Ako využiť energiu zo Slnka - 2. časť
Táto malá séria článkov je venovaná základnej informácii, ako je možné využiť energiu Slnka. V prvej časti som sa venoval priamej premene slnečnej energie na elektrinu. Táto časť je zameraná na starší a pred pár rokmi ďaleko rozšírenejší spôsob využitia Slnka - fototermiku. Inak povedané premenu slnečnej energie na teplo. Ani tento článok si nekladie za úlohu vedeckú exaktnosť, skôr podať pochopiteľný prehľad niektorých možností využitia Slnka ako zdroja energie.
Premena slnečnej energie na teplo
Koncová požadovaná energia je teplo, preto sa nebudem zaoberať koncentrovanou energetikou, ktorá bola predmetom predchádzajúceho článku a teplo je iba medzistupeň pre produkciu elektriny.
Slnečný ohrev vody alebo vzduchu je princíp, ktorý je využívaný po stáročia. Avšak až moderné materiály umožnili vytvoriť v tejto oblasti samostatný systém. Fototermika ako zdroj tepla sa prudko začala rozvíjať v sedemdesiatych rokoch minulého storočia. Prispelo k tomu viacero faktorov. Asi najvýznamnejšími boli zlacnenie samotného materiálu, masovejšia produkcia a zásadný negatívny vplyv tej doby - energetická kríza.
Fototermika - typy zariadení
Najjednoduchší systém bol používaný už veľmi dávno prakticky všade na zemeguli. Ide o nádobu s vodou natretú tmavou farbou, ideálne na čierno. Slnečné žiarenie cez deň vodu ohreje a večer ju možno použiť na umytie, sprchovanie a pod. Aby sa takáto nádoba dobre ohriala nemôže byť tepelne izolovaná. Práve tu sa dostávame k zásadnej nevýhode tohto jednoduchého systému - v noci zásoba teplej vody opäť vychladne. Logickým krokom k rozvoju tohto systému bolo oddelenie ohrevu a uskladnenie teplej vody. Vodu ohrejeme v menšej nádobe bez izolácie a keď je teplá, odovzdáme ju do izolovanej väčšej nádoby - zásobníka. Takýmto spôsobom máme aj mimo slnečného svitu zásobu teplej vody na použitie. Bohužiaľ je to zásoba maximálne na niekoľko dní, potom aj v najlepšie izolovanej nádobe voda vychladne. To je základný popis fototermického systému.
V realite je samozrejme celý proces trochu zložitejší. Prispôsobuje sa geografickej lokalite, kde bude umiestnený a zámyslu použitia. V rovníkových lokalitách alebo v južných častiach Európy, kde prakticky nehrozia teploty pod nulou, je možné použiť tento jednoduchý systém a priamo ohrievať a ukladať vodu.
Foto: www.en.misolarcasero.com
Takéto systémy sa často realizujú aj svojpomocne. Myšlienka je jednoduchá: klasický plochý radiátor natrieť na čierno, zavrieť do drevenej bedne so spodnou izoláciou a navrch dať sklo (zamedziť ochladzovaniu vzduchom).
Dôležité však je, aby v systéme nezamrzla voda. Preto pred chladnejším počasím treba systém odstaviť a vodu vypustiť.
Avšak, pokiaľ sa v našich zemepisných šírkach chceme prevádzkovať systém celoročne, je treba vziať do úvahy aj dní, kedy je teplota hlboko pod nulou. Na ten účel boli vyvinuté dvojokruhové systémy. V primárnom okruhu - vystavenom vonkajším podmienkam - cirkuluje nemrznúca kvapalina. Tá sa zohrieva v kolektore a prenáša teplo do ďalšej časti zásobníka. Tu odovzdáva teplo druhej časti - vode. Odovzdanie tepla prebieha tepelným výmenníkom bez priameho kontaktu média a vody. Takýto systém odporúčam nechať inštalovať odborníkmi. Ide aj o to, že nemrznúca kvapalina v systéme je zväčša zdraviu škodlivá a jej únik môže mať vážne zdravotné následky pre toho, kto s ňou príde do styku. Rovnako treba brať do úvahy aj to, že teploty dosahované v kolektore v lete môžu dosahovať aj viac ako 100 °C.
Postupom času sa technológia kolektorov vyvíjala, a z obyčajnej plochej nádoby natretej na čierno sa stali zložitejšie, ale o to efektívnejšie systémy. Pôvodnú tmavú farbu nahradili selektívne konverzné vrstvy - špeciálna povrchová úprava prepúšťajúca viac slnečnej tepelnej energie ako normálna farba. Neskôr boli vyvinuté vákuové trubice s "teplovodnou rúrkou" - heat pipe.
Foto: Camel Solar
Vákuové trubicové kolektory priniesli zvýšenie účinnosti. Najmä vďaka tomu, že slnečné lúče ľahko prejdú vákuovou vrstvou a zohrejú absor-bér, ale teplo z absorbéru cez vákuum nepreniká (vákuum je veľmi dobrý tepelný izolant).
Foto: Thermo I Solar
Zásadný problém pri trubicových kolektoroch vzniká v zimných mesiacoch pri snehu a mraze. Sneh sa behom dňa čiastočne roztopí a usadí medzi trubicami. Večer a v noci však opäť zamrzne a naberá na objeme. Často môže dôjsť k poškodeniu trubíc až k ich zlomeniu. Tento problém vyriešili v slovenskom THERMO|SOLARe vyvinutím plochých vá-kuových kolektorov. Tie spájajú vynikajúce vlastnosti trubicových vákuových kolektorov a plo-chých kolektorov. Problém topenia a zamŕzania snehu nevzniká.
Z čoho sa skladá fototermický systém
Obrázok je často viac ako tisíc slov, a preto si pomôžem jednoduchým obrázkom:
1 slnečné kolektory
2 zásobník s výmenníkom tepla
3 expanzná nádrž
4 obehové čerpadlo
5 regulácia
6 kotol
Kolektory a zásobník už boli spomínané. Expanzná nádrž je nevyhnutný hydraulický bezpečnostný prvok. Obehové čerpadlo a regulácia je tiež bezpečnostný prvok, ale aj pomocník na dosahovanie efektívneho behu. Nakoľko je zásobník nižšie ako kolektor, teplá kvapalina nemá tendenciu ísť samotiažou a musí byť poháňaná čerpadlom. Výpadok čerpadla môže mať pre systém fatálne následky. O to sa stará regulácia. Kotol by v južnejších oblastiach nemusel byť zakomponovaný, ale nakoľko množstvo slnečnej energie je v našej lokalite menšie, málokedy dokáže fototermický systém zabezpečiť kompletnú celoročnú tepelnú sebestačnosť.
Odporúčania pri uvažovaní o inštalácii
Rozhodnutie o inštalácii je pomerne komplexné. Pred konečným rozhodnutím je dobré preštudovať si viac prameňov. Vhodné informácie možno získať od jedného z najväčších výrobcov, firmy THERMO|SOLAR alebo zo Slovenskej inovačnej a energetickej agentúry (Ako vybrať slnečný kolektor).
Pri rozhodnovaní by som chcel upriamiť pozornosť na základné zásady:
1. Zvážiť účel použitia fototermiky
2. Nájsť primerané umiestnenie
3. Určiť si výšku financií vložených do systému
4. Pokiaľ nebudete riešiť najjednoduchší systém, radšej realizáciu zverte odborníkom. Jedna z dôležitých výhod je, že preberajú aj zodpovednosť a záruku kvality.
Účel použitia fototermiky
Základ je, že chceme teplú vodu. Musíme si však ujasniť, na čo bude použitá, koľko a kedy ju potrebujeme. V zásade systémy môžeme rozdeliť na dve skupiny: prevažná spotreba v lete alebo v zime.
Letné systémy sú určené najmä na ohrev TÚV (teplej úžitkovej vody), tj. vody na umývanie a kúpanie. Prípadne na ohrev vody do bazénu. Zimné systémy sú skôr na podporu vykurovania budovy. Oba majú svoje výhody, ale aj zásadné problémy.
Tu sa dostávame k jednému podstatnému rozdielu medzi fototermikou a fotovoltikou. Fotovoltický systém funguje tak, že pokiaľ nie je potrebná elektrina zo systému, jednoducho sa vypne a okamžite prestane produkovať. To sa však pri tepelnom systéme nedá zrealizovať - najmä pri dvojokruho-vom. Obehová kvapalina je tesne uzavretá a zo systému sa nevypúšťa. Okrem prekrytia kolektorov tieniacim systémom (prakticky nerealizovateľné alebo drahé) ani nie je možné zamedziť ďalšiemu ohrievaniu. Pokiaľ systém navrhnete (sami alebo s odborníkom) na určitú produkciu teplej vody v lete, tak v zime jej určite nebude dostatok. Naopak pokiaľ bude systém dimenzovaný na pokrytie zimných mesiacov, tak v lete bude nadbytok tepla a teplej vody.
Ďalší moment je obdobie neprítomnosti - idete na dovolenku a teplú vodu teda nespotrebujete. Ďalší deň je však znovu pekne a systém dostane prídel slnečnej energiu a tú už nemá kam uložiť. Hrozí prehriatie a poškodenie systému.
Väčšina majiteľov, ktorí navrhovali fototermiku na zimné využitie, dospeli k nutnosti ukladania prebytočného tepla v lete a na to sa hodí najlepšie vonkajší bazén. Ten zväčša spotrebuje dostatok nadbytočného solárneho tepla.
Malá poznámka k ekonomike fototermiky. V súčasnej dobe nie je žiaden podporný ekonomický systém pre inštalácie. Pred pár rokmi bežal program nevratnej štátnej podpory vo výške cca. 20 % investície. Vhodne navrhnutý systém sa majiteľovi vráti o dosť skôr ako je jeho životnosť. Preto aj v súvislosti s vyššie uvedeným odporúčam návrh a inštaláciu konzultovať s odborníkom.
Posledný diel tohto mini seriálu bude zameraný na veľmi zaujímavú a v súčasnej dobe pomíňanú ideu - slnečný dizajn a iné použitie (napr. solárne varenie).
Text: Ing. Pavel Šimon, Csc.
Komentáre k článku | Pridať komentár
Jaromír Bednář (12.04.2026)
Pokud se dnes máme bavit o způsobech využití solárního záření, je potřeba brát v potaz i další vývoj. Ten se u zmíněných technologií nezastavil a troufám si odhadnout jeho další bouřlivý rozvoj. Vyšší výkony budou schopny dodávat mnohem menší zařízení, instalace tím budou jednodušší, rychlejší, výkonnější a dokonce levnější. Můžete si například porovnat roční výkon termodynamického solárního panelu s výkonem klasických solárních kolektorů. Stejně tak můžete srovnávat spolehlivost provozu, hmotnost a jiné parametry včetně ceny.
http://jaromirbednar.wordpress.com/2012/07/22/co-je-termodynamicky-solarni-panel/