Energetické parametry solárních soustav

Obsah kapitoly

12.1 Využité tepelné zisky
12.2 Roční úspora energie
12.3 Měrné využité tepelné zisky solární soustavy
12.4 Dodatková energie
12.5 Solární pokrytí, solární
12.6 Provozní účinnost solární soustavy
12.7 Pomocná elektrická energie pro pohon soustavy
12.8 Výkonové číslo (COP)
Testové otázky

Jak již bylo uvedeno výše v textu, základním prvkem solárního systému jsou sluneční kolektory. Ty jsou upevněny pomocí konstrukcí či střešních držáků na střeše či jiném vhodném místě a propojeny s místem ohřívané kapaliny (bojler, bazén atd.). Celý systém může být jednookruhový (většinou sezónní ohřev bez použití nemrznoucí kapaliny a výměníku, ohřívá se přímo požadované médium) nebo dvouokruhový (celoroční provoz - tepelná energie se předává prostřednictvím výměníku požadovanému médiu). Předání tepelné energie zajišťuje oběhové čerpadlo, které je ovládáno elektronickou regulací. Samotížné systémy oběhové čerpadlo a regulaci neobsahují, zde výměna kapaliny probíhá na základě fyzikálních zákonů.

Celý solární systém je chráněn jistícími prvky, a to odvzdušňovacím ventilem, expanzní nádobou a pojišťovacím ventilem. V expanzní nádobě je pryžová membrána, která se při zvýšeném tlaku stlačuje a absorbuje zvětšený objem teplonosné směsi. Vedle ní je instalovaný pojišťovací ventil, ve kterém je pružina nastavená na určitý tlak a v případě, že by se tato nastavená hodnota překročila, dojde k odpuštění směsi. Automatický odvzdušňovací ventil má za úkol vylučování plynů z transportní (teplonosné) kapaliny. Aby však systém dobře fungoval, musí být dobře dimenzován, což znamená, že všechny prvky solárního systému musí být sladěné; kolektorová plocha, objem a tlaková odolnost zásobníku, průměr a délka trubkových rozvodů, velikost expanzní nádoby a pojišťovacího ventilu.

Solární systémy se zpravidla kombinují se stávajícími zdroji energie, proto lze říci, že solární systém funguje jako předehřev. V období vyšší sluneční aktivity je solární systém schopen ohřát veškerou spotřebu teplé užitkové vody TUV a musí se řešit otázka tepelných přebytků. V zimních měsících a v obdobích, kdy je sluneční aktivita velmi nízká, jsou solární kolektory schopny ohřát vodu jen do určité teploty a dohřátí na požadovaných 55° či výše musí provést jiný zdroj, zpravidla stávající (plynový kotel, elektrokotel). Solární zásobník se proto instaluje sériově před stávající zásobník TUV.

Samostatné zapojení solárního zásobníku je energeticky nejpříznivější. Ne vždy je však možno toto zapojení instalovat, většinou z důvodu prostorového omezení.V těchto případech, kde není místo na dva zásobníky, je možno použít jeden bivalentní nebo trivalentní zásobník, tzn., že zásobník se ohřívá ze 2 nebo 3 zdrojů.

Zpět na začátek

12.1 Využité tepelné zisky

Základním parametrem fototermických solárních soustav jsou celkové využité tepelné zisky, z nichž je možné odvodit další parametry pro hodnocení.

Za využité tepelné zisky solární soustavy v kWh/rok nebo GJ/rok jsou považovány ty, které solární soustava včetně zohlednění všech svých ztrát dodá do dané aplikace pro krytí potřeby tepla. Tepelné zisky solární soustavy je vhodné v optimálním případě stanovit na skutečné hranici mezi vlastní solární soustavou a danou aplikací. Stanovení solárních zisků pouze kolektorového pole, resp. kolektorového okruhu před vstupem do solárního zásobníku nezohledňuje tepelné ztráty kolektorového okruhu Qz,ko resp. solárního zásobníku Qz,sz a může nadhodnocovat reálné přínosy solární soustavy do dané aplikace. V řadě případů však s ohledem na jednoduchost a spolehlivost měření se zisky solární soustavy stanovují jako teplo Qk dodané z kolektorového okruhu do solárního zásobníku.

Využité solární zisky nejsou závislé pouze na kvalitě navržených komponent (kolektor, zásobník), na tepelných ztrátách soustavy (rozvod potrubí, solární zásobník) a na orientaci a sklonu solárních kolektorů, ale především na návrhu plochy solárních kolektorů vzhledem k potřebě tepla, tzn. využitelnosti tepelných zisků kolektorů pro krytí potřeby tepla.

Zpět na začátek

12.2 Roční úspora energie

Samotné využité solární zisky nemusí mít o skutečné úspoře instalací solární soustavy dostatečnou vypovídající schopnost. Vyšší přínos instalací solárních soustav je patrný především tam, kde uspoří produkci tepla zdrojem s nízkou provozní účinností, např. předimenzovaný a cyklující kotel spalující fosilní palivo (plyn) svázaný s vysokou spotřebou paliva a produkcí emisí. Pro stanovení úspory paliva, resp. úspory primární energie instalací solární soustavy je proto nezbytné předně určit provozní účinnost nahrazovaného zdroje tepla. Na druhé straně, pokud má solární soustava nahradit účinný kotel na spalování biomasy, který má relativně nízký negativní dopad na životní prostředí, bude taková instalace vykazovat nízké snížení spotřeby primárních paliv a emise znečišťujících látek.

Zpět na začátek

12.3 Měrné využité tepelné zisky solární soustavy

Měrné využité tepelné zisky solární soustavy Q_ss,u v kWh/(m².rok), tzn. celkové roční zisky vztažené k instalované účinné ploše solárního kolektoru, jsou ve své podstatě ekonomickým parametrem.

Roční měrný zisk, resp. úsporu z 1 m² instalované plochy kolektorů lze potom porovnat s měrnými investičními náklady na pořízení solární soustavy pro rychlý náhled na ekonomické parametry. Měrné tepelné zisky Q_ss,u jsou nejčastěji hodnoceným kritériem energetické kvality solárních soustav.

Obr. 35: Zjednodušené schéma solární soustavy pro přípravu TUV a její energetická bilance

Zpět na začátek

12.4 Dodatková energie

Dodatkový zdroj tepla slouží pro dohřev v solární soustavě v případě, že energie produkovaná solárními kolektory nedokáže pokrýt potřebu tepla. Z dodatkové energie Q_d se stanovuje provozní spotřeba konvenční energie dodatkového zdroje tepla a provozní náklady při známé ceně konvenční energie.

Při výpočtovém hodnocení se dodatková energie stanoví jako rozdíl mezi předpokládanou potřebou tepla a využitými tepelnými zisky solární soustavy v dané aplikaci. Při provozním měření a hodnocení solárních soustav se dodatková energie měří, neboť skutečná celková spotřeba tepla Q_p,c není známá. Stanovit celkovou úplnou spotřebu tepla pro danou aplikaci provozním měřením je vlastně nerealizovatelné vzhledem k praktické nemožnosti stanovit tepelné ztráty měřením, a proto se vyhodnocuje jako součet naměřených hodnot tepla dodaného solární soustavou a dodatkovým zdrojem energie.

Zpět na začátek

12.5 Solární pokrytí, solární podíl

Solární pokrytí (měsíční, roční) je procentní pokrytí potřeby tepla tepelnými zisky solární soustavy

Obr. 36: Solární pokrytí

Zpět na začátek

12.6 Provozní účinnost solární soustavy

Vzhledem k nestejným klimatickým podmínkám a různým úrovním dopadající sluneční energie se bude v různých lokalitách a v různých letech hodnota celkových využitých tepelných zisků solární soustavy lišit. Pomocným kritériem pro charakterizaci energetické kvality solární tepelné soustavy je její provozní účinnost η_ss, tzn. roční tepelné zisky vztažené k dopadlé sluneční energii Q_s na plochu solárních kolektorů. Účinnost solární soustavy je závislá jak na kvalitě použitých prvků (kolektor, zásobník, výměník, tepelné izolace, regulace, hydraulické zapojení), provedení montáže, tak na návrhu plochy kolektorů vůči potřebě tepla (využitelnosti zisků solární soustavy). Podle druhu soustavy se účinnost může pohybovat od 30 % do 60 %.

Zpět na začátek

12.7 Pomocná elektrická energie pro pohon soustavy

Pro stanovení celkové energetické bilance a vyhodnocení reálných přínosů (úspor primární energie, úspor emisí) solární soustavy je vhodné hodnotit také spotřebu pomocné elektrické energie na provoz solární soustavy Q_pom,el. U solárních fototermických soustav s nuceným oběhem je zapotřebí dodat elektrickou energii pro oběhová čerpadla, pohony ventilů, regulaci, aj. Pro orientační stanovení spotřeby pomocné energie z elektrického příkonu. Zatímco u maloplošných solárních soustav pro rodinné domy dosahuje podíl pomocné elektrické energie na využitých tepelných ziscích solární soustavy 3 až 5 %, u velkoplošných solárních soustav se podíl pomocné energie pohybuje zpravidla do 1 %.

Zpět na začátek

12.8 Výkonové číslo (COP)

Výkonové číslo solární soustavy vyjadřuje, podobně jako u tepelných čerpadel topný faktor, poměr tepla dodaného solární soustavou k pomocné elektrické energii pro pohon solární soustavy. Udává kolik kWh využitelného tepla bylo vyprodukováno solární soustavou na kWh spotřebované elektrické energie. Zatímco u tepelných čerpadel se reálný provozní COP běžně pohybuje okolo hodnoty 2,8, solární soustavy vykazují hodnoty COP od 20 (maloplošné) do hodnot vyšších než 100.

Zpět na začátek

Testové otázky

Zpět na začátek