Praktické poznatky pri aplikácii solárnych systémov

V prvom rade je nutné sa zmieniť o pomerne skreslených predstavách laickej verejnosti o možnostiach, alebo schopnostiach termických solárnych systémov. Často si ich ľudia mýlia nielen so solárnymi trubicami na opaľovanie, ale i s fotovoltaikou. Často očakávaným energetickým výstupom je potom samozrejme elektrický prúd, pokiaľ možno rovnakých parametrov a výkonov, ako poskytujú domáce zásuvky napájané energetickými rozvodnými závodmi... Akonáhle mnohí potencionálni záujemcovia nakoniec získajú obraz o skutočnej podstate absorpcie tepla na izolovanej teplovýmennej ploche, stále sa ešte stretávame aj s otázkami, ktoré priam hraničia s porušovaním fyzikálnych zákonov.

Samozrejme s rastúcou potrebou riešiť akútne problémy, spojené so získavaním lacných alternatívnych zdrojov energie pre domácnosti, sa povedomie verejnosti dostáva stále na vyššiu úroveň a býva už bežné, že niektorí zákazníci sú v tejto oblasti celkom zbehlí a dokážu klásť pomerne kvalifikované otázky a majú celkom reálny obraz aj vedomosti.

Obr. 1 - Pre majiteľov bazénov je strecha bazénovej haly často limitujúcou plochou pre osadenie sústavy kolektorov.

Obr. 2 - Ak sa architektonické riešenie strechy vyznačuje veľkou členitosťou, potom je estetické umiestnenie kolektorov pomerne náročnou úlohou.

Pre zhrnutie najčastejších otázok, s ktorými sa dá v praxi stretnúť, sme pripravili tento základný prehľad FAQ:

1. Koľko kolektorov potrebujem na zabezpečenie vykurovania rodiného domu s podlahovými elektrickými vykurovacími rohožami?

Táto pomerne frekventovaná otázka často vyplýva zo zámeny fotovoltaického systému (výroba elektrickej energie) so systémom termickým (ohrev prúdiaceho média). Už vzhľadom na to, že fotovoltaika aj pri najvyššej možnej snahe nedokáže efektívne a zmysluplne pokryť všetky energetické potreby domu (pri cene desiatok tis. Sk na m² je v zime dosahovaný výkon iba v desiatkach wattov na m²).

Termický systém je na tom omnoho lepšie (desiatky tis. Sk investovaných na m² už vydá nejaké stovky wattov tepelnej energie). Je nutné si uvedomiť, že aj keď termický kolektorový systém je mnohonásobne účinnejší, produkovať elektrický prúd nedokáže a na prenos tepla do objektu tiež potrebuje niečo a to je prúdiace médium.

Fotovoltaika síce priamo vyrába elektrický prúd, ale bez meniča žiaľ iba jednosmerný, nízkeho napätia a malého výkonu. Pre pokrytie vykurovacích potrieb domu fotovoltaikou by preto bolo nutné inštalovať asi 25 násobok vykurovacej plochy, čo by bolo viac než absurdné a v zimnom období aj tak nedostatočné a v noci bez akumulácie neúčinné. Zriaďovacie náklady by dosahovali desiatky miliónov Sk, návratnosť by bola prakticky nereálna.

Teda položená otázka má jednoduchú odpoveď - tento problém kolektory nedokážu vyriešiť, je nutné mať v dome vykurovací systém s prúdiacim teplonosným médiom, termický kolektorový systém a konvenčný zálohový zdroj (kotol).

Obr. 3 - Kompromisné riešenie uprednostňujúce južnú plochu členitej strechy.

Obr. 4 - Najčastejšou prekážkou pre efektívne využitie strešnej plochy sú strešné okná, ktoré musia tiež spĺňať technické kritériá umiestnenia...

2. Koľko kolektorov mi doporučujete pre vykurovanie rodinného domu o ploche XXX m², keď mám teraz kotol o výkone X kW?

Častá, pomerne záludná otázka, ktorá pri snahe o vysvetlenie podstaty problému vyvoláva u zákazníkov rôzne reakcie, od nervozity, až po snahu dokázať Vám, že tomu nerozumiete a bude zrejme lepšie obrátiť sa inde, veď existuje toľko začínajúcich firiem, ktoré Vám to povedia aj na počkanie bez mihnutia oka...

Pre tých, ktorí už majú nejakú stovku inštalácií za sebou, to také jednoduché nie je a nedovolia si strieľať od boku. Riešenie neposkytuje ani nevyhnutný energetický audit, ktorý je nutné realizovať na mieste, ale je dôležité dať do súvisu celý rad okolností, ktoré podmieňujú nielen technický úspech riešenia, ale aj jeho celkovú ekonomickú rentabilitu.

Solárna energia, ako je známe, vykazuje špecifický celoročný priebeh energetického zisku, žiaľ s najmenším pokrytím práve v období jeho najvyššej potreby (v zime). Ak teda už budeme do toho investovať, musíme myslieť nielen na okolnosť, či nám to technické podmienky dovolia (napr. len to, či je dostatok plochy na inštaláciu kolektorov s dobrým polohovaním), ale treba sa zamyslieť aj nad tým, či nám investícia poskytne celoročné vyťaženie, predovšetkým v lete, keď je energie nadbytok. Desať nadbytočných kolektorov, nahriatych a nevyužitých 9 mesiacov v roku, je veľmi zlá investícia. To už radšej mať iba 5 kusov, z ktorých tri pokryjú potreby TÚV a spolu s pridanou dvojicou prispejú k oddialeniu vykurovacej sezóny a temperovaniu v prechodnom období. Každopádne však musí byť dvojokruhový systém napojený na nízkopotenciálový systém odovzdávania tepla.

Každý kilowatt úspor sa nám potom ráta. Iná situácia je, pokiaľ máme to šťastie a vieme nadbytok energie v lete umoriť napríklad do bazéna. Potom si na zimné obdobie môžeme dopriať presmerovanie energie aj do vykurovacieho systému s pomerne vyššou intenzitou.

Ak to chceme jednoducho zhrnúť, nie je pre bežné aplikácie možné uvažovať s plnohodnotnou náhradou klasického spôsobu vykurovania, vždy ide prakticky o rôzny stupeň dosiahnutia úspor a zníženia celkových nákladov.

Obr. 5 - Aj vnútorné prvky solárneho systému by mali mať okrem dobrej funkčnosti aj určitý estetický štandard.

Obr. 6 - Príklad riešenia energetického uzla v strojovni so solárnym systémom zakomponovaným s estetickým citom a remeselnou zručnosťou.

3. Ak chcem úplne odstaviť vykurovací kotol, koľko kolektorov potrebujem a aký akumulátor by mi umožnil preklenúť celé zimné obdobie?

Toto je možné skutočne iba teoreticky, pri aplikácii v tzv. pasívnych domoch, alebo v praxi s pomerne ťažko aplikovateľným megazásobníkom. Paláce a energeticky rozšafné domy stavané v našich končinách sa stávajú nevhodnými na taký účel a spomínané pasívne domy vyžadujú okrem špecifických technických riešení aj určité obmedzenia a prispôsobenia prevádzkových režimov potrebám praktickej efektívnosti. To u nás ešte vnímame skôr negatívne. Reálne fyzikálne zákony sa nám zase stavajú do cesty pri snahe uchovať energiu v obrovských akumulačných nádobách. Žiaľ, ani najlepšia izolácia nezabráni spätnej difúzii tepla do prírody a akumulácia je buď stratová, alebo sa nám pri zlom plánovaní nepodarí vždy dosiahnuť potrebný tepelný potenciál v potrebnom čase a celom akumulačnom objeme. Potom sme vlastne vyplytvali obrovské množstvo energie, z ktorej nám príroda dennodenne kradne svoj podiel a po niekoľkých mesiacoch v zime, keď ju chceme konečne využívať, môže byť už neupotrebiteľná pre nízku technicky aplikovateľnú hodnotu. A čo s tepelnou zásobou tisícok našetrených kW, ak je tepelná úroveň nižšia, než vratná voda vykurovacieho systému? Dohriať ju kotlom? Je jasné - vyprodukovali sme evidentnú stratu...

Potom sme pre také prípady nútení doplniť do systému napr. tepelné čerpadlo, aby sme potenciál dostali na využiteľnú úroveň. Teda ďalšie nevyhnutné náklady. Pritom každý kilowatt tepla, ktorý kolektorová sústava zachytí, ale sa zmysluplne nevyužije, znamená iba zhoršenie celkovej návratnosti.

Už len to, že ak energiu využijeme pokiaľ možno hneď po jej zachytení, sme už o koeficient strát lepší. Preto pre naše podmienky je efekt krátkodobej akumulácie omnoho vhodnejší. Dobre zaizolovaný dom s rekuperáciou vetrania a nízkopotenciálovým vykurovacím systémom a prioritou na výrobu TÚV (celoročná záležitosť) je možným zdrojom značných úspor pomocou dotácie solárnou energiou, ale cesta úplného vylúčenia konvenčného zdroja tepla je pre bežné domy ilúziou a zbytočným sebaklamom.

Obr. 7 - Nájsť využiteľnú aktívnu plochu na streche v radovej zástavbe so strešnými oknami nie je vôbec ľahké...

Obr. 8 - V okolí stromov je kolektorové plochy vhodné situovať čo najvyššie k štítu strechy.

4. Prečo je potrebný tak veľký solárny zásobník, keď mi teraz stačí aj 120 litrový plynový bojler a prípadne môžem terajší nejako využiť pri doinštalovaní solárneho systému?

Špeciálny solárny zásobník nemôže byť nahradený akýmkoľvek bojlerom. Má niekoľko špecifických vlastností, ktoré mu umožňujú efektívne plniť svoju úlohu. Musí byť schopný kedykoľvek absorbovať solárnu energiu a uchovať ju aj počas kritických dní (zamračené, nárazová nadspotreba vody a podobne) a v prípade potreby musí umožniť núdzový dohrev, ale len v nevyhnutnom objeme svojej zásoby. Je nám jasné, že plynový, alebo elektrický bojler je zásobovaný energiou 24 hodín denne. Preto robiť si neúmerné zásoby pri reálnom koeficiente tepelných strát (chladnutie vody prestupmi cez izoláciu) je nezmysel.

Je preukázateľné, že prietokové ohrievače sú vlastne energeticky najefektívnejšie, pretože faktor akumulačných strát úplne vylučujú. Majú však svoje muchy a ich vyťaženie je obmedzené pri prekročení optimálneho prietoku. Solárny systém má celkom inú charakteristiku. So stratami sa jednak krátkodobo počíta (strácame však energiu získanú zdarma) a slnko aj tak riadiť nemôžeme. Musíme sa mu jednoducho prispôsobiť a umožniť zachytávať jeho energiu vtedy, kedy je k dispozícii.

Na túto úlohu sú solárne bojlery prispôsobené nielen väčším objemom, ale aj špecificky umiestneným solárnym výmenníkom s oveľa väčšou aktívnou plochou (energia sa odovzdá rýchlo aj pri nižšom solárnom potenciáli). Ten je umiestnený v mieste prívodu studenej vody do zásobníka TÚV. Len tak sa dá využiť solárne teplo aj v zime a pri zamračenom počasí aspoň na predohriatie studenej vody, ktorú potom stačí len mierne prihriať na požadovanú úroveň klasickým zdrojom (kotlom). Dohrev je umiestnený až v hornej časti zásobníka, teda pri mieste odberu TÚV, čo je stav takmer prietokového dohrevu. Štíhly a vysoký tvar solárneho zásobníka umožňuje želanú stratifikáciu - prirodzené vrstvenie teplej a studenej vody podľa úrovne jej teploty. Prehriata voda prirodzene sa vrství a ukladá hore pri výtoku TÚV a studená voda obklopuje solárnu špirálu a je ňou prehrievaná. Len tak sa môže garantovať, že energia bude môcť byť odovzdávaná, aj keď sa nám zdá, že nie je využiteľná (slnko je pod mrakom a máme len difúzne zložky žiarenia). Z týchto dôvodov sa ležaté prevedenia zásobníkov veľmi nedoporučujú. Ich stratifikačná schopnosť je malá.

To, či je jestvujúci, starý bojler možné zakomponovať do nového solárneho systému, je často otázka na zváženie. Ak už je dlhšie v prevádzke, je vysoké riziko, že bude najslabším článkom v solárnom systéme. Nahradiť solárny zásobník aj tak nemôže a jeho použitie ako doplnkového zásobníka (na zväčšenie akumulovaného objemu) spôsobí, že prekorodovanie a tečenie systému môže vyvolať zbytočné starosti a predčasné servisné zásahy. Moderné solárne zásobníky sú veľmi kvalitného vyhotovenia s garanciou bezproblémovej prevádzky.

Ak však je jestvujúci zásobník nový a je súčasťou kvalitného kotla, je možné ho použiť na výstupe zo solárneho zásobníka, ktorý nemusí mať bivalentný výmenník. Teda dohrev kotlom sa bude realizovať až v jestvujúcom zásobníku ako doteraz a riadiaci systém kotla si bude nezávisle strážiť nastavenú úroveň teploty TÚV meraním stavu pritekajúcej vody a v prípade dostatku solárnej energie sa jednoducho nezapne.

Toto riešenie je v praxi overené a je funkčné. Patrí však k luxusným riešeniam a obstojí tam, kde otázka návratnosti nie je na prvom mieste a kde už došlo k neuváženej investícii.

5. Ak si od výrobcu kúpim kolektory, môžem si ich inštaláciu urobiť sám, prípadne si môžem objednať odbornú firmu len na niektoré súčasti montáže?

Bez podceňovania schopností slovenských a českých kutilov a domácich majstrov je nutné odhovoriť bežného záujemcu od takéhoto postupu. Určite sa nájdu fachmani pracujúci v príbuznom odbore (kúrenári, vodári a podobne), ktorí si dokážu systém postaviť za cenu takzvaného učenia sa za pochodu. Ale tých odhovárať nie je zmyselné a je dobré, ak si rozšíria svoje zručnosti o nový perspektívny odbor činnosti. Pre bežného človeka však zo svojpomoci nevyplýva žiadna výhoda a aj úspory sú iba iluzórne.

Už len to, že výrobca Vám predá kolektory drahšie, ako ich predáva certifikovaným montážnikom, stojí za úvahu a predovšetkým zbytočne strácate záruku na systém. Kto vám bude garantovať tlakový okruh s pracovným pretlakom do 0,6 MPa ak ho celý nerobil? Tak isto musíte si naštudovať teóriu, pretože montážne návody nie sú vôbec unifikované - každá montáž je jedinečná prispôsobením použitých prvkov, trás, systému riadenia a náväzností predovšetkým na stávajúci systém a priestorovú dispozíciu objektu.

Musíte perfektne zvládnuť hneď niekoľko profesií: zváranie medi, práca vo výškach, pokrývačské úkony, izolatérstvo, vodárčina, kúrenárstvo, bazénárstvo, elektroinštalácia a aj systém riadenia. Ak Vás to neodradilo, veľa trpezlivosti a úspechov pri realizácii!

Obr. 9 - Na ideálne plochej, nečlenitej streche je možný počet inštalovaných kolektorov iba otázkou finančných možností investora.

Obr. 10 - Solárny systém smerovaný hlavne na zimné využitie je charakteritický pridvihnutím kolektorového poľa na takzvaný nízky zimný horizont.

6. Prečo sa cena solárnych systémov pohybuje v reláciách často vysoko cez 100 tis. Sk (Kč), keď cena jedného kolektora sa pohybuje 10-15 tis., solárny bojler okolo 30 tis. a pre výrobu TÚV vlastne stačia 3 kolektory?

Moderné solárne systémy sú plnoautomatické systémy s celoročnou prevádzkou a veľmi dlhou dobou životnosti, bez nárokov na ovládanie a údržbu. Kolektory, ktoré máme možnosť vidieť inštalované na čoraz väčšom počte objektov, sú len jednou, aj keď veľmi dôležitou súčasťou celého systému pracujúceho počas mnohých rokov. Kvalitný kolektor s dobrou selektivitou (schopnosťou zužitkovať maximum slnečnej energie bez spätného vyžarovania do okolia) je intenzívne vystavovaný vplyvom okolitého prostredia, exhalátom, kyslým dažďom, krupobitiu a pritom musí garantovať zachovanie svojich kvalitatívnych vlastností predovšetkým po období vyrovnania investičných nákladov na zriadenie systému. Jeho pracovný rozsah sa blíži k povrchovej teplote stagnácie 240 °C (vákuový kolektor) a v zime mu naopak hrozí zamrznutie. Ak si má v takomto pracovnom rozsahu poradiť systém bez toho, aby v ňom náplň vrela, alebo zmrzla, musí byť systém pod stálym expanzným tlakom a ešte doplnený o špeciálne aditíva. Okrem špeciálnej náplne (solarén) aj rozvody musia byť tepelne a tlakovo odolné. Preto sa používa najlepšie na tvrdo spájkovaná meď. Na jej izoláciu sa musí použiť minerálna vlna, alebo vysoko tepelne odolný kaučukový návlek. Solárna kvapalina sa v potrubnom systéme musí prečerpávať cielene tak, aby sa v kolektorovej sústave primerane prehrievala a na výstupe v jednom, alebo v niekoľkých výmenníkoch odovzdávala teplo v patričnom tepelnom spáde. A to v celoročnom pracovnom rozsahu! Nesmie sa pritom stať, že vodou v zásobníku budeme vykurovať kolektory. To zaistí jedine sústava meracích čidiel a riadiaci systém schopný samostatne rozhodnúť, kedy môže spustiť a kam môže dodávať solárne teplo. Len tak sa môže u takzvaných viacokruhových systémov zaistiť postupné obslúženie dodávky solárneho tepla pre viac spotrebičov.

Každý solárny systém pre výrobu TÚV má ako normálne príslušenstvo veľký solárny zásobník s bivalentným (doplnkovým) dohrevom, má obehový čerpací systém, riadiaci systém, merací systém, tlakové ochrany, odvzdušňovanie, odplyňovanie, blokovanie kotla, ukazovatele teploty, prevádzkového tlaku, podtlaku (napr. vákuové kolektory), výmenníky, trojcestné ventily a iné prvky, podľa modifikácie systému. Keď si k tomu prirátate kvalitnú poveternostným vplyvom odolnú nosnú a polohovaciu strešnú konštrukciu, kopu uzatváracích armatúr, medených rúr, spojok a fitingov, dostanete sa na cenovú úroveň, ktorá ako komplex tvorí cenu solárneho systému a ktorá Vás svojou výškou tak ohuruje.

Materiálové náklady na jednu solárnu sústavu sú ešte stále výrazne nižšie, ako v zahraničí, ceny ostatných komponentov z dovozu zodpovedajú cenám na tuzemskom trhu. Podstatným rozdielom je cena za technické riešenie, funkčnú schému a montáž zariadenia aplikovaného u zákazníka. Tieto položky sú oproti okolitým krajinám pod úrovňou 35% cien bežných v okolitých krajinách. Teda cena položiek, v ktorých sa zhmotňuje duševná práca, je ešte stále silne podhodnotená. To je výhoda, ktorá sa už napríklad v okolí vyspelých štátov stráca a lokálne firmy si pýtajú vďaka vyššiemu dopytu na trhu omnoho vyššie sadzby aj za realizáciu solárnych systémov. Perspektívne však možno očakávať smer vývoja cien solárnych systémov smerom k svetovým cenám.

Ak v tomto období bude štát povinný v rámci pravidiel Únie poskytovať dotácie na alternatívne zdroje, na súčasné ceny sa už aj tak nedostaneme. Bude zrejme pri náraste realizačného priestoru tlak na zvyšovanie miezd a aj realizátori solárnych systémov svoje služby budú poskytovať za stále vyššie ceny. A cena neobnoviteľných zdrojov, palív a energie, bude tomuto trendu neustále nahrávať.

Obr. 11 - Mnohokrát je v podkrovných priestoroch nutné realizovať solárnu inštaláciu na ľahké stavebné konštrukcie a ľahké priečky.

Obr. 12 - Veľkým prínosom pre efektívnosť ukladania solárnej energie je dobrá stratifikačná schopnosť moderných štíhlych solárnych zásobníkov.

7. Mám bazén, ktorý by som chcel vyhrievať solárnymi kolektormi. Koľko a aké kolektory mi doporučujete?

Okolo veľmi módneho prvku v súčasnosti, domáceho bazéna, je kopec problémov, ktoré nútia užívateľa siahať hlboko do vrecka. Prevádzka bazéna svojich majiteľov časom úplne privádza do zúfalstva. Najčastejším problémom je aj šetrenie na nepravom mieste. Ak si majiteľ kúpi bazén bez dodávky systému jeho ohrevu, alebo iba z lacným elektroodporovým výmenníkom, dostane sa po prvom roku prevádzky k poznaniu, že luxusná dovolenka s celou rodinou pri mori je lacnejšia, ako amortizácia a náklady na prevádzku takéhoto bazéna. Preto spojenie solárnych kolektorov s udržiavaním bazéna na želanej teplote bazénovej vody je priam ideálnym riešením pre možnosť obsiahnúť popri ňom aj iné zdroje energetických potrieb (celoročnú výrobu teplej úžitkovej vody, dokurovanie a doplnkové vykurovanie).

Prečo je pre solárny systém bazén ideálnym spotrebičom? Jednak preto, že je energeticky veľmi náročný a môže zužitkovať všetky prebytky, ktorých býva v letnom období neúrekom a na druhej strane sa uspokojí s pomerne nízkym potenciálom energie. Skúsme si to vysvetliť na malom príklade: Vodu v bazéne potrebujeme udržiavať na hodnote 22-24 °C. Na to, aby sme dokázali takúto teplotu odovzdávať solárnym systémom, potrebujeme, aby sa nám do výmenníka, ktorý nahrieva bazénovú vodu, dostala teplota o taký gradient vyššia, aby došlo k prestupu tepla získaného na kolektoroch do bazénovej vody. A získať na kvalitných kolektoroch aj pri zamračenom počasí 35-40 °C nie je žiadne umenie. Prakticky do doby, kým solárny systém nie je schopný dohrievať vodu v solárnom bojleri, kde chceme mať 50-60 °C, môže bez problémov ohrievať bazén.

Vodu v bojleri po dosiahnutí aktívnej hodnoty systém dohreje za veľmi krátku dobu. Jednak preto, že bežných 300 litrov zásoby TÚV nie je žiadny energetický problém (v porovnaní s bazénom doslova smiešny), jednak preto, že počet kolektorov je dimenzovaný pre samotný bazén, teda výkon solárnej sústavy je razantný a efekt dohrevu rýchly. Systém sa po chvíli vracia k ohrevu bazéna, ale už nám vyprodukoval dostatok teplej vody aj pre celú domácnosť. Ak chceme, aby sme zo solárneho systému mali úžitok aj pri temperovaní a dokurovaní v zime, potom je vyšší počet kolektorov prínosom a treba už len zvážiť, ako ju v tomto čase prerozdelíme. Ale ak by sme nemali bazén, vyprodukované kilowatty by nám v lete vyšli navnivoč a naše peniaze investované do nadbytku kolektorov samozrejme tiež.

Teraz nás iste bude zaujímať, koľko kolektorov vlastne treba pre bazén, aby sme boli spokojní z pohľadu úžitku, aj návratnosti. Nikdy nedimenzujme počet kolektorov na energetickú náročnosť spojenú s jeho nábehom do prevádzky! Prečo je tomu tak? Skúsme znova príklad z praxe: Napustíte si bazén o objeme 50 m³ studenou vodou (napr. 10 °C) a idete ho hriať na nejakých 24 °C. Ak máte šťastie a dostatok slnka a kolektorov, za 1 deň zdvihnete teplotu bazéna o 2-3 °C. V noci Vám však celkom prirodzene poklesne teplota v bazéne o minimálne jeden až dva stupne, napriek najkvalitnejšej izolácii. Prečo? Pretože ste nútení mimo slnečnej aktivity prestať dodávať teplo, keď jednoducho nie je slnečná energia k dispozícii. A každý krytý aj voľný bazén prirodzene chladne, odvodom do podložia, difúziou a evaporáciou. Ak si teoreticky pridáte ďalšie kolektory do výkonu, budete síce rýchlejšie s teplotou stúpať počas solárnej aktivity, ale v noci vám príroda zase čosi ukradne z bazéna a vy budete postupovať s teplotou hore po krivke pripomínajúcej zuby pílky. A ani si neuvedomujete, aké je to energetické plytvanie. Ak by ste totiž nábeh urýchlili jednorázovým dynamickým, v noci neprerušovaným dohrevom plynom, alebo to dotiahli elektroohrevom, bolo by to drahé, ale rýchle a dospeli by ste naviac k poznaniu, že čím viac sa blížite k prevádzkovej teplote a teplote vzduchu v bazénovej hale, tým sú nároky na energetický príkon menšie. Ak dosiahnete stabilný stav teploty podložia a stabilnú prevádzkovú teplotu, zrazu Vám energetické nároky poklesnú a budú viac menej vďaka akumulačnej schopnosti vody vyrovnané. A na túto hodnotu je rozumné dimenzovať aj solárny systém! Nech Vám už kolektory držia teplotu bazéna zadarmo. Lebo ak ich nebudete mať, každý meter kubický Vášho bazéna bude od Vás pýtať minimálne 1,2 kW energie denne, za ktorú musíte zaplatiť, len keď chcete mať stálu teplotu...

Pre bežný bazén to znamená aj desiatky tisíc kilowattov ročne, potrebných len na udržiavanie jeho prevádzky a to sú ozaj nemalé peniaze... A kúpiť si obrovský počet kolektorov len na nakopnutie bazéna a potom ich mať celý rok predimenzované a nevyužité, je tiež holý nezmysel!

Teda pre prevádzku budeme potrebovať lacný, ale rýchly a výkonný zdroj na nakopnutie bazéna do nábehu a na udržanie teploty počet kolektorov rovnajúci sa 40-60 % plochy bazéna. (Napríklad bazén 6x4 = 24 = 12 m² kolektorovej plochy, čo je asi 6 až 7 kolektorov.) Ak budeme chcieť v zime ešte aj pomôcť pri dokurovaní domu, zvolíme hornú hranicu počtu kolektorov a viac, podľa výťažnosti nízkopotenciálového spotrebiča, ktorým teplo odovzdáme.

Teraz niečo o zakomponovaní solárneho systému do bazénovej techniky. Je to značný problém a mnoho firiem zaoberajúcich sa solárnym ohrevom si na ňom u zákazníkov pošramotilo svoju povesť. Je potrebné si uvedomiť, že dostať potrebné kilowatty do tak obrovskej masy vody, akú obsahuje bazén, nie je vôbec jednoduché! Za prvé, viacokruhový a celoročne prevádzkovaný solárny systém nesmie pracovať s bazénovou vodou priamo v kolektoroch, lebo v nich prúdi nemrznúca a nevriaca zmes pod tlakom. Voda v bazéne, vykurovacia voda a teplá úžitková voda musia byť striktne oddelené sústavou výmenníkov a nesmieme ich z hygienických a praktických dôvodov vôbec miešať. Ani kvalitné tlakové kolektory nie sú pred agresívnou chémiou bazénovej vody imúnne.

V úvode sme si hovorili, že bazén dokáže zužitkovať nízke potenciály teplôt. Ale dostať túto energiu doslova do každej molekuly vody znamená nutnosť celý jej objem doslova prehnať mnohonásobne cez kvalitnú, odolnú teplovýmennú plochu. A to všetko za podmienok, že sa pri reálnej tepelnej vodivosti a absorbivite vody energia prenesie zo solárnej kvapaliny kompletne do celého bazéna! Bazény zvyknú mať výmenník na ohrev vody vsadený do filtračného okruhu. Výmenník výkonu desiatok kW tak pomocou plynového kotla, alebo elektroodporovým ohrevom pri predpísanom tepelnom spáde zaistí nielen ohrev, ale aj kritické nabiehanie bazéna do prevádzky. Pretože filtračný okruh bazéna pracuje s obrovským množstvom vody, je tento výmenník veľkému prietoku prispôsobený a z hľadiska odovzdávania energie je zákonite vysokopotenciálový.

Znamená to teda, že z kotla, alebo elektrošpirály vyžaduje 80-90 °C, aby v protiprúde na teplovýmnenej ploche došlo k odovzdávaniu dostatočného množstva energie. Základnou školáckou chybou firiem pripájajúcich solárny systém je použitie takéhoto výmenníka aj pre ohrev solárnym systémom. Výhody nízkopotenciálového ohrevu sú vlastne preč a kým solárny systém nedosiahne vysokú teplotu imitujúcu kotol, výmenník pracuje mimo svojej pracovnej krivky a odovzdávaný výkon dosahuje iba zlomok nominálneho výkonu. Pre solárny ohrev vhodný výmenník je dimenzovaný tak, že ním preteká bazénová voda o oveľa menšom prietoku a aj teplovýmenná plocha pri reálnom gradiente dáva čas vode, aby sa stihla prehriať aj pri malom rozdiele teplôt (konštrukčné kritérium).

Ďalšou chybou, ktorú nachádzame u začiatočníkov, je, že vhodný výmenník síce dokážu správne nadimenzovať aj na počet kolektorov, ale ho surovo zaradia do filtračného okruhu pred kotlový výmenník, čím nielen zadusia filtračné čerpadlo ale aj nabiehací výmenník posunú mimo jeho prevádzkové parametre a majiteľ sa čuduje, že voda je v bazéne studená a kotol sa nechce zapnúť. Pritom sa do neho evidentne vracia rovnaká teplota ako z neho vystupuje. Napoludnie voda za solárnym výmenníkom často až vrie, ale účinok žiadny.

Čo v tomto prípade doporučujeme? Osvedčilo sa riešenie s nezávislým okruhom pomocou samostatného obehového čerpadla, ktoré okrem správneho prietoku v pomere k príkonu a tepelnému potenciálu solárnych kolektorov dáva možnosť získať nezávislosť na potrebe spúšťania filtrácie pri solárnom ohreve. Je to jednak úspornejšie, jednak to dáva možnosť filtrovať v nočnom režime, teda nie vtedy, keď si to žiada slnko. Aj firmy dodávajúce bazény sú často neschopné akceptovať, že nemôžu riadiť solárny systém, ale sa musia prispôsobiť a byť riadení slnkom. Tento problém tu odpadá. Ak je predsa nutné zvoliť solárny ohrev vo filtračnom okruhu, tak zásadne v bypasse a s pomocne doregulovaným prietokom!

Obr. 13 - Pri požiadavke investora zachovať pôvodný bojler je vhodné mu solárny zásobník predradiť ako predohrievací a eventuálny dohrev realizovať v starom zásobníku.

Obr. 14 - Ak je nutné do priestorov podkrovia umiestniť aj zásobník, je potrebné premyslieť spôsob havarijnej ochrany pri zatečení, alebo otvorení pretlakovej poistnej ochrany dilatácie prehriatej vody.

8. Nepoškodí sa solárny systém pri nadbytku energie a pri prehriatí v lete?

Moderné solárne systémy pracujú vďaka systému nezávislého tlakového okruhu v celoročnom prevádzkovom režime od -25 do +240 °C. Takéto sú totiž dosahované špičky na absorbéri vákuových kolektorov pred spustením obehového čerpadla. Solárna kvapalina sa môže lokálne prehriať aj na túto úroveň a nesmie sa pri tom vôbec nič stať. Tlaková zmena sa prejaví iba zmenou objemu kvapaliny v expanznej nádobe, prípadne sa havarijná časť tlaku uvoľní cez tlakový ochranný ventil uložený v studenej vetve (dôležité!). Po stabilizácii prevádzkových pomerov a dokonalom odplynení aj tento problém zanikne. Prevádzkový tlak v solárnom systéme bude vždy nad krivkou vyparovania solárnej kvapaliny a táto nám nezovrie. Proti namrznutiu sa solárna kvapalina aditivuje glykolmi. Počas vylaďovacej prevádzky sa systém odplyňuje na studenej vetve zberačom bublín LA3G a zásadne nie odplyňovaním vyparenej kvapaliny!

Kvalitný solárny systém je teda viac-menej tlakový systém z celomedeného potrubia izolovaného vysokoteplotnou izoláciou, vždy striktne uzavretý a preto bezúdržbový.

Všetky použité prvky sú z veľmi kvalitných, tlakovo a teplotne odolných materiálov. Nikdy si nenechávajte do primárneho okruhu (okruhu so solárnou kvapalinou) montovať automatický odvzdušňovací ventil! Tento nemá v tlakovom systéme opodstatnenie, nakoľko neustále znižuje tlak v systéme a tak ho dostáva pod bod varu, vytvára ďalšie podmienky pre vyparovanie a pary sa opätovne uvoľňujú a postupne ubúda objem solárnej kvapaliny.

Používanie automatického odvzdušňovania je neklamným znakom nízkotlakových kolektorov, ktoré nie sú schopné bez neustáleho dopĺňania kvapaliny korektne pracovať. Niektorí výrobcovia tento problém obchádzajú dopĺňacími zásobníkmi pre solárnu kvapalinu alebo systémom voľnobežného plnenia, teda kvapalina sa musí z kolektorov zlievať pri odstavení obehového (v tomto prípade obvykle voľnobežného zubového) čerpadla. Tento spôsob má určitú nevýhodu v tom, že nebráni studenému zaplyneniu kvapaliny a tvorbe peny za voľnobežným čerpadlom. Ak sa takáto kvapalina vystaví silnému prehriatiu, dochádza k podpore nežiaduceho zníženia bodu varu.

Ak kvalitný vysokotlaký solárny systém splnil všetky nastavené požiadavky (nahrial všetky okruhy), aj keď slnko intenzívne hreje, aj keď obehové čerpadlo zastaví dodávku energie a dôjde k lokálnemu prehriatiu priamo v kolektoroch, nemá to po dokonalom odplynení na solárnu kvapalinu iný vplyv, ako prijateľné zväčšenie objemu kompenzované kvalitnou expanznou nádobou. A to je správne.

V praxi sa ukázalo, že bez prístupu atmosferického vzduchu k degradácii solárnej kvapaliny pri vysokých prehriatiach nejak kriticky nedochádza. Výrobca síce pre istotu doporučuje raz za 4-5 rokov realizovať výmenu solárnej náplne, ale z praxe vieme, že dobre natlakovaný a odplynený okruh si často nežiada ani tento zákrok.

9. Ktoré kolektory sú najlepšie?

Mnoho dodávateľov malo možnosť si vyskúšať montáž a overiť si v prevádzke mnoho druhov kolektorov od rôznych výrobcov. Je možné s potešením konštatovať, že konkurenčný boj vyhnal kvalitu a aj ceny kolektorov na veľmi dobrú úroveň. Z pohľadu dlhodobej bezúdržbovej prevádzky sú najlepšie tie kolektory, ktoré uvažujú s možnosťou vysokotlakej prevádzky zásadne s núteným obehom. Zdanlivé výhody samoťažných kolektorov spojené s bezplatným nabíjaním solárneho zásobníka sú nepriaznivo negované nízkou účinnosťou, spojenou s nedokonalým vrstvením tepla v ležatých zásobníkoch, v úzkom pásme dosiahnuteľného tepelného spádu, ktorý nepriaznivo pôsobí proti samoťažnému efektu. Ak zanedbáme tieto fyzikálne problémy, potom nám samoťažné systémy prinesú ťažkosti predovšetkým s vhodným umiestnením zásobníkov, nezanedbateľnú záťaž strechy, tepelné straty pri voľnom umiestnení, problémy s havarijnými stavmi pri integrovaní pod krov. Treba si len predstaviť, čo sa stane, keď nad hlavou niekomu praskne veľký zásobník vody, alebo stačí len malá netesnosť.

Je dobré využiť nútený obeh, ktorý umožní zásobník umiestniť v dolných častiach objektu, kde je odtok, alebo gulička (práčovne, kotolne, pivnice a garáže). Nie je nezanedbateľný ani problém s nutnosťou tlačiť studenú vodu do samoťažného zásobníka až kdesi do krovu a potom ju vracať do kúpeľne na prízemí. A použiť samoťažný zásobník v spojení s ohrevom bazéna je priam diletantské, pretože okamžitý teplovýmenný výkon pre potreby ani malého bazéna nevyhovuje. Pokus vsadiť výmenník do samoťažného traktu znamená vlastne jeho vysadenie z funkcie a problematický proces samoťahu sa ešte radikálnejšie zabrzdí.

Samotné kolektory, ako špecializované zachytávače solárnej energie, sú konštrukčne veľmi podobné. Mimo špeciálnych trubicových kolektorov sú v praxi najbežnejšie ploché kolektory s dobrou absorpčnou plochou vykazujúcou selektivitu (bránia spätnému vyžarovaniu). Každý dobre vie, že tmavé matné plochy dobre pohlcujú teplo, ale ho aj dobre vyžarujú. Stačí si spomenúť, čo cítime, keď sedíme v uzavretom, slnkom vyhriatom aute. Tento efekt skleníka a tmavej, slnkom vyhriatej palubnej dosky je podstatou solárneho systému. Dobrý kolektor však musí nielen dobre pohlcovať teplo, ale až do chvíle, kým ho prúdiace teplonosné médium neprevezme do prenosu, by ho nemal vyžiariť naspäť. To je práve tá selektívnosť. Vhodná aktívna plocha býva predmetom výrobného tajomstva a je pre každého špičkového výrobcu kolektorov kritériom pre použitie v praxi.

Takúto funkciu nám žiadna čierna farba nezabezpečí. Preto pozor na nápadne lacné kolektory! Dobrý kolektor totiž dostáva počas celoročnej prevádzky poriadne zabrať. Je vystavený nielen extrémnym teplotám, ale aj atmosferickým vplyvom, vlhkosti, exhalátom, soliam a rannému kondenzátu. Ak nebude konverzná (zachytávacia a odovzdávacia) plocha kvalitná, už po roku prevádzky začne vykazovať fľakatosť, nestabilitu, rôznorodosť a v častej miere aj odlupovanie aktívnej plochy! Samotné odvetranie vnútra kolektora je celá veda a kto nevidel, koľko vody sa dokáže v nekvalitnom kolektore zhromaždiť prirodzeným spôsobom, ten žasne! A dobrý kolektor musí slúžiť bez straty výkonu celé desaťročia - inak sa jeho náklady dostatočne nezhodnotia.

Pre nútený obeh je najvhodnejší meandrový zberač tepla z kolektorovej plochy. Mnoho výrobcov používa lýrový, pretože jeho technológia napojenia na absorbér je jednoduchšia. Vykazuje však nerovnomerný prietok cez absorpčnú plochu, nakoľko podlieha zákonom prúdenia kvapalín, ktoré si hľadajú cestu najmenšieho odporu. Mnoho výrobcov tiež ťažko zvláda otázku riešenia kontaktnej plochy, ktorá je aktívnou pri odovzdávaní tepla. Je to plocha, ktorou menovite prestupuje teplo do medenej trubky naplnenej prúdiacim médiom. Ďalší problém je vhodné izolovanie od okolitého prostredia. Vzduch vo vnútri kolektora je tiež vodivý a v zimnej prevádzke nám odvádza veľké množstvo prácne zachytenej energie preč. Výrobcovia používajú rôzne spôsoby izolovania kolektorovej vane, niekedy však nezvládajú otázku nasiakavosti (minerálne vlny), tepelnej odolnosti (polyuretán) a skutočne dobrej izolačnej schopnosti. Dobrý kolektor je teda konglomerát z veľmi kvalitných tepelne a časovo odolných materiálov, s vlastnosťami podporujúcimi maximálne využitie zachytenej energie, PREDOVŠETKÝM V ZIMNEJ PREVÁDZKE.

Vysokotlaké kolektory si vyžadujú veľmi kvalitné prevedenie, najlepšie natvrdo spájkovaných spojov a dobrých závitových spojov, preto sú pre montážne firmy často tvrdým orieškom. Povrchnosť sa nevypláca, pretože permanentné zavzdušňovanie spôsobené poklesom tlaku po mikroúnikoch spôsobuje zbytočné prevádzkové problémy.

Teda ak si to zhrnieme: za kvalitný solárny kolektor považujeme kolektor vyrobený z nekorozívnych materiálov, s dobrým absorbérom s dostatočnou selektivitou a povrchovou stálosťou, s meandrovým zberačom vyhotoveným z medi, konštrukčne izolovaným proti vonkajšiemu prestupu tepla ale maximálnym povrchom pre zber energie z absorbéra. Mal by byť dokonale izolovaný tepelne, ale aj proti vlhkosti a kondenzátu.

Obr. 15 - Ak sa zakomponuje do bazénovej filtrácie pomalobežný solárny výmenník, musí byť v regulovateľnom obtoku s možnosťou nastavenia ideálneho prietoku na pracovnú charakteristiku výmenníka a počet kolektorov.

Obr. 16 - Solárny obehový systém a systém vykurovacieho kotla musia byť v dobrej funkčnej a estetickej symbióze.

10. Nedávno mi namontovali solárny systém. Som s ním vcelku spokojný, ale v kotolni mi pod solárnym bojlerom stále vznikajú mláky. Volal som firmu, skontrolovali spoje, všetko dotiahli a odišli. O niekoľko dní to isté znova. Firma prišla a vymenila mi celý bojler. Keď ten demontovaný kontrolovali, nenašli žiadnu dieru, ani netesnosť. Odišli a ja mám mláky ďalej napriek novému bojleru. Čo mám s tým robiť?

Áno, čierna mora začínajúcich firiem - aj keď v nedávnej minulosti bola zlá kvalita solárnych bojlerov povestná a spôsobovala ťažké sny nejednej firme pôsobiacej na poli solárnej techniky. Ak Vám dali nový bojler a máte pod ním mláku, nie je to vždy chyba, alebo vada! Poďme si problém analyzovať. Predstavte si, že máte tlakovú uzavretú nádobu (takzvaný solárny bojler) o objeme 300 litrov. Tento naplníte vodou a po odvzdušnení cez vodovodnú batériu ho naplníte do maximálneho objemu. Ak Vám cez batériu prestane syčať vzduch, tak ju jednoducho uzatvoríte a systém TÚV je naplnený až k batérii.

Tlak, ktorý máte na prívode vody (napríklad 0,2 MPa), spôsobí vyrovnanie tlaku v samotnom bojleri. Po jeho dosiahnutí sa uzavrie spätná klapka na prívode vody a všetko je v najlepšom poriadku. Až do tej doby, kým sa nezačne voda zohrievať pomocou solárneho systému. Ruka v ruke so stúpajúcou teplotou vody však vzrastá jej objem! A vy ste túto vodu uzavreli na výstupe batériou a na vstupe sa tesnenie spätnej klapky stále intenzívnejšie zabára do osadenia. Tlak neustále vzrastá a dosahuje 0,3-0,4 MPa a pri prekročení hodnoty poistného tlaku sa vytláča pružina poistného tlakového ventilu a začína uvoľňovať prebytočné množstvo vody von. Neroztrhá Vám predsa rozvodné trubky, alebo sedlo vodovodnej batérie! Pri nahriatí studenej vody na 60 °C dôjde k takej zmene objemu, že sa zákonite niekde musí vytlačiť poriadne vedro vody.

Tento normálny jav sa nedá nijako obísť, preto sa s tým treba zmieriť: buď požiadate montážnu firmu, nech vám výstup z poistného ventila odvedie do guličky, alebo si necháte domontovať ďalšiu expanznú nádobu do prívodu studenej vody za spätnú klapku. Ak pri bežnej prevádzke nevybíjate bojler do maxima (dilatácie sú menšie), jav spojený s vytláčaním vody nie je tak zjavný. Ak ste počas dňa doma a občas otvoríte niektorú z batérií (zrovnáte prevádzkový tlak systému), potom tiež nič nemusíte zbadať. Ale keď je zásobník úplne studený a všetko je uzavreté, po nahriatí sa dilatácia musí niekde prejaviť. Chorobou nekvalitných solárnych bojlerov bolo, že ochranný tlakový ventil sa časom mierne upchal vodným kameňom alebo koróziou a jeho úlohu prebral najslabší článok v systéme - prekorodovaný zvar na hrdle niektorého prípoja, alebo niektoré šrubenie. Tlaky sú obrovské a niekde to povoliť musí.

Pre všeobecnú prevádzku sa preto doporučuje ošetrovať tvrdosť vody (dekalcinátory) a zbytočne neprehrievať vodu v zásobníku nad 60 °C, pokiaľ vykazuje známky tvrdosti - zabráni sa tým tvorbe vodného kameňa. Kaly treba pravidelne vypúšťať. Nie vždy je pri mlákach pod zásobníkom na vine montážna firma!

11. Počul som, že v teplej vode sa vytvárajú nejaké salmonelózy a preto ju treba prevariť. Je tento problém riešený v solárnom bojleri?

Salmonely sú baktérie spôsobujúce salmonelózu, ktorá môže v tráviacom trakte vyvolať silné črevné ochorenie prejavujúce sa hnačkami a nevoľnosťou. V tomto prípade ste však mali na mysli asi legionely, ktoré sú vraj jediné schopné sa rozmnožovať v uzavretých tlakových systémoch bez prístupu atmosférického vzduchu, pod určitou hranicou teploty. Tieto baktérie sú pre tráviaci trakt úplne neškodné a ich nepriaznivý účinok je možný iba v prípade inhalácie do dýchacieho systému, kde môžu vyvolať takzvanú legionársku chorobu. Touto chorobou boli hromadne infikovaní istí legionári na svojom výročnom zjazde prostredníctvom klimatizačného zariadenia.

Nakoľko sa v problematike klimatizačných zariadení trocha vyznám, predpokladám, že zdrojom nákazy bol zvlhčovací systém, ktorý pracuje na princípe zvlhčovacej sprchy. Voda vo zvlhčovacej vani však nie je pod tlakom a má na hladine voľný prístup vzduchu. Viem si predstaviť, že je to perfektný zdroj šírenia baktérií. Tie sú tryskami rozprašované a cez vzduchotechnický systém sú unášané spolu so vzduchom do klimatizovanej miestnosti. Tam sa dostali do pľúc fajčením a vojnou oslabených legionárov...

A teraz vážne. Pokiaľ to porovnáme s pomermi v tlakovej nádobe bez prístupu vzduchu, ktorou bojler nesporne je, potom je možnosť rozmnožovania baktérií zanedbateľný. Doporučuje sa raz za čas vodu prehriať na vyššiu teplotu. Normovaných 55 °C vraj úplne na dezinfekciu stačí. Celý tento problém patrí do balíka zbytočných opatrení, ktorými nás vystresovaná spoločnosť pravidelne obdarúvava. Niektorí výrobcovia solárnych bojlerov dokonca označujú vybavenie prídavnej elektrošpirály za prostriedok na rýchlu dezinfekciu. Preto ak ste vodu dlho v bojleri nepoužívali a nebola dostatočne prehriata, pre kľud duše ju najprv prehrejte. Nič tým nepokazíte. Ak na to použijete slnko, bude to naviac celkom zadarmo...