Návrh solárneho systému a ekonomické parametre jeho prevádzky
Rozhodnutiu o inštalácii solárneho systému by malo predchádzať triezve posúdenie toho, čo od solárneho systému očakávame. Dôvera v bombastické reklamy niektorých firiem podnikajúcich v tejto oblasti bez triviálnych znalostí elementárnej fyziky môže viesť k frustrujúcim pocitom z neefektívne vynaložených prostriedkov a strate dôvery k alternatívnym zdrojom energie.
V praxi sa stretávame s dvoma hraničnými prístupmi k solárnej energii. Jedným sú prehnané očakávania, ktoré sa často zakladajú na neserióznej reklame, napr. o solárnom vykurovaní, druhým je skeptický prístup o tzv. návratnosti solárneho systému, kedy potenciálny zákazník predelí cenu systému, často aj so zásobníkom TÚV cenou m3 plynu, kWh a zo získaného čísla vykúzli úvahu o nekonečnej dobe návratnosti solárneho systému.
Solárny kolektor nie je kotol
Na rozdiel od štandardných zdrojov tepla nevyžaduje solárny kolektor ku generovaniu tepelnej energie rozsiahlu distribučnú infraštruktúru (plynovody, rozvodné siete, zásobovanie a distribúcia palivom). Tepelnú energiu získava zo žiarenia priamo z nevyčerpateľného kotla – Slnka, ktoré je vzdialené zhruba 150 mil. km, má priemer 1,4 mil. km a teplotu na povrchu 6 000 K. Na hranici atmosféry je výkon tohoto zdroja energie 1 350 W na m2. Atmosféra plní dôležitú ochrannú funkciu pre existenciu života na Zemi, bez ochrannej vrstvy atmosféry a účinného odvodu tepla prúdením vzduchu by sme sa na povrchu Zeme v krátkej dobe upiekli. Na druhej strane spôsobuje spolu s atmosferickými a astronomickými javmi značné lokálne aj sezónne kolísanie množstva energie dopadajúce na povrch Zeme. Solárny kolektor preto funguje ako „zberač“ energie, ktorá dopadá na strechu. Môžeme sa naň pozerať ako na neriadený zdroj tepla, ktorého výkon je možné čiastočne predikovať.
Slnečná energia na zemský povrch dopadá vo forme priameho žiarenie a čiastočne rozptýleného v atmosfére, označované ako difúzne žiarenie. Na nasledujúcom grafe je zobrazený súrhnný denný výkon, ktorý dopadá na 1m2 plochy, červená plocha označuje výkon globálneho t.j. priameho a difúzneho žiarenia, modrá výkon difúzneho žiarenia.
Požadovaný výkon solárneho systému
Dimenzovanie solárneho systému je určené množstvom tepla, ktoré vieme spotrebovať na ohrev TÚV, bazéna, technologický predohrev atď. Predpokladajme, že potrebujeme navrhnúť solárny systém pre rodinný dom so zásobníkom TÚV o objeme 200 litrov. Budeme požadovať, aby solárny systém dokázal pri dobrom počasí zohriať vodu v zásobníku z teploty 10 °C na minimálne 40 °C.
Požadované množstvo tepla:
Qw= m*c*t=200*4186*30=25 MJ/3600=7kWh
Pre stanovené množstvo energie potrebujeme určiť vhodný typ kolektora a solárneho systému. Pri rozhodovaní musíme uvážiť či plánujeme využívať solárny systém len sezónne alebo celoročne, možnosť odstavenia solárneho systému v prípade odchodu na letnú dovolenku, amortizáciu prebytkov tepla a ďalšie. Pre náš prípad vyhovuje cenovo výhodný vákuový trubicový kolektor SP-S58/1800A-22, ktorý má podľa údajov výrobcu plochu absorbéra 1.79m2 a účinnosť vztiahnutú k absorbčnej ploche približne 0,7.
Uvedený kolektor dodá počas uvažovaného obdobia (máj) denný výkon
Qc=výkon dopadajúceho žiarenia*plocha*účinnosť=5,61*1,79*0,7=7 kWh
V predpokladanom pracovnom rozsahu pracovných teplôt sa účinnosť vákuového trubicového kolektora mení len veľmi málo, na rozdiel od klasických plochých kolektorov, u ktorých pri väčšom rozdiele teplôt média a okolia prudko klesá účinnosť v dôsledku nedokonalej tepelnej izolácie a tepelných strát.
V našom zjednodušenom prípade sme neuvažovali zo stratami energie počas transportu energie od kolektora do zásobníka. Presný návrh systému so započítaním strát pri zmenách teploty pracovného média počas práce systému je pomerne komplikované, v našom prípade použijeme pre tepelnú izoláciu potrubí penovú izoláciu s hrúbkou steny min. 22 mm, takže straty môžeme zhora ohraničiť na hodnotu 5 W/meter dĺžky potrubia.
Dodávaný výkon kolektora bude preto o straty menší a teoreticky dosiahnuteľná teplota bude nižšia, v praxi ale nikdy nevyčerpáme zásobník na teplotu vody z vodovodu a teplota z ktorej ohrev začína býva takmer vždy vyššia ako tá, ktorú sme uvažovali vo výpočte. Počas leta bude navrhnutý systém mierne predimenzovaný, na jeseň a na jar bude vodu v zásobníku TÚV predhrievať.
V našom prípade predpokladáme celoročnú prevádzku systému. Pretože počas doby používania solárneho systému môže dôjsť k situácii, kedy bude hroziť prehriatie zásobníka TÚV, hlavne počas odchodu na dlhšiu dovolenku, zvolíme pre hydraulické zapojenie kolektora netlakový systéme drain-back. Pretože v systéme drain-back je možné jednoducho prerušiť transport energie od kolektora k spotrebiču, môžeme bez rizika budovať aj značne predimenzované solárne systémy, ktoré posúvajú využiteľnosť solárnej energie do skorej jari a neskorej jesene.
Ekonomické parametre prevádzky solárneho systému
Pri predpokladanej životnosti solárneho systému 20 – 30 rokov sú jedinými nákladmi zriaďovacie náklady. Pri systéme drain-back odpadajú pravidelné odborné technické prehliadky, pretože systém je netlakový a v prípade vhodnej konfigurácie môže ako náplň používať obyčajnú vodu. Údržba systému sa zvyčajne obmedzuje len na vizuálnu kontrolu a prípadne doplnenie náplne pracovnej kvapaliny. Efektívnosť prevádzky preto prakticky závisí len od schopnosti spotrebovania vygenerovanej energie. Pokiaľ majiteľ budovy počíta s možnosťou inštalácie solárneho systému, môže si napr. v prípade oddeleného solárneho zásobníka TÚV pripraviť rozvod predhriatej vody, ktorú môže používať v spotrebičoch využívajúcich na svoju prevádzku ohrev vody napr. v práčke, umývačke riadu a tým priamo šetriť drahé formy energie.
Seriózne posúdenie úspory energie solárnym systémom vzhľadom k iným formám energie nie je jednoduché. Zo strany rôznych rýchlokvasených „ekonomických odborníkov“ môžeme počuť rôzne zavádzajúce údaje. Populárne vydelenie ceny systému cenou za jednotku energie (plyn, elektrina) nezohľadňuje to, že prakticky všetky elektrárne, rozvody, plynovody boli vybudované z prostriedkov, na ktoré sa poskladali všetci a tieto zariadenia získali ich súčasní majitelia prakticky zadarmo. Rastúce ceny energií sú o.i. spôsobené aj tým, že náklady na údržbu týchto zariadení rastú a budovanie nových je prakticky v nedohľadne. S obľubou sa pozabudne na náklady na zakúpenie plynového kotla (s obmedzenou životnosťou), cenu za prípojku, cenu za pravidelné revízie kotla, komínov, pripočítanie ceny zásobníka TÚV k cene solárneho systému je už klasickým folklórom. Ako absurdné potom vyzerá v lete ohriať vodu do detského bazéna energiou z plynu transportovaným cez pol zemegule, kým na strechu domu dopadá niekoľkonásobok tejto energie. Pri zohľadnení vyššie uvedených argumentov je reálna návratnosť solárneho systému vzhľadom k množstvu vygenerovanej energie do 5 rokov.
Z vyššie uvedeného vyplýva aj pozoruhodná neochota štátu podporovať a prípadne vhodnými opatreniami dotovať teplovodné solárne systémy. Všetky náklady spojené s inštaláciou solárneho systému sú prakticky jednorázové investičné náklady, pričom získaná energia je „vyrábaná“ priamo na mieste spotreby. Okrem DPH z takejto aktivity neplynie do štátnej kasy žiaden ďalší príjem na rozdiel od výroby a distribúcie iných zdrojov energie. Z tohoto uhla pohľadu je preto zrejmé, že štát zastupujúci záujmy najrôznejších lobistických skupín sa do podporovania takýchto aktivít nehrnie a skôr je snaha aj využívanie takýchto zdrojov energie znevýhodniť, o čom svedčí absurdná miestna daň za to, že si na záhradke postavíte skleník - najjednoduchšie zariadenie využívajúce solárnu energiu.
RNDr. Peter Fabo, PhD.
Aktuálne vydanie
Partnerské periodiká
Copyright © 2008 TechPark, o.z. | Všetky práva vyhradené | Realizácia: Webmax