Tepelné solárne systémy - ako to funguje?

Solárne systémy sa najčastejšie používajú na ohrev vody, na vykurovanie bazénov, skleníkov a podobne. Je možné ich využiť aj na podporu vykurovania, takéto použitie je vhodné iba pre budovy, ktoré využívajú nízkoteplotné vykurovacie systémy (podlahové, stropné, či stenové) a sú kvalitne zateplené, t.j. ich tepelné straty sú na úrovni nízkoenergetických stavieb.

V našich klimatických podmienkach je kombinácia s ďalším zdrojom vykurovania nevyhnutná, či už sa jedná o klasický plynový kotol alebo kotol na tuhé palivo. Vykurovacia voda ohriata pomocou slnečných kolektorov sa môže využiť aj v systémoch ústredného vykurovania či centrálneho zásobovania teplom (CZT).

Vo všeobecnosti slnečné kolektory pokryjú 50-70% ročnej potreby teplej vody v domácnosti, v lete takmer úplne a v prechodnom období a v zime zabezpečia jej predohrev. Okrem sektoru bytovej výstavby a rodinných domov, ďalšiu potenciálnu sféru aplikácie solárnych tepelných zariadení predstavujú objekty občianskej vybavenosti (nemocnice, sanatóriá, školy, hotely). Inou možnosťou sú napr. otvorené a kryté bazény, drobné prevádzkarne služieb, reštaurácie, poľnohospodárske podniky a hlavne potravinársky priemysel.

Je potrebné si uvedomiť, že slnečné kolektory sú len jednou z častí solárnych systémov. Solárny systém na ohrev vody sa skladá z nasledovných komponentov:

• slnečné kolektory s upevňovacími konštrukciami;
• spájacie potrubia s izoláciami;
• zásobník teplej vody (bojler) s výmenníkom tepla;
• obehové čerpadlo s armatúrami;
• regulačná jednotka;
• expanzná nádoba.

Solárny systém aktívne využíva slnečnú energiu a transformuje ju na teplo. Kolektor, spojovacie potrubie a spotrebič tvoria základ solárneho zariadenia. Pod spotrebičom rozumieme zásobník (bojler) na teplú vodu, bazén, vykurovací systém alebo iný spôsob využitia tepelnej energie. Kompletný solárny ohrev obsahuje ešte elektronickú reguláciu, expanznú nádobu, obehové čerpadlo a celý rad ďalších armatúr, ktoré sú potrebné na bezpečnú a spoľahlivú prevádzku slnečných kolektorov.

Solárny systém na ohrev teplej vody v rodinnom dome.

K samotnej premene energie slnečného žiarenia na teplo slúžia kolektory (1), ktorých základom je absorbér zachytávajúci slnečné žiarenie. Absorbér spolu s tepelnou izoláciou je vložený do vane, ktorá by mala mať nízku hmotnosť, veľkú mechanickú pevnosť, odolnosť proti korózii a vodotesnosť. Priehľadný kryt kolektora zabezpečuje jeho tepelnú izoláciu z prednej strany. Tá má znížiť straty tepla, ale umožniť prestup slnečného žiarenia. Teplo sa prostredníctvom teplonosnej kvapaliny (nemrznúca zmes) odvádza cez spájacie potrubia (2) do zásobníka teplej vody, (bojlera) (3), v ktorom výmenník (4) ohreje vodu. Elektrické vyhrievacie teleso, prípadne iný zdroj tepla (kotol, prípojka ústredného vykurovania) (5) dohrieva vodu počas zamračených dní. Elektronické ovládanie zabezpečuje automatickú prevádzku, vypína a zapína obehové čerpadlo (6) prípadne optimalizuje prietok teplonosnej kvapaliny. Expanzná nádoba (7) udržuje rovnomerný tlak v systéme. Teplá voda slúži na bežné použitie v domácnosti v kúpelni (8) či na umývanie riadu a pod.

Slnko poskytuje energiu v nízkej koncentrácii a veľmi nerovnomerne počas rôznych ročných období a taktiež rozdielne vo dne a v noci. V súčasnosti sa vo svete najviac presadzujú solárne zariadenia na výrobu nízkopotencionálneho tepla (s teplotou do 100 °C), s využitím plochých slnečných kolektorov. Nerovnomernosť dodávky slnečnej energie sa najmä v okrajových mesiacoch roka eliminuje prídavným výmenníkom tepla, ktorý je pripojený na kotol ústredného vykurovania alebo elektrickou odporovou špirálou, prípadne obidvoma spôsobmi súčasne.