Navigace

Univerzální překladač

Překlad (translations)

Czech English French German Italian Polish Russian Spanish

QR kód

Kontaktní informace o CNE.

kontaktní informace pro Vaše mobilní zařízení

klikněte na obrázek pro zvětšení

Zakládající člen ČFA

Jsme členem České fotovoltaické asociace, o. s.

Člen AVTČ

Jsme členem Asociace pro využití tepelných čerpadel

Aktuální počasí

Počasí dnes:

22. 7. 2017

bo

Bude polojasno až oblačno, místy přeháňky nebo bouřky. Denní teploty 27 až 31°C. Noční teploty 18 až 14°C.

Vyhledávání

rozšířené vyhledávání ...

Datum a čas

Dnes je sobota, 22. 7. 2017, 12:47:36
Odeslat stránku e-mailem

Obsah

Termická solární zařízení CNE

Termické systémy pro ohřev vody a podporu vytápění

Co je to solární ohřev vody?

Termické kolektory a panely slouží k výrobě tepelné energie. Běžně se používají k ohřevu vody v bazénech, k přípravě teplé užitkové vody (TUV) a k vytápění.

Při průchodu slunečních paprsků skleněným krytem kolektoru jsou sluneční paprsky pohlcovány do absorbéru, který se nachází uvnitř kolektoru. Zde  jsou paprsky přeměňovány na tepelnou energii. Absorbér je tvořen trubkami, které jsou natřeny zpravidla selektivní barvou  a jsou umístěny velice těsně u sebe, aby lépe šířily teplo. V trubkách je teplonosná kapalina, která se zahřívá a postupuje prouděním z absorbéru do jedné trubice vedoucí do výměníku, ve kterém se teplá voda uchovává pro další využití.

Krátká historie

Princip využití sluneční energie po účely vytápění je znám již déle než 2500 let. První, i když pasivní využití sluneční energie je známé již z dob starověkého Egypta, Mezopotámie a Jižní Ameriky. Běžně se v té době využívalo poznatků o energii slunce v architektuře (např. orientace oken k jihu).

Řecký fyzik a vynálezce Archimédés ze Syrakus (287-212 př.n.l.) objevil princip koncentrace slunečních paprsků pomocí zakřivených zrcadel (konkávních), které vyráběl leštěním bronzových plechů.

Rozvoj technologií k využití solární energie se poté na dlouhou dobu zastavil. To se ovšem změnilo v 18 stol. ve Švýcarsku.

Předchůdce solárního kolektoru vynalezl Horace Beedict de Saussure (1740-1799) v Ženevě. Tento panel nebyl v podstatě nic jiného než dřevěná krabice zakrytá sklem. I tak ale byl schopen dosáhnout teploty kolem 90°C.

předchůdce solárního kolektoru

V 19. století přišel Augustin Mouchot na myšlenku využití vnitřních zrcadel (koncentrátor), tím opět posunul vývoj kolektorů blíže k těm dnešním.

První komerční solární ohřívač vody si nechal patentovat v roce 1891 Clarence M. Kemp v Baltimore.

climax solar- první solární kolektor

Sluneční kolektor v podobě jak ho známe dnes, byl vyvinut v 70.letech minulého století jako reakce na první ropnou krizi a  hledání jiných zdrojů energie.

 

Přírodní podmínky v ČR  

Z hlediska využívání solární energie je nejdůležitějším faktorem intenzita záření a počet hodin slunečního svitu v jednotlivých ročních obdobích, případně i součinitel znečištění atmosféry. Solární energie je svojí povahou rozptýlená, tj. málo koncentrovaná a její dostupnost je závislá především na počasí a ročním období, nicméně je dostupná a využitelná prakticky všude.

Slunce je ústředním dodavatelem energie našeho slunečního systému. Intenzita záření na povrchu slunce je cca 70.000 kW/m2. Na naší planetu se z tohoto výkonu dostane však pouze malý zlomek. Přesto však, samotná zářivá energie, která vstoupí na naše kontinenty, představuje ročně energii záření v hodnotě 219.000.000 miliard kWh. To odpovídá 2500 násobku součastné světové spotřeby.

Na vnějším okraji atmosféry činí průměrná intenzita záření 1360 W/m2 (solární konstanta). Při průchodu atmosférou se však část záření „ztratí“. Za jasného dne tedy máme k dispozici pro naši potřebu 800-1100 W/m2 globálního záření.

Jak se mohou průměrné roční sumy globálního záření lišit ukazují následující  obrázky.

průměrný roční úhrn globálního zářeníprůměrný roční úhrn doby trvání slunečního svituprůměrný roční počet jasných dnů

Doba slunečního svitu a intenzita záření jsou závislé na ročním období, povětrnostních podmínkách a přirozeně na geografické poloze. Roční objem globálního záření v nejslunějších oblastech Země přesahují 2200kWh/m2. V České republice jsou v některých oblastech dosahovány hodnoty přes 1140 kWh/m2.

Globální záření se skládá z přímého a difuzního záření.  Přímé sluneční záření je ta část záření, která dopadá relativně bez omezení ze směru od slunce a vytváří stíny. Difuzní záření je všesměrné a je vyvoláno v důsledku procesů rozptýlení v atmosféře. Je podstatně závislé na klimatických a geografických podmínkách. Zatímco v létě je  podíl difuzního záření cca 50% globálního záření, v zimě je jeho podíl daleko větší.

Z hlediska ročních období  připadá na letní polovinu roku přibližně 75% celkového slunečního záření. Naopak v měsících s vysokou potřebou energie (listopad-únor) dopadá do našich zeměpisných šířek pouze asi jedna šestina celkové roční sluneční energie.

Umístění solárně termického zařízení

Sklon a orientace kolektorů by měla být zvolena takovým způsobem, aby kolektory zachytili co nejvíce slunečního záření po co nejdelší dobu v roce.

Zásadně je třeba rozlišovat mezi dobou v letní a v  zimní polovině roku. Kolektorová zařízení pro ohřev bazénu by měla být instalována tak, aby zachytila co největší množství slunečního záření v letní polovině roku. Totéž platí i pro systémy na přípravu teplé vody, které jsou zejména z ekonomického hlediska dimenzována na léto.

Orientace větších kolektorových ploch by měla být naproti tomu zvolena tak, aby bylo schopná zachytit co největší množství energie v zimní polovině roku. Pro letní polovinu roku jsou tyto zařízení tak jako tak předimenzovány, stálá potřeba tepla na přípravu teplé vody a případně letní dotápění je dalekosáhle kryta.

ozáření kolektoru v letní a zimní polovině roku v zavislosti na sklonu

V zimní polovině roku je třeba pro výhodné využití slunečního záření podstatně příkřejší úhel sklonu než je tomu v létě. Optimální hodnoty jsou uvedeny zde:

celoroční provoz- optimální sklon 40° - 45°

sezónní letní provoz - optimální sklon 25° - 35°

zimní sezónní provoz - optimální sklon 60° - 90°

V oblastech optima však křivky probíhají poměrně „na plocho“, proto se zde odchylky v úhlech projevují jen velmi nepatrně.

Následující obrázky ukazují vliv úhlu sklonu a orientace na relativní množství dopadajícího záření (uvedeno v %)

 vliv úhlu sklonu a orientace na relativní množství dopadajícího záření 


Rozdělení podle typu instalace

 

Solární systém pro ohřev vody v bazénu

solární systém pro ohřev vody v bazénu

 

Solární systém pro ohřev teplé užitkové vody

Solární systém pro ohřev teplé užitkové vody

Solární systém pro ohřev teplé užitkové vody (připojení na stávající systém)

 

Solární systém pro ohřev TUV a podporu vytápění

Solární zařízení pro podporu vytápění a TUV

 

Hlavní součásti solárně termického zařízení

komponenty solárnětermického zařízení

 

Kolektory

Solární tepelný kolektor je zařízení určené k pohlcení slunečního záření a jeho přeměně na tepelnou energii, která je předávána teplonosné látce, protékající kolektorem.

Solární kolektory, ve kterých je používána kapalina jako teplonosná látka (voda, nemrznoucí směs vody a propylenglykolu), se využívají pro naprostou většinu aplikací v budovách.

Účinnost solárních kolektorů se v dnešní době pohybuje mezi 60-75%. To je na rozdíl od fotovoltaiky (cca 15%) úctyhodné číslo. Účinnost kolektorů je závislá hlavně na jejich konstrukci a použití špičkových materiálů. Absorbér je nejčastěji tvořen z měděných trubek a  plechů. Obvykle tmavě modré nebo černé zbarvení absorbéru je dáno použitou selektivní vrstvou. Ta má za úkol pohltit co největší množství dopadající energie a zároveň ji co nejméně vyzářit v podobě tepla do okolního prostředí. Konstrukce solárního plochého kolektoru je popsána na následujícím obrázku. 

řez solárním kolektorem

Rozdělení nejčastěji v praxi používaných kolektorů

plochý nekrytý kolektor - zpravidla plastová rohož bez zasklení s  vysokými tepelnými ztrátami závislými na venkovních podmínkách, zvláště na rychlosti proudění větru; nekryté kolektory jsou proto určeny hlavně pro sezónní ohřev bazénové vody o nízké teplotní úrovni

plochý selektivní kolektor - zasklený deskový kolektor s kovovým absorbérem se selektivním povlakem a s tepelnou izolací na boční a zadní straně kolektorové skříně, vzhledem k výrazně sníženým tepelným ztrátám sáláním absorbéru se ploché selektivní kolektory využívají pro solární ohřev vody a  vytápění celoročně a tvoří naprostou většinu zasklených kolektorů na trhu

plochý vakuový kolektor - zasklený deskový kolektor v těsném provedení s kovovým absorbérem se spektrálně selektivním povlakem a tlakem uvnitř kolektoru nižším než atmosférický tlak v okolí kolektoru pro zajištění nízké celkové tepelné ztráty. Ploché vakuové kolektory jsou určeny pro celoroční solární ohřev vody a vytápění. V praxi je ale jeho výroba nákladná a je také choulostivý na poruchy v souvisloti se sníženým tlakem.

trubicový vakuový kolektor - kolektor s plochým selektivním absorbérem umístěným ve vakuované skleněné trubce . Výrazné omezení tepelných a vysoký přenos tepla z absorbéru do teplonosné kapaliny svařovaným spojem poskytuje vysokou účinnost kolektoru v celém teplotním rozsahu, kolektor je použitelný pro většinu aplikací.

soustřeďující (koncentrační) kolektor - obecně kolektor, ve kterém jsou použita zrcadla, čočky nebo další optické prvky k usměrnění a soustředění přímého slunečního záření. Ploché kolektory vybavené vnějším zrcadlem nebo kolektory s vakuovanými trubkami opatřené reflektorem jsou rovněž považovány za soustřeďující kolektory.

 

Zásobník

Zásobníky slouží pro akumulaci tepelné energie přiváděné z kolektorů pro pozdější využití. V solární technice mají značný význam, často se o nich hovoří jako o srdci solární soustavy.

Podstatným kritériem pro účinnost solárního zařízení je dimenzování zvoleného zásobníku na teplou vodu. Objem musí být zvolen tak aby bylo možné překlenout 1-2 dny bez zisku energie ze solárního zařízení a to pokud možno bez přídavného ohřívání.

Zásobníky teplé vody - zásobníky teplé vody slouží k akumulaci tepla přímo do připravované teplé vody a podléhají hygienickým požadavkům na pitnou vodu. Zásobník musí být na vnitřní straně ve styku s vodou opatřen povrchovou úpravou s hygienickým atestem a vysokou trvanlivostí nebo vyroben z nerezové oceli.

Zásobníky tepla - pro akumulaci tepla se využívá běžných ocelových nádrží bez vnitřní úpravy. Zásobníků tepla lze využít jak pro solární soustavy k  přípravě teplé vody tak pro kombinované soustavy s přitápěním. Řešení se zásobníky tepla pak pro přípravu teplé vody využívá externích deskových výměníků pro průtokový ohřev vody.

 

Regulace

Regulátor teplotní diference je vlastně mozek celého solárního zařízení. Má za úkol nastavit oběhové čerpadlo do optimální polohy pro „sklizeň úrody“ sluneční energie. Ve  většině případů se jedná o  jednoduché elektronické regulátory teplotních diferencí.

Funkce takovéhoto regulátoru je založena na porovnání  teplotní diference mezi dvěma teplotními čidly. První je umístěno na výstupu ze solárního kolektoru a druhé měří teplotu v zásobníku ve výšce solárního tepelného výměníku. Regulace poté porovnává teploty obou čidel a pomocí relé spíná oběhové čerpadlo. Standardní nastavení se pohybuje mezi 5-7K. To znamená že pokud je teplonosná kapalina v kolektoru o 5-7K vyšší než je teplota v zásobníku sepne oběhové čerpadlo a umožní tak přesun energie do zásobníku. Cyklus končí když se teplotní diference ustálí na rozdílu 3K.

Solární regulátory jsou v dnešní době vybaveny mnoha funkcemi jako je například ukládání naměřených hodnot pro kontrolu systému a  možnost upozornění pomocí SMS nebo e-mailu v případě poruchy (tzv. systém diagnosy chyb).