Solárne termické systémy pre bytové domy
V praxi sa niekedy stretávame s nerealistickými očakávaniami investorov alebo projektantov, čo sa týka úspor energie na ohrev TÚV pomocou solárnych termických systémov. Cieľom nasledujúceho textu je objasniť niektoré technické a ekonomické aspekty využívania väčších systémov a naznačiť reálne dosiahnuteľné úspory energie.
Návrh veľkosti solárneho systému v bytovom dome vzhľadom na spotrebu TÚV
Na určenie počtu kolektorov a objemu solárneho bojlera potrebujeme poznať predovšetkým dennú spotrebu TÚV - v dimenzácii použijeme 4 000 litrov (100 obyvateľov, 40 litrov na obyvateľa za deň). Pre zjednodušenie budeme brať do úvahy len ohrev studenej vody (vstupná teplota v zime 8 °C, v lete 12 °C) na požadovanú teplotu (50 °C) v solárnom bojleri a zanedbáme energiu, potrebnú na vykrytie strát tepla v rozvodoch TÚV a v cirkulačnom potrubí (tieto straty, ktoré môžu v niektorých bytových domoch dosahovať až 60 % celkovej spotreby energie na TÚV, je možné následne zohľadniť). Uvažovaný systém je umiestnený v Prievidzi, Slovensko, dopadajúce žiarenie 1 121 kWh/m2.rok.
Obr. 1 Principiálna schéma zapojenia solárneho systému na TÚV v bytovom dome
Tab. 1 Porovnanie veľkosti kolektorového poľa a merného výkonu kolektorov
Pri inštalácii 20 kolektorov TS300 (absorbčná plocha jedného kolektora je 1,78 m2) a solárneho bojlera s objemom 2 000 litrov je dosiahnutá úspora energie za rok asi 37 %, oproti stavu pred inštaláciou kolektorov. Na porovnanie budeme postupne zvyšovať počet kolektorov a objem solárneho bojlera a pomocou programu T*SOL Expert 4.5 budeme sledovať, ako sa mení energetická úspora. Ako vidíme, zvyšovaním počtu kolektorov nestúpa priamo úmerne aj množstvo získanej slnečnej energie, resp. úspora „platenej" energie z teplovodné-ho rozvodu, plynu, tuhého paliva, elektriny a podobne. Dôvodom je to, že pre fungovanie solárnych termických systémov existujú (okrem iného) predovšetkým tieto dva limitujúce faktory:
- ohraničený maximálny denný energetický zisk zo solárneho systému kvôli ohraničenej dennej spotrebe TÚV
- obmedzenie účinnosti solárneho termického kolektora vyplývajúce z fyzikálneho princípu jeho fungovania
Ohraničený maximálny denný energetický zisk zo solárneho systému kvôli ohraničenej dennej spotrebe TÚV
Zvýšením počtu kolektorov z 20 na 40, 60 alebo 80 sme síce schopní získať zo slnka viac energie, ale otázkou je, či dokážeme túto energiu v daný alebo nasledujúci deň využiť, prípadne či ju dokážeme akumulovať na neskoršie použitie. Pri nezmenenej dennej spotrebe TÚV (4000 litrov/deň) a pri 60, resp. 80 kusoch kolektorov nastane v najteplejších (letných) obdobiach roka situácia, keď kolektory od rána do napríklad 14. hodiny popoludní bez problémov ohrejú celú dennú spotrebu TÚV v bojleri na požadovanú teplotu a zvyšok času do západu slnka budú jednoducho nevyužité. Takýto stav slabého využitia kolektorov, ktorý je spôsobený tým, že sme inštalovali relatívne veľké množstvo kolektorov vzhľadom na dennú spotrebu vody, nám samozrejme zníži ročný energetický zisk z 1 m2 inštalovanej kolektorovej plochy. Akumulácia tepla na 2 a viac dní, alebo dokonca na dlhšie obdobie, sa v súčasnosti v bežnej praxi pri väčších solárnych termických systémoch nepoužíva (fyzikálne, technické, priestorové, investičné a iné obmedzenia). Maximálny „rozumný" počet kolektorov je taký, ktorý pri danej spotrebe TÚV nemá veľké letné prebytky nevyužitého tepla. Letné prehrievanie nespôsobuje pri kvalitných kolektoroch a ďalších komponentoch žiadne technické problémy a má len malý vplyv na životnosť teplonosnej kvapaliny v solárnom okruhu, výrazne však vplýva na merný ročný energetický zisk inštalovaných kolektorov (kWh z 1 m2) a teda aj na návratnosť.
Obr. 2 Priebehy ročnej úspory z energie na ohrev TÚV
Obmedzenie účinnosti slnečného termického kolektora vyplývajúce z fyzikálneho princípu jeho fungovania
V predchádzajúcom texte sme varianty so 60 a 80 kolektormi vylúčili kvôli nevyužitým letným prebytkom tepla. To pri variantoch s nižším počtom kolektorov nenastáva, avšak ako sme videli vyššie v texte, zdvojnásobenie počtu kolektorov z 20 na 40 neprinieslo dvojnásobnú úsporu energie.
Obr. 3 Maximálne teploty kolektorov v systéme Obr. 4 Maximálne teploty kolektorov v systéme
s 20 kolektormi s 80 kolektormi
Dôvodom je to, že čím je na výstupe z kolektora nižšia teplota kvapaliny, tým účinnejšie kolektor premieňa dopadnuté slnečné žiarenie na využiteľné teplo. Teda lepšie chladený kolektor „vyprodukuje" pri rovnakých podmienkach viac energie. Je to spôsobené tým, že straty tepla z kolektora do okolia sa zväčšujú so stúpajúcou požadovanou teplotou na výstupe kolektora - chladnejší kolektor premení väčšiu časť zachyteného slnečného žiarenia na využiteľné teplo vo forme zohriatej teplonosnej kvapaliny ako teplejší kolektor. Dvadsať inštalovaných kolektorov by bolo vďaka 4000litrovej dennej spotrebe obyvateľov schlade-ných (cez výmenník a bojler) natoľko, že aj počas najhorúcejších slnečných dní by solárny systém zabezpečoval len predohrev studenej vody na teplotu maximálne 30 °C.
Obr. 5 Výkon kolektora TS300 (absorbčná plocha 1,78 m2) pri solárnom žiarení 1 000 W/ m2 v závislosti od rozdielu teploty absorbéra a okolitého vzduchu
Doohrev na požadovaných 50 °C by musel celoročne zabezpečiť iný zdroj tepla (napr. kotol). Pri tomto režime „celoročného predohrevu" (poddimenzovaný počet kolektorov vzhľadom a dennú spotrebu TÚV) dokážeme z 1 m2 kolektorovej plochy v našom prípade ročne vyťažiť až 700 kWh energie (viz tab. 1). Ak zvýšime počet kolektorov na 40, získame celkovo zo slnka viac energie, ale kolektory budú pri nezmenenej dennej spotrebe TÚV (4000 litrov/deň) menej ochladzované ako v predchádzajúcom prípade a z 1 m2 inštalovanej plochy získame ročne len asi 560 kWh tepla (viz tab. 1). Vďaka vyššiemu počtu kolektorov však dokážeme počas najteplejších letných dní ohriať vodu kolektormi až na požadovaných 50 °C a časť roka nemusíme využívať iný zdroj tepla.
Poddimenzované solárne systémy s veľkým počtom kolektorov
Veľké systémy na TÚV s desiatkami alebo stovkami kolektorov sa nezriedka navrhujú ako poddimenzované" a pokrývajú menej ako 15 % z celkovej potreby energie. V takýchto prípadoch kolektory pracujú veľmi účinne (priemerný ročný energetický zisk z 1 m2 kolektorovej plochy môže dosiahnuť viac ako 800 kWh/(m2.rok), čo zlepšuje návratnosť takýchto veľkých investícií. Okrem toho, pri objektoch s veľkou celkovou spotrebou TÚV, ako veľké nemocnice, hotelové komplexy a podobne, je často limitujúcim faktorom disponibilná plocha na inštaláciu dostatočného počtu kolektorov.
Obr. 6 Okamžitý výkon kolektora TS300 v závislosti od rozdielu teploty absorbéra a okolitého vzduchu
Vplyv ročného priebehu spotreby na návrh veľkosti systému a energetické pokrytie
Sezónna nerovnomernosť spotreby TÚV môže energetické parametre výrazne zlepšiť (napríklad rekreačné zariadenia s najväčším využitím počas letnej sezóny) alebo ich môže zhoršiť (napríklad školy, školské jedálne, internáty s nízkou spotrebou TÚV počas letných prázdnin).
Záver
„Rozumne" dimenzovaný väčší solárny systém, pri ktorom počas najteplejšieho obdobia roka dokážeme využiť celý výkon inštalovaných kolektorov, pokrýva v prípade rovnomernej ročnej spotreby TÚV (napr. v bytových domoch) max. 50 až 60 % energie za rok. Prekročenie tejto hodnoty znamená neefektívnu investíciu do zbytočne veľkého systému.
Text:Ing. Alfréd Gottas,
THERMO/SOLAR Žiar s.r.o.
Pridať komentár
Poďte s nami na výstavy
Komentáre k článku | Pridať komentár
adamcik (10.02.2026)
dobry den
mal by som zaujem pre cely dom to zname 280m stvotcovych 4 osoby Fotovoltaicky systém solarny chcel bi som vediet ake moznosti su a kolko by to stalo vdaka