Optimálne umiestnenie a inštalácia solárnych kolektorov pre maximálny energetický zisk

Solárne kolektory predstavujú jednu z najefektívnejších metód využitia obnoviteľnej energie na ohrev vody a podporu vykurovania. Prinášajú množstvo výhod, ktoré z dlhodobého hľadiska znižujú náklady na energiu a zároveň prispievajú k ochrane životného prostredia. Ohrev vody a vykurovanie patria medzi najväčšie položky na účte za energiu. S rastúcimi cenami energie a neistotou dodávok je solárny systém spoľahlivým riešením. Použitím solárnej energie znižujete emisie CO₂, čím prispievate k ochrane planéty.

Základné princípy pre efektívne využitie slnečnej energie

Správne umiestnenie slnečných kolektorov je kľúčové pre dosiahnutie optimálnej účinnosti. Ideálne umiestnenie závisí od miesta ich použitia a spôsobu ich inštalácie. Všeobecne platí, že najlepšie výsledky prináša orientácia na juh.

Klimatické podmienky a geografická poloha: Skutočné množstvo slnečnej energie dopadajúce na slnečné kolektory závisí od priemernej intenzity slnečného žiarenia v danej lokalite, miestnych prírodných podmienkach, tienení, od nadmorskej výšky a znečistenia vzduchu. Problematické sú úzke doliny v horskom prostredí, lokality tienené inými objektami - vysokými stavbami, stĺpmi, komínmi. Nepriaznivo sa pod ich využitie podpisujú aj miesta s častou inverziou a hmlistým počasím. Intenzita slnečného žiarenia vhodná pre solárne systémy sa v našich priemerných polohách mení približne o 5 až 7 % na 1000 metrov nadmorskej výšky.

Orientácia: Solárne kolektory by mali byť otočené priamo na juh, alternatívne juhovýchod alebo juhozápad. Odchýlky do 30° od južného smeru sa prejavujú len minimálnym znížením účinnosti. Prípustná je aj orientácia na východ a západ, čo si však vyžaduje zodpovedajúce zväčšenie plochy kolektorov. Orientácia na juhovýchod sa neodporúča, pretože slnko uprostred popoludnia by už skoro vôbec na solárny kolektor nesvietilo. Naopak, na kolektor orientovaný na juhozápad by uprostred dopoludnia slnko ešte nesvietilo. Ideálne situácie sa vyskytujú zriedka, takže ak si môžete vybrať medzi smerom juh-juhovýchod a juh-juhozápad, odporúča sa ten druhý, pretože dopoludňajšie slnečné lúče na Slovensku zvyčajne nemajú takú silu ako popoludňajšie slnečné lúče. Pri umiestňovaní je potrebné brať do úvahy aj vplyv letného času: v lete sa slnko nenachádza na juhu o 12:00, ale cca. o 14:00. Azimutový uhol definuje rozdiel medzi orientáciou solárneho kolektora a presnou južnou orientáciou (-90° východná orientácia, +90° západná orientácia). 40° východná alebo západná odchýlka od južnej orientácie a uhol sklonu 45°-60° znamená zníženie výkonu o 10%. Z toho vyplýva, že 90% výkon je stále k dispozícii v pomerne širokom rozmedzí.

Sklon kolektorov: Ideálny sklon v SR je v rozmedzí 30° až 50°. Nižší sklon je vhodnejší pre prevádzku v lete, keď je slnko vysoko nad obzorom, vyšší sklon v zime, keď je slnko nízko nad obzorom. Musíme sa rozhodnúť, či chceme solárny systém na letnú, celoročnú, alebo hlavne na zimnú prevádzku. Na Slovensku sa uhol dopadu slnečných lúčov pohybuje od maximálne 66° v lete po minimálne 19° v zime. Ak plánujeme solárny systém úplne na letnú prevádzku (ohrev bazéna, dodávka teplej úžitkovej vody na chate atď.), potom je optimálny uhol sklonu slnečného kolektora medzi 20° a 30°, pretože v lete býva slnko na oblohe vyššie. Ak solárny systém chceme na celoročnú prevádzku (dodávka teplej úžitkovej vody, podpora vykurovania solárnym kolektorom), potom uhol sklonu solárneho kolektora okolo 45° poskytuje optimálny výkon. V prípade zimnej prevádzky je ideálny uhol sklonu 60°. Na Slovensku najviac slnečného žiarenia - približne 1450 kWh/m² ročne - prichádza na plochu, ktorá je južne orientovaná a uhol sklonu je okolo 40°. Pokles intenzity slnečného žiarenia v zime má samozrejme veľmi veľký vplyv na pokles výroby energie. Obrázok 3 zobrazuje vplyv orientácie a uhla sklonu solárnych kolektorov, a multiplikačné faktory týkajúce sa plochy solárneho kolektora. Predvolená hodnota - multiplikátor 1,00 - je pri južne orientovanom solárnom kolektore s uhlom sklonu 45°. Ak napríklad náš dom je orientovaný na juhozápad a z nejakého dôvodu môžeme solárne kolektory umiestniť iba v uhle sklonu 60°, potom musíme umiestniť 1,15-krát väčšiu plochu solárneho kolektora pre rovnaké množstvo teplej vody.

Možnosti inštalácie solárnych kolektorov

Solárne kolektory sa inštalujú najlepšie na šikmú strechu, pokiaľ spĺňa kritériá na sklon a nosnosť. Alebo sa integrujú do strešnej krytiny. Pri inštalácii na podpornú konštrukciu nad krytinu je možnosť ovplyvniť sklon kolektorov. Existujú aj celé solárne strechy, kde sa sústavou slnečných kolektorov pokryje celá plocha strechy.

Šikmé strechy: Pri štandardných valbových a sedlových strechách obyčajne nie je problém zabezpečiť vhodný sklon kolektorov. Umiestnenie na streche (či bližšie k žľabom alebo k hrebeňu) už nezohráva podstatnú rolu z pohľadu funkčnosti, účinnosti a návratnosti investície. Faktom ale je, že realizačným firmám sa osvedčilo umiestnenie v hornej polovici strechy, pretože prívodné rúrky ťahajú aj tak spravidla pod hrebeňom. Navyše v zimných mesiacoch je takisto výhodnejšie, ak sú kolektory umiestnené vyššie, pretože pokiaľ sa snehová pokrývka začína posúvať smerom nadol, vyššie umiestnené kolektory za slnečného počasia môžu odovzdať do systému istú dávku tepla, najmä ak sú napr. prepojené s nízkoteplotným podlahovým vykurovaním. Sneh sa najskôr topí pri hrebeni strechy. Práve topiaci sa sneh má obrovskú váhu, ktorá by zbytočne zaťažovala nosné prvky solárneho kolektora inštalované v strede alebo na spodku strešnej roviny. Solárny panel pripevnený k hrebeňu strechy je rozšíriteľný. Ak umiestnime prvé solárne panely do stredu strešnej roviny, následná expanzia bude ťažká alebo nemožná.

Integrované systémy a solárne strechy: Pri integrácii do strešnej krytiny je výhodou ušetrenie časti strešnej krytiny a lepšia tepelná izolácia vane slnečného kolektora.

Ploché strechy: Pri plochých strechách sa inštalujú na osobitnú konštrukciu. Príprava pomocných konštrukcií sa týka zväčša plochých striech, na ktorých býva problematické kotvenie priamo do strešnej dosky skrz strešný plášť. Na inštaláciu panelov na plochú strechu sú určené konštrukcie so zdvihom o optimálnych 30° - 45°.

Nosné konštrukcie a kotvenie: Spôsob upevnenia kolektorov (typ hliníkovej nosnej konštrukcie a jej upevnenie k strešnej konštrukcii) je závislý od poveternostných podmienok (snehovej a vetrovej oblasti), v ktorých sa stavba nachádza, od počtu hodín slnečného svitu, od druhu použitej strešnej krytiny a od ďalších miestnych podmienok. Solárne zariadenia sa montujú nad rovinu strešnej krytiny, a to buď paralelne so strešnou rovinou, alebo ak uhol strechy nezodpovedá požadovaným hodnotám, so zdvihom o určitý uhol. Konštrukcie držiace solárne panely sa najčastejšie vyrábajú zo zliatin hliníka. Sú pevne kotvené na zosilnenú nosnú konštrukciu strešného plášťa a vyhotovené tak, aby dodatočným tlakom nespôsobovali praskanie a deformácie strešnej krytiny.

Balastné kotvenie: Tento balast má za úlohu zabezpečiť, že kolektory aj pri silnom vetre ostanú na svojom mieste. Požadovaná váha balastu musí byť stanovená pre konkrétnu lokalitu s ohľadom aj na stav strechy a mal by ju vždy stanoviť odborník - statik. Prevedenie môže byť rôzne, od nepotrebných pneumatík vyliatych betónom, cez železničné podvaly, betónové prefabrikáty až po oceľové nosníky a pod. Pri plochých strechách nie je vždy možné použiť jednoduchý balast, ktorý by mohol zaťažiť strešnú dosku viac, ako je prípustné. V týchto prípadoch je vyžadované kotvenie roznášacej konštrukcie do obvodových stien domu.

Technické aspekty a inovácie

Spoločnosť THERMO|SOLAR postupne od roku 2020 zavádza do praxe nové univerzálne nosné konštrukcie slúžiace na upevnenie slnečných kolektorov na strechy. Nová univerzálna verzia má zjednotený typ rámu, ktorý je možné kombinovať s ľubovoľným upevňovacím prvkom z ich súčasného sortimentu. Predpokladajú, že súbežný predaj bude trvať ešte tento a možno aj budúci rok. Pri pôvodnej verzii nosnej konštrukcie bol súčasťou balenia nosný rám aj upevňovacie prvky (háky, kombiskrutky a pod.). Pre každý druh upevňovacieho prvku bola samostatná konštrukcia s rámom uspôsobeným na montáž toho konkrétneho kotviaceho prvku. Pri novej verzii je rám zjednotený tým, že v ňom zostáva viacero upevňovacích otvorov pre každý druh kotviacich prvkov, čiže jeden rám je možné skombinovať s ľubovoľným upevňovacím prvkom.

THERMO|SOLAR Žiar, s.r.o. ako jeden z mála výrobcov na svete má na jednom mieste sústredené hlbokoťažné lisovanie kolektorových vaní, výrobu selektívnych konverzných vrstiev a finálnu montáž slnečných kolektorov určených na ohrev vody. THERMO|SOLAR pridal už pred niekoľkými rokmi k fototermike (FT) aj fotovoltiku (FV). Zákazníkom tak poskytuje komplexné riešenia využívania slnečnej energie či už na ohrev vody (FT), alebo výrobu elektriny (FV). Priamo v Žiari nad Hronom poskytuje aj poradenstvo a zákazníkom vie odporučiť spoľahlivú montážnu firmu, tak na FT ako aj na FV zariadenia z ich regiónu, tak aby dostali najlepšiu cenu a spoľahlivý záručný a pozáručný servis.

Individuálne riešenia: THERMO|SOLAR je majstrom individuálnych riešení. Vie vyhovieť individuálnym požiadavkám pri atypickej architektúre, historických a špecializovaných budovách, či v náročných klimatických podmienkach.

Výhody a návratnosť investície

Solárny ohrev teplej vody môže priniesť aj v našich zemepisných šírkach veľmi zaujímavé energetické úspory. V optimálnych podmienkach je to až 75 % z celoročných nákladov na prípravu teplej vody. Avšak, ktoré sú to tie optimálne podmienky, a čo o nich rozhoduje? V prvom rade sú to klimatické podmienky a počet slnečných dní v roku, ďalej je to výkonnosť sústavy a pokrokovosť riešenia. A do tretice je to správna inštalácia a umiestnenie na streche.

Návratnosť investície: V súčasnosti, keď je návratnosť investície do solárneho systému 7 - 11 rokov, by investícia do nejakých držiakov s automatickým natáčaním posunula čas návratnosti možno o ďalších 5 rokov. Zostáva teda kompromis. Výrobcovia (optimisticky) tvrdia, že je cca po 10. - 11. rokoch, v prípade využitia dotácie sa môže návratnosť skrátiť aj na 7 rokov. Návratnosť však výrazne ovplyvňuje viacero faktorov a jeden je skutočne mimoriadne paradoxný: pokiaľ teplou vodou doslova šetríme, návratnosť môže byť pokojne aj 15 a viac rokov. Ideálne je, ak so solárnymi kolektormi počítame už pri projektovaní systému kúrenia a ohrevu teplej vody.

Dotácie a podpora: THERMO|SOLAR Žiar, s. r. o. odporúča občanom využiť program Zelená domácnostiam, ktoré sa jednoznačne osvedčilo a prinieslo oživenie domáceho trhu so zariadeniami na OZE. Poukážky môžu pokryť maximálne 50 % oprávnených výdavkov na dodávku zariadenia vrátane montáže. Maximálne môže rodinný dom získať na slnečné kolektory od štátu 1 750 eur. Ročný prínos na ušetrených nákladoch za prípravu teplej vody v rodinnom dome pri systéme pre 4-5 osôb predstavuje až 250 eur.

Dôležitosť profesionálnej montáže

Nebolo by správne, ak by niekto pochopil článok o umiestnení slnečných kolektorov na streche ako povzbudenie alebo dokonca návod k svojpomocnej montáži. Problematika využitia slnečných ziskov, kompatibilita solárneho systému s konvenčným ohrevom teplej vody a takisto zásah do konštrukcie strešného plášťa sú natoľko odbornými disciplínami, že by sa im mali venovať výslovne profesionáli-špecialisti.

Na objednávku vám vybraný systém privezieme až k domu a odborne zapojíme a sprevádzkujeme. Poradíme vám s komfortnou obsluhou a zaškolíme pre efektívne využitie všetkých funkcií a ľahkú starostlivosť o vybraný systém. Za kvalitu 100 % ručíme!

Technické detaily a údržba

Typy kolektorov: V prípade beztlakových solárnych kolektorov musí byť solárny kolektor kvôli dosiahnutiu vhodného tlaku vody umiestnený o 4,5 - 5 metrov vyššie, než kde sa bude teplá voda používať. Ak tento odporúčaný výškový rozdiel nie je možný, odporúčame vám použiť tlakové čerpadlo. V opačnom prípade nebude pohodlný a príjemný tlak teplej vody opúšťajúcej solárny kolektor. Pri tlakových solárnych kolektoroch je výber oveľa väčší. Tieto typy je možné umiestniť kdekoľvek - buď na strechu, alebo priamo na zem.

Údržba: Solárne kolektory sú navrhnuté tak, aby fungovali spoľahlivo a dlhodobo. Avšak, ako každý systém, aj ony potrebujú občasnú starostlivosť.

Kontrola tesnosti: Veľkú pozornosť treba venovať kontrole tesnosti všetkých prestupov cez strešnú rovinu. Dokonalé utesnenie všetkých prestupových miest systémovými doplnkami zabráni zatekaniu zrážkových vôd do strešného plášťa.

Pripojenie k bleskozvodu: Solárne kolektory a panely, ako aj hliníková nosná konštrukcia musia byť napojené na bleskozvodový systém.

Výpočty a dimenzovanie solárnych systémov

Navrhnúť slnečné energetické systémy (SES) so slnečnými kolektormi možno viacerými spôsobmi: ručne - výpočtom; pomocou softvéru - existuje viacero výpočtových programov pre návrh SES, napr. TSol od renomovanej nemeckej spoločnosti Valentin software na výpočet termálnych tepelných kolektorov, alebo PVSol na návrh a simuláciu fotovoltických elektrární akejkoľvek veľkosti; alebo podľa pokynov výrobcu - ak pri návrhu SES vieme výrobcu/dodávateľa zariadení, môžeme použiť odporúčané postupy výpočtu z projekčných podkladov danej spoločnosti za predpokladu, že takými disponuje.

Praktický príklad dimenzovania: Vzorový ručný výpočet pre jeden mesiac - napr. pre stanovenie potrebných plôch kolektorov. Ucelkový súčiniteľ prechodu tepla volíme podľa druhu kolektora: U = 6,0 [W/(m².K)] pre plochý kolektor s jedným sklom, U = 4,0 [W/(m².K)] pre plochý kolektor s dvomi krycími sklami alebo U = 2,0 až 2,5 W/(m².K) pre kolektory s vákuovou tepelnou izoláciou. ηdis,SES účinnosť podsystému rozvodu tepla, v našom prípade odhadované straty potrubí kolektorového okruhu medzi zásobníkom a kolektormi. Obdobne by sme vypočítali aj ostatné mesiace v roku, napr. v najpriaznivejšom mesiaci jún, by celková plocha kolektorov predstavovala hodnotu 4,3 m². Pre návrh potrebného počtu slnečných kolektorov zvolíme počet kolektorov tak, aby sme pokryli na 100 % mesiace apríl až september.

Výsledkom výpočtov bude graf krytia energie pre ohrev teplej vody od SES v jednotlivých mesiacoch roka. Výsledok predpokladá zostaviť celoročnú (alebo sezónnu) tepelnú bilanciu kolektorov.

Zhrnutie kľúčových faktorov pre optimálnu prevádzku

Na záver, pre maximálny energetický zisk zo solárnych kolektorov je nevyhnutné zohľadniť nasledujúce faktory:

• Správna orientácia: Ideálne na juh, s toleranciou na juhovýchod/juhozápad.
• Optimálny sklon: Záleží na sezónnej prevádzke, ale všeobecne 30° až 50°.
• Bezproblémové tienenie: Vyhnúť sa tieňom od stromov, budov či iných objektov.
• Kvalitná montáž: Zabezpečiť profesionálnu inštaláciu odborníkmi.
• Vhodná konštrukcia: Zabezpečiť pevné a bezpečné uchytenie kolektorov.
• Pravidelná údržba: Pre zabezpečenie dlhodobej a efektívnej prevádzky.

Zvažovaním týchto aspektov môžete maximalizovať výkon vášho solárneho systému a dosiahnuť významné úspory energie a nákladov.

tags: #vykres #strecha #kolektorov