Díky využití solární energie se úspory nákladů na spotřebu energie v domácnosti mohou pohybovat v rozmezí 50 až 70 %. Nejsledovanějším ukazatelem je samozřejmě účinnost systému, která udává, kolik lze z plochy panelů získat energie. V letním období jsou z hlediska tohoto efektu výhodnější solární termické kolektory, naopak v zimě, zejména při ohřevu na vyšší teploty, je účinnost termických kolektorů nižší než účinnost fotovoltaických (FV) panelů.
Standardně se účinnost fotovoltaických panelů pohybuje od zhruba 5 do 20 % u nejlepších monokrystalických panelů a nezávisí na teplotě ohřívaného média. Se zvyšováním teploty panelů se jejich výkon snižuje o 0,2 % (u tenkovrstvých) až 0,5 % (u krystalických) při zvýšení teploty o 1 °C, proto je účinnost fotovoltaiky v zimě až o 20 % vyšší než v létě.
Naproti tomu účinnost solárních termických kolektorů je závislá na teplotním rozdílu mezi teplonosnou kapalinou a okolím, takže na rozdíl od fotovoltaických panelů jejich účinnost při nízkých teplotách vzduchu klesá. Tento pokles je natolik výrazný, že při teplotách vzduchu pod bodem mrazu kolektory většinou nejsou schopny ohřát teplonosnou kapalinu na vyšší teploty. V létě však bývá účinnost solárních tepelných kolektorů až několikanásobně vyšší než u fotovoltaických panelů.
Roční výnos energie
Majitele a provozovatele solárních zařízení pochopitelně zajímá i celkový roční výnos energie. Závisí na množství dopadajícího slunečního záření a některých dalších ukazatelích. U nás dopadá na 1 m² optimálně skloněné plochy 950 až 1 150 kWh energie slunečního záření (obvykle se tedy kalkuluje s hodnotou přibližně 1 000 kWh/m²). Za těchto podmínek vyrobí fotovoltaické panely podle typu 50 až 200 kWh/m² elektřiny ročně.
Výnos solárního systému s termickými kolektory závisí na solárním pokrytí – poměru energie ze solárního systému k celkové spotřebě energie na ohřev vody. Systémy k ohřevu vody vykazují na našem území roční výnos kolem 400 kWh/m². Už v úvodu jsme ovšem zmínili, že výkon závisí na klimatických podmínkách v daném místě a čase a ovlivňují ho konkrétní klimatické podmínky. S výkonem tedy dost výrazně „zacvičí“ i roční období… A jestliže v zimě (ta letošní má být podle prognóz údajně krutá) se i v době intenzivního slunečního svitu pohybují teploty obvykle kolem nuly nebo pod bodem mrazu, sluneční záření dopadá na plochu kolektorů obvykle pod nižším úhlem a jeho intenzita činí kolem 100 W/m2 nebo ještě méně, pak solární tepelné kolektory v podstatě nefungují. Při intenzitách záření pod 100 W/m² výrazněji klesá rovněž účinnost fotovoltaických panelů.
Doporučení odborníků
e to prakticky stejné jako s oknem. Přes špinavé sklo se denní světlo a sluneční paprsky do bytu dostávají jen velmi omezeně. Solární a fotovoltaické panely je proto také třeba omývat klasicky mopem a stěrkou, tlakovou vodou s přídavkem vhodného čisticího prostředku nebo různými kartáči. Zanedbání údržby totiž způsobuje ztrátu výkonu! Praxe ukazuje, že už po dvou až třech letech může výkonnost klesnout až o 15 %. Panely sice částečně čistí déšť a vítr, z plochy však nesmyjí a neodnesou všechna znečištění a na modulech se usazuje další prach, mastnoty, pyl, výkaly ptáků… Speciální kapitolou je pak sníh, který je třeba odstraňovat výhradně pomocí speciálních stěrek tak, aby nedošlo k poškrábání povrchu panelů.
„Zároveň se vyplatí sledovat lokální předpověď počasí,“ doplňuje Jiří Králíček z firmy zabývající se provozem a údržbou solárních elektráren, „neboť v případě prognózy několikadenního vydatného sněžení prakticky nemá cenu panely čistit vůbec. Pokud však počasí perspektivně ‚přislíbí‘ několik slunečných dní za sebou, pak čistá plocha kolektorů přinese kýžený efekt a zisk.“ Jisté nebezpečí představuje také silná, a tudíž i velmi těžká vrstva ledu (opakované tání a mrznutí). Objevují se i provozní problémy, neboť v důsledku vlhkosti dochází například k závadám na kabeláži, objevují se výpadky jednotlivých panelů nebo i celých sérií, takzvaných stringů. Zanedbat nelze ani kovové součásti systémů, např. rámy, kotvicí prvky atd.
Údržba pro vyšší efekt |
|
Jak je zima velmi často skoupá na množství slunečního záření, tak naopak nešetří nízkými teplotami s chladným větrem a mnohdy je dokonce štědrá sněhovou nadílkou. To pochopitelně ovlivňuje výkon instalovaného zařízení. „V potaz je zde třeba vzít i sklon panelu,“ zmiňuje v odborném pojednání na serveru SolárníNovinky specialista na danou problematiku Radek Orság. „Standardně montované instalace mají sklon 25–35 %, což je na zimní slunce poměrně malý úhel.“ Pokud jde o sněhovou pokrývku, pak pro kvalitní panely nebývá zatížení mokrým sněhem zpravidla žádný větší problém, ovšem jsou-li umístěny na střeše, ve hře je otázka nosnosti vazby a odolnosti střešního pláště vůči zatečení. |
Trocha statistiky
Z šetření Českého statistického úřadu vyplývá, že fotovoltaický systém v roce 2015 vlastnilo 10 000 českých domácností, což je oproti 39 000 instalací tepelných čerpadel stále poměrně málo. Trend posledních let se však jednoznačně obrací ve prospěch FV systémů.
Průměrná česká domácnost v roce 2015 spotřebovala 18 MWh, z čehož asi 12 MWh připadá na vytápění, 3,2 MWh na ohřev teplé vody (TV) a 2,8 MWh na provoz ostatních spotřebičů a technologií v domácnosti. V rodinných domech celková roční spotřeba energií činí zhruba 25 MWh (16,7 MWh vytápění, 4,3 MWh pro ohřev TV a 4 MWh pro ostatní spotřebu).
Jako nejvhodnější se jeví systém s přímým ohřevem vody, který je investičně poměrně nenáročný, jednoduchý na instalaci s návratností investice okolo 10 let. Navíc je možné využít podporu z programu NZÚ.
Symbióza topných zdrojů
Každý zdroj energie má své specifické vlastnosti, které je nutno využít a na druhé straně se jim přizpůsobit. A to jak při návrhu samostatného řešení, tak při začlenění systému do provozu. Významnou roli zde mohou hrát i solární zařízení. „Energie ze slunce je však dostupná jen někdy, takže je vždy potřeba uvažovat o vhodné metodě překlenutí období nedostatku,“ říká Ing. Pavel Hrzina, PhD., z akreditované Laboratoře diagnostiky fotovoltaických systémů z Univerzitního centra energeticky efektivních budov (UCEEB) a Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze.
Odborníci pracují na vývoji panelů, které by dokázaly vyrábět elektřinu a zároveň ohřívat vodu. Takové panely jsou však podle Ing. Hrziny zatím spíše ve stadiu experimentálního vývoje, neboť možnost kombinace ohřevu vody a výroby elektrické energie bohužel naráží na základní fyzikální zákony. Velkým problémem je především zajištění přestupu tepla do teplonosného média, kterým je voda, a zároveň dostatečně odolná izolace elektrické části. Z hlediska ekonomiky provozu jsou v současnosti nejvhodnějším systémem pro přípravu teplé vody fotovoltaické panely připojené na topnou spirálu bojleru.
Nejvhodnější kombinace |
| Poměr mezi výrobou energie ze slunce v letních a zimních měsících činí více než 1 : 10. Tedy pokud je systém dimenzovaný na provoz během období jaro – léto – podzim, v zimě bude vždy nutno počítat s dodáním většiny energie z jiného zdroje. Jinými slovy, je zapotřebí tzv. hybridní systém. Pokud jde o výrobu elektrické energie, pak lze fotovoltaiku kombinovat například s kogenerační jednotkou. V případě tepla lze využít tepelná čerpadla, biomasu, uhlí, naftu, plyn i elektřinu. Současným trendem je společné řešení vytápění, chlazení a ohřevu vody. Do tohoto konceptu lze začlenit i využití solární energie, takže elektřina ze slunce může v zimě topit a v létě chladit. Moduly jsou tudíž vhodným doplňkem libovolného systému, který vyžaduje pro svůj provoz elektrickou energii. Jen je vždy třeba uvažovat o způsobu, jak překlenout období nedostatku. A to buď akumulací, nebo záložním zdrojem. V případě akumulace tepla nebo chladu lze využít jako zásobníky nádrže s vodou, která má k tomu výtečné akumulační vlastnosti. Pro akumulaci elektrické energie jsou potřeba bateriové systémy. |
Bateriové zásobárny?
I když jde o nejkomplexnější systém akumulace elektrické energie s relativně malou baterií (kapacita 5 kWh), přínos tohoto způsobu je podle odborníků takřka zanedbatelný, zvyšuje složitost systému a prodlužuje jeho návratnost až na 16 let, což je velmi pravděpodobně za hranicí životnosti uvažovaných lithiových akumulátorů. V systémech, kde je fotovoltaická energie používána pro ohřev TV nebo nabíjení baterií, lze celkovou efektivitu dále zvýšit předpovídáním zisku fotovoltaické energie na základě predikce počasí (například služba www.pvforecast.cz). Při uvažování dnešních cen jsou nejzajímavější investicí právě systémy sloužící ke krytí elektrické spotřeby a přípravě TV. S návratností do 10 let, absencí baterií a jednoduchou instalací i zapojením do stávajícího energetického systému domu. I tady lze využít nabídky dotačního programu.
Podle čeho vybírat zdroj tepla
Nejúspornější vytápění je takové, které přináší co největší efekt při minimálních nákladech a dlouhé životnosti. Podle uvedeného se jako takové jeví podlahové topení. Nízkoenergetické s nízkými průběžnými náklady, bezúdržbové se snadnou obsluhou, s možností výběru energetického zdroje (solární energie, tepelné čerpadlo…), s flexibilností (každá místnost může být vytápěna podle potřeby).
Nabízejí se však i další varianty. Stále žádaná je kupříkladu elektřina, hlavně všude tam, kde „teče“ s dostatečným příkonem (nevýhodou je závislost na dodávkách). Výhodná je zejména u menších vysoce energeticky úsporných či pasivních domů. Úspory lze odvodit nejen od způsobu vytápění, ale především od efektivní regulace a možnosti využití nízkých tarifů. Nabízí se akumulační vytápění statickými či dynamickými kamny, pomocí elektrokotlů a také smíšené vytápění, kdy asi 70 % energie jde do akumulační a 30 % pak do přímotopné části systému. K nejpoužívanějším přímotopům patří konvektory s přímou přeměnou energie elektrické na tepelnou, sálavé panely s nízkoteplotním tokem tepla a elektrické podlahové topení. A řeč samozřejmě může být o krbech a krbových kamnech na biomasu a některých dalších řešeních…
Drain-back: Netřebasemrazu bát |
|
V beztlakém solárním kolektoru není v době nečinnosti pracovní kapalina. Díky tomu nehrozí, že systém v zimě zamrzne, není tedy třeba používat nemrznoucí směs. Beztlaký systém bez nemrznoucí směsi také méně namáhá těsnění, snižuje se tedy riziko úniků kapaliny a provozních poruch. Solární systémy s drain-back technologií (řízené napouštění a vypouštění kolektorů nebo taky zpětné odvodnění) nevyžadují téměř žádnou údržbu a bez problémů fungují i v zimě, voda v nich nezmrzne. Systém pracuje, pouze když svítí slunce a je poptávka po teplé vodě. Pak se na povel řídicí elektroniky kolektor zaplní provozní kapalinou (vodou, která má lepší vlastnosti pro přenos tepla). Problémy s provozem odpadají i v létě, kdy se solární systémy potýkají s přebytky tepla. Pokud není teplo potřeba pro ohřev vody, solární kolektor je prázdný a nepracuje. Nehrozí proto degradace provozní kapaliny ani její případné úniky přes pojistný ventil. Drain-back systém je beztlaký, není nutná ani expanzní nádoba. |
Text: Petr Saulich, Foto: Archiv redakce
