Solární kolektory se používají ve stále větším počtu německých domácností. Pohlcují sluneční energii a přeměňují ji na teplo. Bez ohledu na to, zda se používá k ohřevu teplé vody nebo k podpoře vytápění - oblasti použití jsou rozmanité a jsou krokem k udržitelnému životu.
Solární kolektory (solární termální) a solární články (fotovoltaika) mohou ukládat sluneční energii a přeměňovat ji na teplo (solární termální) nebo elektřinu (fotovoltaika). To je velký úspěch, protože hvězda ve středu sluneční soustavy je obrovským zdrojem energie: každý den zasáhne Zemi přibližně 1,8 x 1 014 kilowattů. My lidé ani tolik energie nepotřebujeme - energetický výkon 1010 kilowattů již pokrývá globální požadavky a každý den dostáváme přibližně 10 000krát více energie.
Ačkoli využívání solární energie začalo ve starověku a předchůdce dnešních solárních kolektorů byl vynalezen v 19. století, skutečné využití solární tepelné technologie v Evropě začalo až během ropné krize v roce 1973. V té době se hledaly alternativy topného oleje, takže jen několik let poté přišly na trh první solární panely. Většina z nich byla příliš drahá a technicky nespolehlivá.
Ale za posledních 45 let se toho stalo hodně. Solární kolektory nyní najdete na mnoha střechách domů a jsou dobrým způsobem, jak vytvářet další teplo.
Díky svému diskrétnímu vzhledu jsou nyní solární kolektory vhodné pro jakékoli architektonické řešení. Integrace střechy se osvědčila po mnoho let a nabízí ochranu před větrem a počasím.
Struktura a funkce solárního kolektoru
Aby bylo možné využívat sluneční energii k ohřevu vody nebo k vytápění, je nutný solární systém. Ale buďte opatrní: vždy je nutný druhý zdroj tepla, protože energie generovaná solárním systémem není dostatečná, zejména v zimě. Drahá, ale jediná alternativa: V zimě ušetříte sluneční teplo s obrovskými nádržemi.
Srdcem sluneční soustavy je kolektor. Uvnitř je absorbér, který zachycuje sluneční záření a ohřívá se. Tím se vytváří teplo, které se zase přenáší na teplonosné médium. Teplonosným médiem je kapalina (solární kapalina), obvykle sestávající z vody a propylenglykolu. Hlavním účelem propylenglykolu je zabránit zmrznutí vody v zimě a příliš horké v létě. Ohřátá kapalina je čerpána trubkami přes absorbér a poté do solárního zásobníku. Absorbér je většinou izolován z boku a zespodu, aby se zabránilo tepelným ztrátám.
Typy solárních panelů
V závislosti na instalačním prostoru a rozpočtu si můžete vybrat mezi dvěma základními modely: plochým kolektorem a trubkovým kolektorem.
Plochý kolektor
- absorbér
Plochý kolektor se používá velmi často. Obsahuje plochý souvislý absorbér, například vyrobený z černěného kovu, na jehož zadní straně jsou připevněna vodovodní potrubí, která odvádějí teplo. Kolik slunečních paprsků absorbuje absorbér, závisí na materiálu, tvaru, uspořádání trubek a povlaku. Panely absorbují sluneční paprsky nejlépe, když je materiál co nejvíce černý, tenký a tepelně vodivý.
- Teplonosné médium
Cirkulující voda je obohacena nemrznoucími látkami, jako je propylen nebo ethylenglykol, aby teploty mrazu nepraskly potrubí. Přísady by však měly být ekologicky neutrální.
- Kryt kolektoru
Absorbér spočívá v těsně uzavřené krabici, která udržuje vlhkost a prach. Pouzdro musí být vyrobeno z materiálu odolného proti korozi.
- Izolační vrstva
Pouzdro je vyloženo lehkým, ale pevným materiálem. Musí mít nízkou hodnotu U a odolávat vysokým teplotám v kolektoru. Rozšířené jsou panely z tvrdé pěny ve spojení s rohožemi z minerální vlny, ale také ovčí a minerální vlna. Při odplyňování přísad buďte opatrní: Na vnitřní straně zasklení vytvářejí sraženinu a snižují dopad světla.
- Skleněný kryt
Sběratelská skříň je pokryta skleněnou deskou. Pro výběr skla je důležitý takzvaný stupeň přenosu. Udává, kolik světelného záření sklo propouští. Sklo by mělo dosáhnout hodnoty 0,9. Za tímto účelem se používá tvrzené sklo s nízkým obsahem železa. Obvykle je strukturována tak, aby neoslňovala. Již několik let existují antireflexní skla, která mají vyšší propustnost než strukturovaná skla. Stojí to však trochu víc.
Sběrač vakuové trubice
Vakuové trubicové kolektory se skládají z velkého počtu elektronek obklopených kovovými reflektory. Sluneční světlo je tedy odráženo reflektory do trubice. Obsahují tmavý absorbér. Protože jsou trubky evakuovány, jsou tepelné ztráty minimalizovány. Vyšší teploty se navíc vyskytují na menší ploše. Sběrač také účinně pracuje při rozptýleném slunečním světle. Například trubicové kolektory generují tolik teplé vody na 3,5 metrech čtverečních jako ploché kolektory na ploše pěti metrů čtverečních. V létě je to téměř úplně dost na ohřev vody čtyřčlenné rodiny. Za rok je uspokojeno 60 procent rodinných potřeb teplé vody. Nevýhoda: trubkový kolektor stojí dvakrát tolik než plochý kolektor.
U trubicových kolektorů je třeba poznamenat, že existují dva různé typy, které uvádíme níže:
- Princip tepelné trubky
Každá uzavřená trubice tvoří uzavřený obvod. Paprsky slunce, které dopadají na absorbér v trubici, způsobí odpaření speciální kapaliny. V horní části trubice se pára ochlazuje na bloku výměníku tepla. Pára opět zkapalňuje. Kapalina v trubici teče zpět dolů - odpařování začíná znovu. Teplo uvolněné v procesu ohřívá cirkulační tekutinu, která proudí kolem výměníku tepla. Aby systém fungoval, vyžaduje systém tepelných trubek minimální úhel sklonu kolem 30 procent.
- Trubky s přímým tokem
U tohoto systému slunce přímo ohřívá teplonosnou kapalinu v absorpční trubici uprostřed trubice. Teplonosné médium prochází několika trubkami. Velkou výhodou tohoto systému je, že trubky mohou být namontovány svisle a vodorovně.
Vakuové trubicové kolektory poskytují optimální energetické výnosy, i když je málo slunečního záření a v chladném období.
Na jakých podmínkách závisí výnos?
Roční výnos solárního kolektoru závisí na několika faktorech:
- Klimatické podmínky: Mezi jednotlivými místy v Německu mohou existovat značné rozdíly. Existují lokality s více než 1 000 kilowatthodinami na metr čtvereční za rok a lokality s méně než 900 kilowatthodinami na metr čtvereční za rok.
- Orientace: nejlepší je orientace na jih a úhel sklonu kolem 45 stupňů.
- Stíny z jiných budov nebo stromů.
- Znečištění: Déšť a sníh obvykle odstraňují velkou část nečistot. Nejlepší je použít jemné čisticí prostředky a měkký kartáč proti odolným skvrnám. Nepoužívejte vysokotlaké čističe.
Velikost kolektorů pro ohřev vody
Každý, kdo používá ploché kolektory, potřebuje k ohřevu vody 1,5 čtverečního metru kolektorové plochy na osobu v domácnosti. U výkonnějších trubicových kolektorů stačí 1 metr čtvereční na hlavu. Pravidlo pro velikost zásobníku na vodu: Vypočítejte 40 litrů teplé vody o teplotě 45 stupňů Celsia na osobu a den. 2. Domácnost pro 4 osoby se vystačí s 6 metry čtverečními plochých nebo 4 metry čtverečními trubicových kolektorů a zásobníkem 300 litrů. Cena: přibližně 3500 eur.
Vytápění solárním teplem
Chcete-li využít solární teplo k vytápění prostoru, vypočítejte 3 až 4 metry čtvereční kolektorové plochy na osobu v dobře izolovaných domech. Akumulační nádrž by měla pojmout přibližně 60 litrů na metr čtvereční povrchu kolektoru, u trubkových kolektorů o něco větší. Cena: od přibližně 6 000 eur. V dobře izolovaném domě může solární systém poskytovat až 25 procent energie na vytápění a ohřev vody.
Vliv sněhu
Jakmile jsou solární panely pokryty sněhem, obvykle již nepřinášejí žádný výnos. V těchto dnech však často není žádný výnos, protože sluneční záření je obvykle příliš nízké.
U trubicových kolektorů je však v jasných a chladných dnech stále možné dosáhnout dobrého výnosu, takže odstranění sněhu může být užitečné.
Pokud je solární kolektor pokrytý sněhem, obvykle nepřijímá žádné sluneční světlo, a proto nemůže ukládat žádnou energii ve formě tepla.
Účinnost solárních kolektorů a solárních článků ve srovnání
A co víc - solární kolektory nebo solární články? Zkušenosti ukazují, že solární kolektory jsou výrazně účinnější než fotovoltaické moduly. Solární kolektory dosahují účinnosti kolem 90 procent a tepelné ztráty těsně pod 50 procent. To je však stále lepší než účinnost fotovoltaického systému s účinností pouze 20 procent. Důvodem je to, že sluneční světlo pokrývá široké spektrum. Jakýkoli druh záření lze přeměnit na teplo. Fotovoltaické systémy však mohou přeměnit pouze malou část záření na elektřinu.