Toto množství energie - bohužel - dostatečně nepokrývá potřebu tepla ani velmi energeticky účinného domu, a zatím nejsme schopni v létě ekonomicky životaschopným způsobem v létě nashromáždit odpovídající energetickou rezervu.
Můžeme však úspěšně využít sluneční energii k ohřevu vody, i když zde se neobejdeme bez tepelného akumulátoru. Není vždy náchylné k záři, když se chceme jen vykoupat.
Problém přebytečné teplé vody Konec
konců nás hlava zřejmě nebolí, chceme co nejvíce teplé vody „zdarma“ a nemyslíme na to, že její přebytek nám může způsobit potíže.
Optimalizace solárního zařízení zatím není jednoduchý úkol. Za prvé proto, že v měsících s největším množstvím slunečního svitu, tj. Od konce června do začátku září, svátky padají. Potom se počet obyvatel našeho modelového domu sníží ze čtyř na dva, nebo možná dokonce na nulu.
Kvůli nedostatečné spotřebě teplé vody se dostatek slunečního světla stává nevýhodou a vyžaduje ochranu instalace před přehřátím. Tento problém lze samozřejmě vyřešit, ale bohužel někdy za značné náklady.
Může to být systém, ve kterém je glykol vytlačován z kolektorového systému parami přehřáté kapaliny, nebo použití vakuových kolektorů s tepelnými trubkami, nebo konečně nejlevnější investice - použití automatizace, která nalévá přebytečnou horkou vodu do kanalizace.
Druhá metoda je bohužel nejdražší na provoz, protože jak čistá voda, tak vypouštění splašků stojí stále více a více. Ignorujeme etický aspekt takového řešení - nalévání horké pitné vody do kanalizace.
Řešení problému přebytečného tepla vyprodukovaného solárním zařízením v létě, často navrhovaného instalatéry, je ohřev vody v bazénu (pokud samozřejmě máme jen to, což v tuto chvíli není běžné).
Na první pohled je to dobré řešení, ale proč ohřívat vodu v bazénu, kde se nikdo nekoupe.
Jak vidíte z výše uvedených úvah, správný výběr kolektorů není snadná záležitost, a proto stojí za to mu věnovat určitou pozornost.
Optimální kolektory
Pokud bychom použili klimatické údaje o slunečním záření, například v Mazovsku, ukázalo by se, že nejvíce sluneční energie během roku dopadá na rovinu nakloněnou na jih pod úhlem 30 °. Zvolit takový sklon kolektoru by však byla chyba. V této poloze dávají nejvíce tepla během prázdninových měsíců, kdy to nejméně potřebujeme.
Sklon kolektoru pod úhlem 60 ° je mnohem výhodnější. Dává nejvíce energie na podzim, v zimě a na jaře. Pokud by byla plocha kolektorů nakloněná pod úhlem 60 ° zvolena tak, aby pokryla 100% potřeby tepla na ohřev vody v dubnu, pokryli bychom průměrně 85% této poptávky v březnu a září, 57% v únoru a říjnu a ve třech nejchladnějších a nejtemnějších měsících roku. - až 27%.
Problémem samozřejmě zůstává, co dělat s prázdninovým nedostatkem spotřeby teplé vody, ale je menší než u menších úhlů sklonu kolektorů.
Kolektor se sklonem 60 ° pokrývá až 70% roční potřeby teplé vody. Dosažení takového výsledku je možné za předpokladu, že jsou použity vakuové kolektory s tepelnými trubkami. Takové kolektory jsou však mnohem dražší než ploché kolektory.
Pokud však vezmeme v úvahu, že v celém solárním zařízení jsou náklady na kolektor pouze 30% z celkových výdajů, dokonce i jeho dvojnásobná cena zvyšuje náklady na instalaci pouze o 25%. Vezmeme-li v úvahu 25–30% zvýšení účinnosti systému v období od října do března (v průměru 15% ročně) a 20letou životnost kolektoru, budou kapitálové náklady na ohřev teplé vody podobné jako u plochých kolektorů.
Tyto kolektory zároveň řeší problémy s přehřátím vody. Při výběru vakuových kolektorů je však třeba vzít v úvahu vysoké riziko jejich nízké kvality. Bez spolehlivých záruk nás jejich použití může vystavit ztrátám.
Kolektory pro vytápění domu
Solární kolektory po vhodné úpravě instalace mohou také podporovat vytápění budovy. Použití solárních kolektorů k tomuto účelu však zatím není ekonomicky rozumné, ale mnoho lidí považuje toto řešení za jistou jistotu pro budoucnost. Uvědomují si, že energie bude dražší, a doufají, že použití solárních kolektorů sníží její spotřebu.
Prozatím však v naší části Evropy nejde o efektivní a ekonomicky racionální instalace se solárními kolektory, která by vytápěla dům po celou topnou sezónu. Hlavní bariéra spočívá v tom, že když je venku nejchladnější a my potřebujeme nejvíce ohřívat, množství sluneční energie, které můžeme použít, je velmi malé.
Často se stává, že instalace nebude fungovat 2-3 měsíce v roce, bez ohledu na použitý typ kolektorů. Řešením tohoto problému by bylo skladování energie vyrobené v létě a na podzim, aby bylo možné ji využívat během topné sezóny. To by vyžadovalo použití obrovských zásobníků vody naplněných vodou, jejichž kapacita by byla o něco menší než celý dům. Jedná se tedy o drahé řešení, které se vyznačuje nízkou účinností a neschopností „postavit“ nádrž uvnitř domu.
Již léta probíhají práce na výrobě rozměrově přijatelných nádrží naplněných jiným materiálem než vodou, jehož tepelná kapacita by byla srovnatelná s velkou vodní nádrží. Prozatím není otázkou použití solárních kolektorů k přípravě teplé vody nebo vytápění domu, ale pouze k podpoře těchto procesů.
Projektování solární instalace
Pro podporu přípravy teplé vody je zařízení vybráno takovým způsobem, aby pokrýval přibližně 50-60% roční energetické potřeby pro tento účel. Při smíšené instalaci podporující přípravu teplé vody a vytápění domácnosti by to bylo přibližně 20–25% roční potřeby. Někdy existují zařízení, ve kterých se investor snaží dále zvýšit pokrytí roční energetické potřeby solárními kolektory. Zvyšování počtu kolektorů však způsobuje pouze mírné zvýšení množství energie získané v topné sezóně a současně velký přebytek energie v létě. To je výhodné pouze v zařízeních, kde se letní přebytečné teplo používá k ohřevu bazénu.
Konstrukce kolektorů na podporu ohřevu teplé vody
Solární kolektory využívají skleníkový efekt a vlastnosti skla. Vysokoteplotní tělesa (včetně Slunce) vyzařují teplo pomocí krátkých vln. A protože sklo velmi dobře přenáší krátkovlnné záření (sklo ve vysoce kvalitních kolektorech - 91–96%) a velmi málo - dlouhovlnné záření, tepelná energie ze slunce snadno dosáhne dovnitř kolektoru, což způsobí zahřátí absorpční vrstvy. Absorbér přenáší teplo do vodného roztoku glykolu. Způsob, jakým kolektor přijímá teplo, závisí na jeho typu. Na trhu existují dvě skupiny kolektorů - plochý a vakuový.
Ploché kolektory - jsou vyrobeny z plechu pokrytého materiálem, který dobře absorbuje sluneční záření, ke kterému jsou připojeny trubky naplněné roztokem vody a glykolu. Absorpční fólie je umístěna v krabici z hliníku nebo plastu. Ve spodní části mezi pláštěm a absorbérem je vrstva tepelné izolace, obvykle minerální vlny. Nahoře je kolektor zakryt ochranným sklem.
Výhodou plochého kolektoru je nižší cena, snadná instalace a vysoká účinnost v létě (je to proto, že plochý kolektor má jednu skleněnou vrstvu, která zadržuje pouze část slunečního záření).
Nevýhodou je nižší účinnost v zimním období, kdy je nízká venkovní teplota a velké tepelné ztráty z kolektoru (velký hliníkový a skleněný plášť účinně přenáší teplo do okolí).
Ploché kolektory jsou během roku obecně méně účinné než trubkové. To však platí pro srovnání dvou kolektorů se stejnou povrchovou plochou. Jelikož ploché kolektory dostupné na trhu mají obvykle alespoň dvojnásobnou povrchovou plochu než typický trubkový kolektor a cena takové sady je nižší, je nákup plochého kolektoru obvykle výhodnější než trubkový kolektor. Pokud je na střeše málo místa, stojí za zvážení použití trubkových kolektorů.
Vakuové trubicové kolektory - v současné době jsou na trhu dva typy těchto kolektorů: s přímým průtokem a s tepelnou trubkou.
- S přímým tokem. Takový sběrač se skládá z několika nebo tuctu trubek malého průměru (8–10 mm) ve tvaru písmene U. Každá „U-trubka“ je umístěna v hliníkové části, na kterou je nasunuta skleněná trubice ze dvou těsně spojených vrstev, mezi je tam vakuum. Pod trubkami je zrcadlo.
Výhodou tohoto typu kolektorů jsou malé tepelné ztráty v zimě a efektivní provoz i při nepříznivé orientaci střechy. Nevýhody - vysoká cena, nižší účinnost v létě a citlivost na dlouhodobý nedostatek příjmu tepla.
- Teplovod. V kolektorech tohoto typu je uvnitř skleněných trubic jedna trubice s kapalinou vroucí při nízké teplotě uvnitř. Sluneční záření ohřívá kapalinu, která se odpařuje ze spodní části potrubí a kondenzuje v horní části - čímž se teplo vrací zpět k faktoru cirkulujícímu v zařízení.
Výhody a nevýhody tepelných trubicových kolektorů jsou stejné jako u přímých průtoků. Dále je lze montovat po etapách: nejprve rámy a poté instalace kolektorových trubek. Mají také částečnou ochranu glykolu před příliš vysokou teplotou. Další nevýhodou je nízká kvalita některých sběratelů na trhu.
Výhody používání kolektorů
Předpokládáme, že náš modelový dům obývají 4 lidé, kteří denně spotřebují 35 litrů horké vody o teplotě 55 ° C. To znamená denní spotřebu vody 140 l, pro kterou vybereme kolektory a objem nádrže.
Předpokládáme-li 1,5 m2 absorbéru na každých 50 litrů vody spotřebované za den, získáme to 140: 50 × 1,5 = 4,2 m2. Přijali jsme dva ploché kolektory o ploše 2,33 m2. Pro dosažení odpovídající účinnosti instalace jsme zvolili nádrž o objemu asi 300 l (dvakrát větší než je denní spotřeba vody).
Můžeme považovat výběr za správný, protože na základě simulace jsme zkontrolovali, že pokryje přibližně 52,1% roční energetické potřeby pro ohřev vody.
- Investiční náklady. Většina výrobců nabízí základní sady se solárními kolektory určené pro rodinné domy jako kompletní balení. Cena balíčku je přibližně: 8 000–12 000 (významné rozdíly v ceně vyplývají z velké škály typů a kvality komponent).
Vzhledem k použití solárních kolektorů jako rozšíření konvenční instalace s kondenzačním kotlem musíme z nákladů na balíček odečíst náklady na standardní 150 l zásobník, který by byl použit v instalaci s kondenzačním kotlem. V závislosti na výrobci a technologii bychom měli odečíst asi 2000-2500, pak je cena balíčku se solárními kolektory 6000-10000 plus práce (1500-2000). Celkově to bude od 7 500 do 12 000.
Teoreticky by se dalo říci, že použití solárních kolektorů šetří asi 52% energie potřebné k ohřevu vody, tj. V našem modelovém domě - asi 143 m3 plynu. Po vynásobení cenou plynu (2,3 / m3) bychom mohli určit roční úsporu plynu. Jedná se však o metodu velmi náchylnou k chybám.
Na základě výsledků z předchozích částí cyklu můžeme provést přesnější výpočty analýzou celkových nákladů na vytápění domu a přípravou teplé vody pro jednotlivé varianty domu. Srovnání provozních nákladů samotného kondenzačního kotle a kotle spolupracujícího s kolektory je uvedeno v tabulce.
Použití solárních kolektorů je jistě přínosné. Při současné cenové a tarifní politice to však není vždy výhodné řešení.
Náklady na teplou vodu z kolektorů
Předpokládáme-li spotřebu teplé vody na obyvatele 35 l / den, v našem domě ročně potřebujeme přibližně 2665 kWh energie. Za předpokladu, že používáme nejdražší zdroj, tj. Elektřinu (0,52 na 1 kWh), je to:
2665 kWh / rok × 0,52 (PLN / kWh) = 1386 (PLN / rok).
Z této částky můžeme ušetřit 52% v instalacích s plochými kolektory, tj. 1386 × 0,52 = 721.
Odečteme-li od této částky náklady na elektřinu pro pohon oběhových čerpadel solárního systému (kolem 50 / rok) a roční náklady na údržbu instalace 80 / rok, máme roční úsporu 591. Ve skutečnosti budou tyto výhody ještě menší, protože tepelné ztráty na samotném zásobníku, v závislosti na kvalitě izolace, se pohybují od 30 do 60 kWh za měsíc, což zvýší náklady na ohřev vody v zimních měsících (v létě máme každopádně přebytek volné sluneční energie).
Cena solárního zařízení je v průměru 10 000, včetně 20% čisté dotace z Národního fondu pro ochranu životního prostředí (hrubá dotace je 45% výdajů, z nichž platíme daň z příjmu a bankovní náklady). Tato částka vložená do bankovního vkladu ve výši 5,5% nám dává 546 úroků, což je téměř stejné jako spoření, bez technického rizika (možné náklady na selhání).
Obdobně nepříznivý výsledek získáme při analýze doby návratnosti 10 000: 546 / rok = 18,3 roku. Uvidíte, že náklady se vyplatí v období blízkém životnosti instalace.
Rovněž náklady na 1 kWh tepla z kolektoru jsou srovnatelné s náklady na elektřinu: (10 000 + 20 let × (50 / rok + 80 / rok)) :: (20 let x 2 500 kWh / rok × 0,52 / kWh) = 0,48 / kWh.
Pokud vezmeme v úvahu riziko selhání v 20letém provozním období, budou tyto náklady pravděpodobně ještě vyšší.
Úspora vody Existují
i jiné způsoby, jak snížit spotřebu energie na ohřev vody. Jde o snížení spotřeby vody díky investici do energeticky úsporných armatur. Investice 2 000 (do bezdotykových umyvadlových armatur, sprchy šetřící vodu a vysoce účinných provzdušňovačů) zde umožňuje snížit spotřebu teplé vody alespoň o 60%. Proto každoročně šetříme na energii: 2655 kWh × 0,6 × 0,52 / kWh = 828, ale také na nákladech na vypouštění vody a odpadních vod (přibližně 700). To dává senzační dobu návratnosti 2000: 1528 = 1,3 roku.
Mimochodem, pozorujeme zde státní rušení, které brání šíření řešení racionalizujících spotřebu energie. Nařízení o energetické certifikaci budov bylo napsáno tak, že instalace vodohospodářských armatur, na rozdíl od skutečností, nezlepší energetické ukazatele.
To vše vede k závěru, že rozhodnutí o instalaci solárních kolektorů v domě je doposud způsobeno spíše marketingovými aktivitami než ekonomickými důvody.
Náklady na solární instalaci a dotace
Vysoké náklady na solární kolektory na polském trhu jsou z velké části generovány politikou podpory těchto investic Národním fondem. Úplně první systémy podporující financování solárních zařízení pro kolektivní příjemce vedly k radikálnímu zvýšení cen kolektorů.
Vyplývá to přímo ze způsobu financování investice. Národní fond financuje určité procento výdajů. Výsledkem je, že pokud chceme získat největší dotaci, musíme zvýšit náklady. Neefektivním pokusem o snížení tohoto efektu je zavedení Národního fondu ochrany životního prostředí nákladového limitu zařízení na úrovni 2 500 / m2 kolektoru. To vedlo k cenám na úrovni, které v Evropě dosahují hybridní kolektory PV-T, které vyrábějí elektřinu a teplo. Teoreticky je možná alternativní politika na podporu instalace solárních kolektorů. Stačilo by nastavit stálou úroveň podpory, například na úrovni 1 000 / m2 kolektoru, samozřejmě s vysokými požadavky na kvalitu a účinnost.
Optimalizace dotace by pak z pohledu zákazníka spočívala v nalezení nejlevnější nabídky, která splňuje požadavky na kvalitu, tj. V minimalizaci vlastního příspěvku.
Protože dnes kromě systému podpory NFEP najdete na trhu slušnou instalaci pro 4člennou rodinu za 6 000 (4 m2), s dotací 4 000, která je nižší než nyní, by cena pro investora byla pouze 2 000. Cena 1 kWh tedy tepla na ohřev vody by kleslo na 0,18 / kWh a všechny střechy by byly pokryty solárními kolektory. Možná strach z takového scénáře je důvodem, proč je dotační politika odlišná. To by mělo za následek výrazné snížení potřeby tepla.
Měli byste se bát přehřátí kolektorů?
Mnoho lidí se bojí nechat instalaci bez dozoru v létě, kdy členové domácnosti jdou na dovolenou. V praxi správně provedená instalace nepředstavuje žádnou hrozbu pro uživatele a ještě méně pro budovu. Je vybaven pojistným ventilem, ze kterého lze vyřešit problém možného úniku glykolu nahrazením další nádoby. Kromě toho je v systému expanzní nádoba, která kompenzuje kolísání tlaku související s cyklickým ohřevem a chlazením systému. U správně provedené a udržované instalace expanzní nádoba prakticky zabraňuje otevření bezpečnostního ventilu.
Větším nebezpečím v zařízení je riziko poškození topného média, tj. Vodného roztoku propylenglykolu, při dlouhodobém nedostatečném příjmu tepla v zařízení a při teplotě nad 140 - 150 ° C. Téměř všechny ploché kolektory mohou dosáhnout této teploty. Trubicové kolektory jsou schopné dosáhnout i 220-270 ° C. V takových podmínkách je médium rozvrstvené a objeví se usazeniny, které je obtížné odstranit ze zařízení. Někdy se stává, že instalace se solárními kolektory naplněnými během fáze výstavby domu nemůže být uvedena do provozu po několika měsících nepoužívání. Kal generovaný v zařízení jde do filtrů,odlučovač vzduchu nebo oběhové čerpadlo a účinně blokuje průtok. Z tohoto důvodu je důležité zakrýt kolektory ve fázi instalace a neplnit je, dokud se nepoužívají. Pravidla pro instalaci kolektorů by měla být vždy konzultována s výrobcem.
Během provozu instalace se používají různé metody k ochraně média před přehřátím. Například některé regulátory mají funkci nočního chlazení instalace. Dalším řešením je použití termostatických ventilů, které po překročení určité teplotní úrovně vypouštějí část horké vody ze zásobníku do kanalizace a zásobují ji studenou vodou. Obě tyto metody nejsou ideální kvůli zbytečné dodatečné spotřebě energie a vody. Z tohoto důvodu byly hledány jiné způsoby zajištění faktoru.
U potrubních kolektorů lze použít velkokapacitní nádrž (více než 80 l na 1 m2 absorbéru kolektoru), která dosáhne vysoké teploty až po několika dnech intenzivního ohřevu. Další metodou je použití tepelných trubicových kolektorů, u kterých při absenci příjmu tepla v zařízení se solanka odpaří, což nepřenáší teplo do vodního glykolového roztoku.
U plochých kolektorů se jako účinná ochrana média ukazuje použití meandrujícího absorbéru.
Výhodným řešením jsou také systémy odtoku nebo systémy s gravitačním návratem média, ve kterých kolektory zůstávají prázdné při nedostatečném příjmu tepla.
