si údaje nejbližší hvězdárny nebo meteorologické stanice.

Obvykle vzhledem k  podmínkám v ČR a z toho vyplývající investiční náročnosti se navrhují solární kolektory především ke krytí části potřeby teplé užitkové vody (TUV) v rámci roku.

Na př. pro větší solární systém o průměrné měsíční spotřebě TUV ve výši cca 10 GJ/měs. je nutno mít k dispozici plochu solárních kolektorů cca 25,2 m2. Pak krytí potřeb TUV solárními kolektory bude:

Z uvedeného vyplývá solární kolektory budou krýt cca 57,5% celkové roční potřeby TUV.

Při takto navrženém systému většinou nehrozí přehřátí v letním období a nedochází k nadbytečné instalaci solárních kolektorů.

Technologie solárního systému

  • typ kolektorů, popis, vlastnosti
  • orientace kolektorových ploch
  • výměníkové a akumulační systémy
  • zajištění odvodu tepla v letním období (nebezpečí přehřátí systému)
  • způsob konečné spotřeby vyrobeného tepla

Základní činností je posouzení, zda projekt využití solární energie obsahuje všechny důležité údaje a zda je řeší v souladu s požadovanou technickou úrovní. U větších systémů je důležité posoudit i případně navrhovaný řídící systém a jeho řídící programy.

Dále je potřebné od výrobce solárních kolektorů získat křivku účinnosti, kde na vodorovnou osu se uvádí parametr A (v m2K/W) a na svislou osu okamžitá účinnost kolektoru (poměr zachycené energie kolektorem/dopadající energie na kolektor).

Vzhledem k tomu, že zachycené množství energie je funkcí střední teploty vlastního absorbéru
tm = (tvstup + tvýstup)/2 stanoví se parametr A ze vzorce:

A = (tm - tv) / I

Odečtením z grafu (křivka účinnosti) získáme hodnoty účinnosti pro jednotlivá časová období.

Obvyklé průměrné hodnoty se dnes pohybují v následujících relacích:

  Mezní účinnost
[%]
Dosahovaná účinnost
[%]
Plochý kapalinový kolektor (zasklený) 90 80 - 85
Systém (s výměníkem) celkem   30 - 40
Plastový absorbér 90 30 - 55

Důležitý je i způsob zapojení slunečních kolektorů do celkového systému. Využitelná energie ze solárního systému se samozřejmě snižuje o ztráty v jednotlivých částech systému (potrubí, výměníky, zásobníky a pod.

Tabulka základních technických údajů projektu solárního systému:

Výrobce solárního systému  
Typové označení výrobce  
Kolektor
Výška/šířka/tloušťka (mm)  
Absorpční plocha (m2)  
Hmotnost (kg)  
Vodní obsah (l)  
Pracovní přetlak - doporučený  
Pracovní přetlak - max. povolený  
Účinnost (%) za definovaných podmínek  
Objemový průtok (l/h) - průměrný  
Tlaková ztráta při daném průtoku  
Absorptivita a  
Emisivita e  
a / e  
Systém
Počet kolektorů (ks)  
Umístění kolektorů (místo)  
Sklon kolektorů  
Orientace kolektorů  
Celková absorpční plocha (m2)  
Teplonosná kapalina  
Použitý výměník  
Použitý systém regulace  

Ocenění potenciálu výroby tepla po realizaci projektu

Vyhodnocuje se předpokládaná roční výroba energie, v tomto případě tepla. Obecně se vychází z počtu hodin slunečního svitu v daném časovém období, intenzity slunečního záření a účinnosti odečtené z křivky účinnosti při parametru A (vypočteném pro dané období).

Teplo ETi vyrobené za dané časové období roku i:

ETi = h. I . η

kde:

h = počet hodin slunečního svitu,
I = průměrná intenzita slunečního svitu,
η = účinnost kolektoru
i = časové období (např. duben až září)

Roční objem výroby tepla:

ET = ∑i ETi (kWh/m2)

Vypočtený objem tepla je třeba snížit o ztráty, vznikajících v dalších částech solárního systému, vč. odečtení vlastní spotřeby energie (např. pohon čerpadel, natáčení kolektorů).

Stanovení ročního výnosu

Lze pak spočítat budoucí úspory nákladů na získání energie (tepla) ve srovnání se stávajícím způsobem (nebo jiným klasickým způsobem).

Úspory nákladů na energii je nutno korigovat i o další provozní náklady. Ty závisí na daném technologickém uspořádání systému a ostatních provozních nákladech (náplň systému - ztráty, čištění kolektorových ploch, drobné opravy apod.).