Solárny systém – elektrický prúd alebo teplo pre vlastnú potrebu

Aj napriek vzdialenosti približne 150 miliónov kilometrov je Slnko najväčším a najčistejším zdrojom energie na Zemi – každú hodinu vysiela mnohonásobok energie, akú by celé ľudstvo mohlo spotrebovať v priebehu jedného roka. Solárny systém umožňuje zachytávať túto energiu a využívať ju vo forme tepla alebo el. prúdu vo vlastnom dome. Aké technické možnosti sú pritom k dispozícii, ako solárne zariadenie funguje a koľko vôbec stojí, to všetko vám vysvetlíme v nasledujúcich kapitolách.
Prehľad jednotlivých tém:

  • Rozdiel medzi fotovoltaikou a solárnou termikou
  • Solárna termika
  • Fotovoltaika
  • Solárne zariadenie v starých budovách a novostavbách

Elektrina alebo teplo – kam so solárnou energiou?

Ak ide o to, aby sa bezplatná energia slnka využívala vo vlastnom dome, existujú dve zásadné technológie: S pomocou solárnej termiky sa žiarenie zachytáva prostredníctvom solárneho systému a premieňa sa na teplo na vykurovanie alebo prípravu teplej vody. Fotovoltaické solárne zariadenia využívajú naopak energiu slnka na výrobu elektrického prúdu, ktorý sa dá buď akumulovať, priamo spotrebovať, alebo odvádzať do verejnej siete.

Solárna termika – solárne zariadenie na získavanie bezplatného tepla

Solárna termika je solárne zariadenie, pomocou ktorého sa bezplatné solárne žiarenie zachytáva a transformuje na teplo. Toto teplo možno využiť napríklad na prípravu teplej vody alebo na podporu vykurovania.
Pretože množstvo slnečnej energie sa v dôsledku zatienenia, oblakov alebo jeho polohy na oblohe nevyskytuje pravidelne a v rovnakej miere, solárne zariadenie sa vždy kombinuje s iným vykurovacím systémom. Plynové vykurovanie alebo tepelné čerpadlo sa postarajú napríklad o to, aby sa čo najviac bezplatnej energie získalo prostredníctvom solárneho zariadenia a aby bol dom vždy zásobovaný dostatkom tepla.

Z akých komponentov sa skladá solárny systém na výrobu tepla?

Solárne tepelné alebo solárno-termické zariadenie sa skladá z rady komponentov, ktoré sa dajú nainštalovať tak v novostavbe, ako aj pri modernizácii. Sú to:

  • solárne kolektory na streche
  • solárny okruh s regulačnou a bezpečnostnou technikou
  • zásobník na akumulovanie tepla, ak nie je momentálne potrebné

Solárne kolektory premieňajú slnečné žiarenie na teplo

Kolektory sú konštrukčné prvky solárneho systému, ktoré vidno aj zvonku. Ich úlohou je prijať slnečné žiarenie a priamo ho transformovať na teplo. Jednoducho vysvetlené, funguje to ako pri uzavretom sude na dažďovú vodu. Pokým naň svieti slnko, prenáša energiu a voda sa vo vnútri zohreje. Pri solárnom zariadení to funguje podobne, avšak rozlišujeme dva typické druhy kolektorov: ploché a trubicové kolektory.

Plochý kolektor sa skladá z rámu izolovaného po celom obvode, vo vnútri ktorého je rúrkový register. Stranou smerujúcou k slnku je zakrytý sklom. Toto bolo optimalizované tak, aby prepúšťalo maximálnu časť dopadajúceho žiarenia bez zrkadlenia. Ak svieti slnko, kolektor sa zohreje a solárna kvapalina – voda zmiešaná s nemrznúcou kvapalinou – v rúrach prepravuje teplo do akumulátora solárneho zariadenia.

Vákuové trubicové kolektory sú v termickom solárnom systéme obzvlášť efektívne.

Vákuový trubicový kolektor sa naopak skladá z viacerých navzájom spojených sklenených trubíc. Tak ako pri termoske sa v ňom nachádza vákuum, ktoré redukuje tepelné straty v trubiciach kolektora. Ak porovnáme obidva druhy, solárne zariadenia s vákuovými trubicovými kolektormi sú schopné získať na rovnakej ploche viac tepla. Pretože sú aj drahšie, sú vhodné predovšetkým tam, kde je miesto na streche obmedzené alebo kde nie sú optimálne podmienky pre solárne zariadenie. Prechodom medzi obidvomi typmi sú vákuové ploché kolektory. Tie sú technicky náročné a ponúkajú ich len niektorí výrobcovia.

Solárny okruh dopravuje teplo zo strechy a poskytuje istotu

Solárny okruh sa skladá z potrubnej siete, ktorá navzájom spája kolektory a vykurovacie zariadenie v dome. Cez celé solárne zariadenie cirkuluje solárna kvapalina poháňaná cirkulačným čerpadlom, ktorá dopravuje teplo z kolektora k zásobníku. Expanzná nádrž a poistný ventil zaručujú neustálu bezpečnú a efektívnu funkciu. Pretože teplo je predovšetkým pri solárnych zariadeniach na prípravu teplej vody potrebné väčšinou vtedy, keď slnko nesvieti, musí sa energia akumulovať. Túto úlohu preberá zásobník, ktorý je v závislosti od oblasti využitia solárneho zariadenia naplnený pitnou alebo vykurovacou vodou. Aby sa zabránilo zmiešaniu solárnej kvapaliny s vykurovacou alebo pitnou vodou, táto nepreteká cez zásobník priamo, ale cez výmenník tepla. Tok tepla pozostáva z rúrkového registra a zohrieva zásobník podobne ako ponorný ohrievač.

Ako sa dajú solárne zariadenia využiť na výrobu tepla?

Teplo zo solárneho systému možno v dome využiť na rôzne účely. Principiálne pritom rozlišujeme medzi solárnym zariadením na prípravu teplej vody a solárnym zariadením na podporu vykurovania.

Pri príprave teplej vody pomocou slnečnej energie sa získaná energia prenáša výlučne na zásobník pitnej vody. Ako už bolo opísané, funguje to s výmenníkom tepla – rúrkovým registrom – ktorý je integrovaný v zásobníku. Ak bezplatná obnoviteľná energia nepostačuje, prídavný zdroj tepla zabezpečí, aby bolo k dispozícii vždy dostatok tepla. Pretože kompletné solárne zariadenie na tento účel má zvládnuteľnú veľkosť, dá sa okrem projektov novostavieb dobre integrovať aj do existujúcej budovy.

Pri solárnom systéme na podporu vykurovania sa celá obnoviteľná energia posiela najprv do akumulačného zásobníka. Tento zásobník je naplnený vykurovacou vodou a udržiava teplo na vyhrievanie celej budovy. Aj tu je zásobník dodatočne zásobovaný druhým zdrojom tepla. Ten sa zapína len vtedy, keď je energie v zásobníku príliš málo a dom alebo teplá voda sa nemôžu dostatočne zásobovať. V porovnaní so solárnymi zariadeniami, ktoré boli inštalované výlučne na výrobu teplej vody, majú systémy na podporu vykurovania často väčšie plochy kolektorov, ako aj väčší zásobník. Osobitnou formou solárneho vykurovania je energeticky takmer sebestačný solárny dom. Ten pozostáva okrem osobitne veľkej plochy kolektora aj zo zásobníka, ktorého kapacita môže byť v rodinnom dome 10 000 litrov alebo viac ako 70 naplnených vaní. Účelom nádrže, ktorá sa aj architektonicky stáva jadrom budovy, je predzásobenie energiou letného slnka až do zimy.

Čo stojí solárne tepelné zariadenie?

Náklady solárneho zariadenia na výrobu tepla sa líšia v závislosti od toho, na aký účel sa má zariadenie využívať. V prípade solárneho zariadenia na prípravu teplej vody musia majitelia domov počítať s nákladmi približne 2500 – 4000 eur. Zariadenie na podporu vykurovania môže zapríčiniť náklady vo výške 7000 – 10 000 eur. Ceny solárneho tepelného zariadenia však môžu silne variovať v závislosti od regiónu, výrobcu a poskytovateľa služieb a predstavujú tak len hrubý odhad nákladov. V závislosti od stupňa solárneho pokrytia – podielu solárnej energie na spotrebe tepla – môžu byť náklady ešte vyššie. Štát podporuje kúpu solárneho zariadenia vysokou dotáciou. Prehľad aktuálnym možností nájdu majitelia domov, ktorých táto problematika zaujíma, v článku Dotácia na solárnu techniku.

Výhody a nevýhody solárnych systémov na výrobu tepla

Ako každý vykurovací systém sú aj solárne termické zariadenia spojené s výhodami a nevýhodami, ktoré v časti Výhody a nevýhody solárnej termiky ešte raz prehľadne opíšeme.

Najdôležitejšie výhody solárnej termiky: Najdôležitejšie nevýhody solárneho zariadenia na výrobu tepla:
pracujú výlučne s obnoviteľnou energiou potrebná plocha na umiestnenie na dobre nasmerovanej a dostatočne strmej streche bez tienenia
samotné zariadenie nezapríčiňuje žiadne náklady na palivo alebo spotrebu výroba energie je závislá od kolísajúcej solárnej ponuky
na nové zariadenia existujú vysoké dotácie vysoké náklady solárneho zariadenia, v závislosti od účelu použitia

Fotovoltaika – solárne zariadenia na získavanie elektrického prúdu zo slnka

V protiklade k solárno-termickým zariadeniam získavajú fotovoltaické solárne zariadenia elektrický prúd z bezplatnej slnečnej energie. Túto energiu môžete napríklad využiť vo vlastnom dome alebo ju odvádzať do verejnej napájacej siete. Pretože úspory sú najvyššie vtedy, ak viete čo najviac elektriny spotrebovať vy sami, sú moderné solárne zariadenia na výrobu elektrickej energie väčšinou vybavené akumuláciou. Toto akumuluje elektrickú energiu, keď slnko svieti, a energia sa tak udržiava dovtedy, pokým nebude potrebná v dome. S výnimkou klimatizačných zariadení – tieto potrebujú najviac prúdu na chladenie vtedy, keď svieti slnko – je to väčšinou ráno a večer.

Z akých komponentov sa skladá fotovoltaická elektráreň

Fotovoltaické zariadenia vyrábajú elektrický prúd zo solárneho žiarenia. Spôsob funkcie fotovoltaiky je však založený na rôznych komponentoch. Sú to:

  • kolektory na premenu žiarenia na elektrickú energiu
  • prúdový menič na premenu jednosmerného prúdu na striedavý
  • zásobník na akumulovanie el. energie, pokým ju dom nebude potrebovať

Kolektory vyrábajú elektrickú energiu zo slnečného svetla

Kolektory solárneho zariadenia na výrobu elektrického prúdu sa montujú väčšinou na strechu a zachytávajú slnečné žiarenie. Pomocou fotoelektrického efektu, ktorý skúmal Albert Einstein už začiatkom 20. storočia, vyrábajú elektrinu. Presnejšie povedané, deje sa to v článkoch fotovoltaického modulu, v ktorých elektróny pri ožiarení svetlom putujú medzi dvomi rôznymi materiálmi.

Ako efektívne možno pritom žiarenie transformovať na el. prúd závisí od materiálu kolektorov. Dnes rozlišujeme najmä nasledovné druhy:

  • Monokryštalické články
  • Polykryštalické články
  • Amorfné články

Monokryštalické články sú rezané z homogénnych kryštálových tyčí a dosahujú vďaka rovnomernej štruktúre stupeň účinnosti až 18 percent. Sú vhodné predovšetkým tam, kde podmienky pre solárne zariadenie nie sú ideálne alebo kde sa musí vyrobiť veľa energie na malej ploche. V porovnaní s inými druhmi článkov sú monokryštalické články drahé.

Polykryštalické články sa zhotovujú z nehomogénnych blokov kryštálov. Rozpoznateľné sú na základe ich typickej kryštalickej štruktúry, dosahujú stupne účinnosti 11 až 14 percent a majú všeobecne dobrý pomer ceny a výkonu.
Pri amorfných článkoch – článkoch bez usporiadanej štruktúry – sa kremík nanáša na nosný prvok pokovovaním. Táto metóda umožňuje vyrobiť moduly s obzvlášť tenkými hrúbkami vrstiev, ktoré dosahujú stupeň účinnosti 6 až 8 percent. Náklady v porovnaní s inými druhmi modulov sú najvýhodnejšie.

Prúdové meniče menia jednosmerný prúd na striedavý

Moduly solárneho zariadenia transformujú dopadajúce svetlo na jednosmerný prúd. Aby sa tento prúd dal využiť v dome alebo odvádzať do verejnej elektrickej siete, musí sa transformovať na striedavý prúd. Túto úlohu preberajú prúdové meniče, ktoré sa väčšinou inštalujú priamo pod strechou alebo v pivnici.
Batérie akumulujú elektrinu, pokým ju dom nebude potrebovať.

Pri fotovoltaických zariadeniach bez batérií možno spotrebovať v dome do 35 percent vyrobeného prúdu. Zvyšných 65 percent sa odvádza do verejnej siete. Ak prúd spotrebujete sami, ušetríte ako majiteľ domu pri cene 14 centov na kilowatthodinu viac. Aby bolo solárne zariadenie s maximálnym využitím vlastného prúdu, je účelné inštalovať akumulátory. Tieto budú akumulovať energiu solárneho zariadenia dovtedy, pokým ju dom nebude potrebovať, čím sa výrazne zvýši stupeň samozásobovania a tým aj úspory.

V prípade solárnych zariadení v rodinných domoch rozlišujeme dnes medzi:

  • olovenými akumulátormi
  • lítium-iónovými akumulátormi

Olovené akumulátory poznajú mnohí z auta. Pretože sa v nich zvyčajne používajú ako štartovacie batérie. Tieto batérie sú síce výhodné, s 80 až 85 percentami však dosahujú len nízke stupne účinnosti. Olovené akumulátory okrem toho dosahujú len 2000 nabíjacích cyklov a musia sa v solárnom zariadení vymieňať každých 10 rokov.
Lítium-iónové akumulátory sa používajú napríklad v smartfónoch, tabletoch alebo notebookoch a so stupňami účinnosti 90 až 95 percent pracujú bez významných akumulačných strát. Okrem vysokej hustoty energie, umožňujúcej priestorovo úsporné akumulovanie elektriny, dosahujú tieto akumulátory niekedy viac ako 5000 nabíjacích cyklov a v solárnom zariadení sa môžu používať minimálne 20 rokov.

Ako možno využívať fotovoltaické zariadenia?

Solárne zariadenia, ktoré vyrábajú elektrický prúd na strechách rodinných alebo bytových domov, sa inštalujú spravidla s napojením na sieť. To znamená, že sú napojené na verejnú elektrickú sieť. Takto môžu tieto zariadenia odoberať el. prúd zo siete, keď slnko práve nesvieti a batérie sú tiež prázdne.

Alternatívou k sieťovo prepojeným solárnym zariadeniam sú systémy pracujúce v samostatnom režime. Tieto pozostávajú výlučne z modulov, prúdových meničov a akumulátorov. Pri spotrebovaní všetkých zásob nie je možný odber elektrického prúdu z verejnej siete. Aby sa tomu zabránilo, batérie na akumulovanie el. prúdu sú v tomto prípade dimenzované na troj- až štvordennú zásobu. Sieťovo nezávislé systémy pracujúce v samostatnom režime nájdu využitie napríklad v záhradných skleníkoch, občas využívaných budovách alebo na miestach, ktoré v dôsledku svojej polohy nemôžu byť bez väčších problémov napojené na verejnú elektrickú sieť.

Čo stojí fotovoltaické zariadenie?

Aké drahé je solárne zariadenie na výrobu el. prúdu na streche vlastného domu, to závisí principiálne od jeho veľkosti. Pri zariadení so špičkovým výkonom päť kilowattov a akumulátorom s kapacitou štyroch až piatich kilowattov musia majitelia domov počítať s cenou od 11 000 do 13 000 eur. Pretože fotovoltaické zariadenia sú obzvlášť ekologické a pri prevádzke so zásobníkmi na akumulovanie el. prúdu môžu prispieť aj k odľahčeniu verejných elektrických sietí, sú dotované štátom. Informácie o poskytovaných prostriedkoch nájdete v článku Dotácia na solárnu techniku.

Aké výhody a nevýhody majú kompaktné fotovoltaické zariadenia?

Solárne zariadenia sú schopné využiť bezplatnú a nevyčerpateľnú energiu slnka na výrobu elektrickej energie na vlastnú spotrebu. Šetria nielen peňaženku mnohých majiteľov domov, ale aj životné prostredie. V nasledujúcej časti uvádzame prehľadné zhrnutie výhod a nevýhod fotovoltaických systémov :

Najdôležitejšie výhody fotovoltaického systému: Najdôležitejšie nevýhody fotovoltaického systému:
výroba el. prúdu z obnoviteľných energií tam, kde sa prúd spotrebúva potrebná plocha na umiestnenie na dobre nasmerovanej, dostatočne strmej streche bez tienenia
klesajúce náklady na energiu vďaka využívaniu vlastného prúdu výroba energie je závislá od premenlivej ponuky slnka
nezávislosť od zásobovateľov energiou a od kolísania cien elektriny zariadenia sú často spojené s vysokými zaobstarávacími nákladmi

Solárne zariadenia v starých budovách a novostavbách

Solárne zariadenie sa dá spravidla inštalovať rýchlo a bez komplikácií. Veľa starých budov sa dá pomocou niekoľkých rekonštrukčných opatrení upraviť tak, aby sa na streche vytvoril dostatok miesta pre solárne zariadenie. To isté platí samozrejme aj pre novostavby.

Zhrnutie

Solárne zariadenia vyrábajú elektrický prúd alebo teplo z bezplatného a nevyčerpateľného energetického zdroja slnka. Inštalovať a hospodárne prevádzkovať sa dajú v mnohých nových alebo existujúcich budovách. Či sa solárne zariadenie oplatí, možno zistiť na základe tvaromiestnej analýzy.

Vyskúšajte konfigurátor vykurovania
Zistite, ktorá zostava vyhovuje vášmu vykurovaciemu systému vďaka jednoduchej aplikácii.
Najnovšie články
Aktuality
13. decembra 2018

Slovenská asociácia fotovoltického priemyslu tvrdí, že na Slovensku chýba veľké množstvo elektriny vyrobenej z obnoviteľných zdrojov energie (OZE) a Ministerstvo hospodárstva SR používa neaktuálne scenáre vývoja a spotreby. Keďže verejné inštitúcie nezverejnili žiadne vyhodnotenie situácie a potenciálu OZE, SAPI ako súkromná asociácia sa rozhodla dať si vypracovať štúdiu od odborníkov. Popis stavu sektora a analýza… Čítať viac

Vetranie
6. decembra 2018

Častým vetraním prostredníctvom okien zabezpečujeme čerstvý vzduch v miestnostiach, regulujeme vlhkosť a bránime vzniku plesní, ale tiež zvyšujeme celkové náklady na energie. Práve pri vetraní totiž veľká časť vytvorenej tepelnej energie uniká oknami a účty za energie rastú. Ak chceme tieto straty znižovať, riešením je riadené vetranie s rekuperáciou tepla. Čo vlastne znamená rekuperácia? Zjednodušene… Čítať viac

Aktuality
5. decembra 2018

Poslanci Európskeho parlamentu schválili nový záväzný cieľ v oblasti obnoviteľných zdrojov energie (OZE). Do roku 2030 by mali OZE pokrývať zhruba tretinu koncovej spotreby energie v Európskej únii. Európsky parlament v novembrovom hlasovaní potvrdil dohodu, ktorú už v júni dosiahli poslanci so zástupcami Rady (ministrov) EÚ. Cieľom EÚ je, aby do roku 2030 obnoviteľné zdroje… Čítať viac

Aktuality
4. decembra 2018

V bytových domoch, ktoré nemajú merače na diaľkové odčítanie spotrieb, sú vlastníci povinní sprístupniť byt odpočtovej službe. Tá odčíta spotreby tepla, teplej a studenej vody. Údaje z meračov sú podkladom pre ročné zúčtovanie nákladov na bývanie. Odporúča sa, aby sa odpočet meračov v bytovom dome zrealizoval v jednom termíne, pretože rozpočítanie je tak objektívnejšie. O termíne odpočtu musia byť… Čítať viac

Aktuality
16. novembra 2018

Slovenská inovačná a energetická agentúra (SIEA) už zverejnila podmienky na registráciu zariadení, ktorých inštalácia bude podporená v národnom projekte Zelená domácnostiam II. Domácnosti sa budú môcť uchádzať o dotácie na zariadenia využívajúce obnoviteľné zdroje energie (OZE) aj naďalej. Registrácia zariadení je otvorená od 12.11.2018. Manažér komunikácie SIEA Stanislav Jurikovič informoval, že naplnenie nového zoznamu si… Čítať viac

Aktuality
13. novembra 2018

Južná Kórea pripravuje výstavbu nového solárneho a veterného megakomplexu s produkčnou kapacitou 4 GW, z toho 3 GW bude predstavovať solárny park, ktorý by mal byť najväčším na svete. Súčasťou zóny bude aj 100 MW systém plávajúcich fotovoltických elektrární. Predpokladaný začiatok spustenia je do roku 2022. Územie o rozlohe 409 kilometrov štvorcových, získané vysušením mora,… Čítať viac

Aktuality
2. novembra 2018

V mimoriadnom kole, ktoré sa uskutočnilo 24. októbra 2018, mali domácnosti z mimobratislavského regiónu možnosť získať poukážky v celkovej hodnote viac ako 500-tisíc eur. Získať dotáciu bolo možné na inštalácie tepelných čerpadiel, kotlov na biomasu a slnečných kolektorov. Projekt Zelená domácnostiam v tomto roku končí a keďže časť poukážok z predošlých kôl zostala nepreplatená, Slovenská… Čítať viac

Aktuality
31. októbra 2018

Národná rada SR v októbri 2018 schválila návrh, ktorý prináša viacero zmien v zákone č. 309/2009 Z. z. o podpore obnoviteľných zdrojov energie a vysoko účinnej kombinovanej výroby. Zmeny a doplnenia sa dotkli napríklad spôsobu a podmienok podpory výroby elektriny, práv a povinností výrobcu elektriny, výroby elektriny z malého zdroja a v lokálnom zdroji, práv a povinností prevádzkovateľa sústavy,… Čítať viac