Účinnosť solárnych kolektorov v zime a v lete

Účinnosť solárneho kolektora je jedným z hlavných parametrov, ktoré rozhodujú o výbere solárneho kolektora, resp. systému pre našu domácnosť. Predtým, než sa budeme venovať téme účinnosti solárnych kolektorov v lete a v zime, je potrebné si ujasniť, čo vlastne pojem účinnosť solárneho kolektora znamená.

Charakteristika účinnosti

Účinnosť solárneho kolektora je schopnosť využiť slnečnú energiu a premeniť ju na teplo, resp. inak povedané, účinnosť solárneho kolektora je daná pomerom získanej tepelnej energie ku dopadajúcej energii slnečného žiarenia. Je potrebné si uvedomiť, že účinnosť solárneho kolektora závisí od viacerých faktorov, konkrétne:

• aktuálnych klimatických podmienok, t.j. vonkajšej teploty, intenzity slnečného žiarenia,
• inštalácie solárnych kolektorov, t.j. orientácie a sklonu,
• optických strát na solárnom kolektore,
• tepelných strát na solárnom kolektore.

Uvažujme konkrétnu geografickú polohu (t.j. konkrétne klimatické podmienky) a tiež fixnú orientáciu a sklon solárneho kolektora. Je zrejmé, že účinnosť solárneho kolektora je nepriamo úmerná množstvu vzniknutých optických a tepelných strát. Kľúčovým faktorom, ktorý ovplyvňuje tepelný zisk solárneho kolektora, je samotná konštrukcia solárneho kolektora. V praxi sa stretávame s tromi základnými typmi solárnych kolektorov, ktoré môžeme využiť v našich domácnostiach na prípravu teplej úžitkovej vody (TÚV) a podporu vykurovania (UK):

• plastové solárne koletory (tzv. bazénové kolektory),
• ploché solárne kolektory,
• vákuové trubicové solárne kolektory.

Účinnosť plastových kolektorov

Plastové kolektory sú najjednoduchšie a zároveň najlacnejšie solárne kolektory, ktoré sú vhodné na sezónny ohrev vody v bazénoch, prípadne aj na chaty, záhrady a pod. Ich podstatou je plastový absorbér, ktorý zabezpečuje premenu pohltenej energie zo slnečného žiarenia na tepelnú energiu, ktorá sa potom odvádza bazénovou vodou pretekajúcou priamo cez absorbér. Pretože teplota bazénovej vody je často v lete nižšia ako teplota vzduchu, môže byť zdrojom tepla nielen slnečné žiarenie, ale aj okolitý vzduch, čo im zaisťuje vysokú účinnosť v tomto ročnom období. Naopak, v zimnom období, pri veľkých rozdieloch medzi želanou teplotou bazénovej vody a teplotou prostredia, sú tieto kolektory prakticky nefunkčné. Ich prevádzková doba je len počas letných mesiacov a je nutné ich vypustiť pred prvými mrazmi.

Účinnosť plochých kolektorov

Ploché kolektory sú najčastejšie používanými kolektormi na prípravu TÚV, prípadne podporu UK. Typický kolektor sa skladá z plášťa kolektora (obyčajne v podobe hliníkovej vane), absorbéra, tepelnej izolácie s hrúbkou 40 – 70 mm (umiestnená na zadnej stene a bočných stenách vane) a transparentného krytu. Osvedčeným materiálom pre transparentný kryt je tvrdené sklo odolné voči krupobitiu, s veľmi nízkym obsahom železa, s vysokou priepustnosťou pre dopadajúce svetelné žiarenie a malou priepustnosťou pre unikajúce tepelné žiarenie z kolektora. Takto sa dá dosiahnuť až 95 % piepustnosť slnečného žiarenia. Slnečné žiarenie prechádza transparentným krytom a dopadá na absorbér, ktorý sa zohrieva, a tak premieňa toto žiarenie na teplo. Absorbér býva najčastejšie čierny, nakoľko tmavá farba absorbuje viac slnečného žiarenia ako farba svetlá.

Teplo absorbéra sa odovzdáva teplonosnému médiu (zväčša nemrznúcej kvapaline), prechádzajúcemu v trubkách absorbéra. Špeciálnym zložením hornej vrstvy a štruktúrou povrchu absorbéra sa dá znížiť vyžarovanie tepla a zlepšiť parametre kolektora. Z tohto dôvodu sa na povrch absorbéra často nanáša čierny náter alebo tzv. selektívna vrstva, ktorá významne zvyšuje účinnosť kolektora. Napriek vyššie uvedeným opatreniam najväčší problém z pohľadu tepelných strát predstavujú straty prednou stenou kolektora, ktoré sú spôsobené konvekciou – vzduch sa v kolektore ohrieva od teplejšieho absorbéra, a tým ho ochladzuje, odoberá mu teplo. Dá sa teda predpokladať, že účinnosť týchto kolektorov je silne závislá od aktuálneho rozdielu požadovanej teploty vody a teploty prostredia. Bežne dostupné ploché kolektory vykazujú priemernú ročnú účinnosť okolo 50 %.

Účinnosť vákuových kolektorov

Vákuové trubicové kolektory riešia vyššie spomenuté nedostatky plochých kolektorov. Vo vákuových trubiciach zabezpečuje vákuum kolektoru výborné tepelnoizolačné vlastnosti, a takmer nulové tepelné straty. Ďalšou nespornou výhodou vákuových trubicových kolektorov je parabolický povrch absorbéra, ktorý zachytáva aj žiarenie s veľmi malou intenzitou (t.j. keď je zamračené) aj pri nízkej vonkajšej teplote, takže sa zvyšuje jeho účinnosť voči plochým kolektorom.

Pri výbere slnečného kolektora je potrebné zohľadniť, akú účinnosť bude mať pri nižších vonkajších teplotách či pri zníženej intenzite slnečného žiarenia, s ktorou sa v našich klimatických podmienkach stretávame v zime. Ploché kolektory strednej triedy (kryté kvalitným sklom) dokážu pomerne účinne pracovať aj pri rozdiele teplôt 50 °C, avšak ich účinnosť klesá na minimum v zimnom období. Vo vákuových trubicových kolektoroch sa účinnosť mení s rastúcim rozdielom teplôt len minimálne, takže uspokojivo pracujú aj v zimných mesiacoch. Napriek uvedenému faktu sa na podporu vykurovania (UK) vo väčšine prípadov využívajú ploché kolektory. Pri vyššom počte použitých plochých kolektorov je celková cena nižšia ako pri menšom počte vákuových kolektorov potrebných na ohrev rovnakého objemu vody. Bez ohľadu na to, pre aký typ solárneho kolektora sa rozhodnete, platí, že začnete využívať bezplatnú slnečnú energiu. O tom, aké veľké úspory to prinesie vašej domácnosti rozhoduje nielen typ vybraného kolektora, ale aj kvalita kolektora, na ktorej sa podpisuje vo výraznej miere spôsob konštrukcie a použité materiály na jednotlivé jeho časti. Vyberajte teda z ponuky overených výrobcov a nezabúdajte na radu odborníka. Nielen pri kúpe, ale aj inštalácii na strechu.