Solární ohřev vody jako doplněk k vytápění

Solární ohřev vody pomocí termických kolektorů pokryje od jara do podzimu většinu spotřeby teplé vody a v zimě ji aspoň předehřeje, takže hlavní zdroj tepla dohřívá menší rozdíl teplot. K vytápění přispívá jen okrajově, protože nejvíc tepla dodá v měsících, kdy se netopí. Rozumné je brát ho jako zařízení na teplou vodu, které kotli nebo tepelnému čerpadlu na půl roku uleví.

Jak solární okruh pracuje od kolektoru po kohoutek

Termický kolektor není fotovoltaický panel. Nevyrábí elektřinu, ale ohřívá kapalinu, která jím protéká. Pod sklem je absorbér s tmavým selektivním povrchem, který záření pohlcuje a sám málo vyzařuje, a na něm trubky s teplonosnou kapalinou. Tou není voda, nýbrž nemrznoucí směs na bázi propylenglykolu, aby okruh v zimě nezamrzl.

Ohřátou směs žene oběhové čerpadlo do výměníku ve spodní části zásobníku, kde předá teplo vodě, a ochlazená se vrací na střechu. Čerpadlo spíná regulátor podle rozdílu teplot: běží jen tehdy, když je čidlo v kolektoru o několik stupňů teplejší než čidlo dole v zásobníku. K okruhu patří ještě expanzní nádoba, pojistný ventil a odvzdušnění.

Na výstupu ze zásobníku má být termostatický směšovací ventil. V létě může voda v nádrži dosáhnout teploty, která by u kohoutku opařila, a ventil ji smíchá se studenou na nastavenou hodnotu. Doporučuji na něm trvat i u malé soustavy, protože teplotu v zásobníku za slunečného dne nikdo nehlídá.

Ploché a vakuové trubicové kolektory v českém podnebí

Plochý kolektor je zasklená izolovaná skříň s absorbérem přes celou plochu. Je konstrukčně jednoduchý, mechanicky odolný a v létě, kdy je malý rozdíl mezi teplotou kapaliny a okolního vzduchu, pracuje s vysokou účinností.

Vakuový trubicový kolektor tvoří řada skleněných trubic, ve kterých je kolem absorbéru vakuum. To téměř vylučuje ztráty vedením a prouděním, takže trubicový kolektor ztrácí málo i tehdy, když je venku mráz a kapalina má mít padesát stupňů. Běžná je konstrukce s tepelnou trubicí, kde se v uzavřené trubičce odpařuje pracovní látka a teplo předává ve sběrači nahoře. Slabší stránkou je, že se z dobře izolovaných trubic pomaleji odtává sníh a že účinná plocha absorbéru je menší než obrysová plocha kolektoru.

Pro samotnou teplou vodu bych zvolil plochý kolektor, protože většinu práce odvede v teplé části roku a tam vakuum velkou výhodu nepřináší. Trubicový má své místo tam, kde se počítá s vyššími teplotami nebo s přitápěním v přechodném období. Při porovnávání výrobků se dívejte na certifikát Solar Keymark, který dokládá zkoušku podle normy ČSN EN ISO 9806 a umožňuje srovnat křivky účinnosti změřené stejnou metodou.

Velikost zásobníku a plocha kolektorů musí sedět k sobě

Solární zásobník bývá větší než běžný bojler, aby pojal teplo ze slunečného dne a překlenul den zatažený. Obvykle má dva zdroje ohřevu: dole solární výměník a nahoře druhý výměník od kotle nebo elektrickou topnou vložku pro dohřev. Voda se v nádrži vrství podle teploty, a horní část je proto k dispozici teplá, i když slunce nesvítí.

Plocha kolektorů se navrhuje podle spotřeby teplé vody, ne podle toho, kolik se jich na střechu vejde. Považuji předimenzování za horší chybu než mírné poddimenzování. Když je v létě zásobník nabitý a rodina odjede na dovolenou, čerpadlo se zastaví a kapalina v kolektoru se přehřívá a odpařuje. Tento stav se nazývá stagnace a opakovaně jím trpí právě nemrznoucí směs, která teplem degraduje a ztrácí ochranné vlastnosti.

Stejně jako u fotovoltaiky vyhovuje jižní orientace a strmější sklon pomáhá výrobě na jaře a na podzim, kdy je teplo nejvíc potřeba. Návrh plochy, objemu a expanzní nádoby je práce pro projektanta vytápění.

Kde termika pomůže topení a kde už ne

Kombinovaná soustava pro přitápění potřebuje větší plochu kolektorů a akumulační nádrž topné vody. Nejvíc z ní vytěží dům s nízkoteplotní otopnou soustavou, typicky s podlahovým topením, protože kolektor pracuje tím lépe, čím chladnější kapalinu ohřívá. V lednu ale svítí slunce krátce a nízko, a příspěvek k topení je tehdy malý. Kdo chce snížit potřebu tepla na vytápění, má podle mého názoru začít jinde, u obálky domu a regulace; pořadí kroků shrnuje text o tom, jak postupovat k úspornému vytápění.

Na jedné střeše si termika často konkuruje s panely na elektřinu. Kolektor získá z metru čtverečního víc energie, ale jen ve formě tepla a s potrubím vedeným přes dům, kdežto elektřinu lze použít na cokoli a do zásobníku ji dovede kabel. Sám bych termiku volil hlavně tam, kde je spotřeba teplé vody vysoká a stálá po celý rok a střecha malá. Při rozhodování pomůže přehled, co u fotovoltaiky na rodinném domě řešit nejdřív, a také porovnání, jak se liší zásobníkový bojler a průtokový ohřívač.

Údržba okruhu a co si zjistit před návrhem

Solární okruh není bezúdržbový. Nemrznoucí směs se má pravidelně kontrolovat: měří se bod tuhnutí a hodnota pH, protože zestárlá kapalina kysele reaguje a napadá potrubí. Hlídá se také tlak v okruhu a stav expanzní nádoby. Interval kontrol uvádí výrobce a provádí je servisní technik, stejně jako doplnění nebo výměnu náplně.

Před poptávkou si zjistěte skutečnou spotřebu teplé vody. Kde je na přívodu k ohřívači vodoměr, stačí ho měsíc odečítat; jinde poslouží odhad podle počtu sprch a van za týden. S tímto údajem a s fotografií střechy může projektant navrhnout plochu, která v létě nestagnuje.

Zdroje

• ČSN EN ISO 9806 – Solární energie – Solární tepelné kolektory – Zkušební metody
• Tomáš Matuška: Solární zařízení v příkladech, Grada Publishing
• ČVUT v Praze, Fakulta strojní, Ústav techniky prostředí – studijní a výzkumné materiály k solárním tepelným soustavám
• Solar Keymark (CEN/CENELEC) – databáze certifikovaných solárních kolektorů a jejich parametrů