Ako dosiahnuť čo najvyššie úspory pri zabezpečení tepla a ohrevu vody s minimálnymi nákladmi na inštaláciu solárneho systému

Autori: Mgr. Marián Ježo, Ing. Milan Novák, CSc., Ing. Alfréd Gottas, THERMO/SOLAR Žiar s.r.o.

Ohrev teplej vody áno, prikurovanie väčšinou nie

Najčastejšie sa solárne termické systémy využívajú na ohrev, resp. predohrev vody v domácnostiach a zariadeniach ako hotely, nemocnice a pod. Ďalšie oblasti využitia sú pri ohreve bazénov a sezónnej podpore nízko-teplotného vykurovania.

Pri bytových domoch je reálne využitie na ohrev alebo predohrev vody. Použitie solárneho systému na jarnú a jesennú podporu vykurovania je v bytových domoch prakticky nemožné, keďže väčšinou nie sú vybavené nízkoteplotným (podlahovým alebo stenovým) vykurovaním. Navyše, systém, ktorý by kombinoval ohrev vody a sezónne prikurovanie, by vyžadoval inštaláciu násobne väčšieho počtu kolektorov, ako len samotný ohrev vody. To by znamenalo, že v letnom období, keď je intenzita slnečného žiarenia maximálna a nároky na vykurovanie nulové, by bola takáto veľká kolektorová plocha nevyužitá. Návratnosť takejto vyššej investície by bola preto problematická.

Porovnanie výsledkov modelových variantov

Pri určovaní veľkosti solárneho systému na prípravu teplej vody v bytovom dome platí: Menej je niekedy viac

Úspora energie na ohrev ÚV v konkrétnom bytovom dome a s tým súvisiace zníženie nákladov po inštalácii solárneho systému, závisí od jeho veľkosti, t. j. od počtu inštalovaných kolektorov a objemu solárneho zásobníkového ohrievača.

Ako príklad môžeme uviesť bytový dom so 100 obyvateľmi a dennou spotrebou teplej vody 4000 litrov.

Pri inštalácii 20 kolektorov TS300 (absorpčná plocha jedného kolektora je 1,78 m2) a solárneho zásobníkového ohrievača s objemom 2000 litrov je dosiahnutá úspora energie za rok asi 33% (oproti stavu pred inštaláciou kolektorov).

Ak zvýšime počet kolektorov na 40 a objem zásobníkového ohrievača na 4000 litrov, dá sa očakávať celková energetická úspora asi 52 %. Pri zvýšení počtu kolektorov na 60 a objemu zásobníkového ohrievača na 6000 litrov zabezpečíme úsporu asi 63 % a pri variante s 80 kolektormi a 8000 litrovým zásobníkovým ohrievačom úsporu 69 %.

Z tohto príkladu je jasné, že zvyšovaním počtu kolektorov nám nestúpa priamo úmerne aj množstvo získanej slnečnej energie, resp. úspora nakupovanej energie z rozvodu CZT, plynu, tuhého paliva, elektriny a pod.

Príčinu je potrebné hľadať vo fyzikálnom princípe fungovania slnečného termického kolektora – čím je nižšia teplota kvapaliny na jeho výstupe, tým účinnejšie premieňa zachytené slnečné žiarenie na využiteľné teplo. Je to spôsobené tým, že straty tepla z kolektora sa zväčšujú so stúpajúcou teplotou kolektora – chladnejší kolektor premení väčšiu časť zachyteného slnečného žiarenia na využiteľné teplo vo forme zohriatej teplonosnej kvapaliny ako teplejší kolektor.

V prvom prípade je 20 inštalovaných kolektorov. Spotreba obyvateľov je 4000 litrov denne, ktoré sú chladené cez výmenník a zásobníkový ohrievač natoľko, že aj počas najhorúcejších slnečných dní systém zabezpečuje len predohrev studenej vody na teplotu max. 30 °C. O doohrev na požadovaných napr. 50 °C sa musí postarať iný zdroj tepla (napr. kotol). Pri tomto režime „celoročného predohrevu“ alebo „poddimenzovanom počte kolektorov vzhľadom na dennú spotrebu teplej vody“ dokážeme z 1 m² kolektorovej plochy ročne vyťažiť až 630 kWh energie.

Ak zvýšime počet kolektorov na 40, získame zo slnka viac energie, ale kolektory budú pri nezmenenej dennej spotrebe teplej vody (4 000 l/deň) menej ochladzované ako v predchádzajúcom prípade. Z 1 m² inštalovanej plochy získame ročne len asi 500kWh tepla. Vďaka vyššiemu počtu kolektorov však dokážeme počas najteplejších letných dní ohriať vodu kolektormi až na požadovaných 50 °C a časť roka nemusíme využívať iný zdroj tepla.

Pri zvýšení počtu kolektorov na 60, resp. 80, nastane v najteplejších obdobiach roka situácia, keď kolektory napr. do 14. hodiny  bez problémov ohrejú celú dennú spotrebu (4 000 litrov) na požadovanú teplotu, avšak poobede až do západu slnka budú nevyužité. Takýto stav slabého využitia kolektorov, ktorý je spôsobený tým, že sme inštalovali relatívne veľké množstvo kolektorov vzhľadom na dennú spotrebu vody, nám zníži ročný energetický zisk z 1 m² inštalovanej kolektorovej plochy na asi 400 kWh, resp. 300 kWh.

Kedy je možné využívať solárny systém efektívne

Pokiaľ sa chceme vyhnúť stavu, keď počas najteplejšieho obdobia roka nedokážeme využiť celý výkon inštalovaných kolektorov, mali by sme solárny systém dimenzovať tak, aby celoročne pokryl potrebu energie na teplú vodu na maximálne 50 – 60%.

Prekročenie tejto odporúčanej hodnoty nespôsobí žiadne technické problémy pri prevádzke systému, keďže kvalitný solárny systém odolá aj dlhodobému prehrievaniu. Avšak z ekonomického hľadiska by to bola investícia neefektívna, nakoľko by systém bol zbytočne veľký.

Pri systémoch s desiatkami alebo stovkami kolektorov často platí, že „menej je niekedy viac“. Poddimenzované systémy, ktoré pokrývajú len 5 – 15% z celkovej potreby energie, sú pri veľkých inštaláciách bežné. V takýchto prípadoch pracujú kolektory veľmi účinne (priemerný ročný energetický zisk z 1 m² kolektorovej plochy býva viac ako 630kWh), čo zlepšuje návratnosť investície.

Riešením je nájsť kompromis medzi úsporami a investíciami

Pri výbere veľkosti solárneho systému na prípravu teplej vody v bytovom dome musíme nájsť rozumný kompromis medzi ročnou úsporou nákladov na ohrev teplej vody (napr. 20 %, 30 %, 40 % alebo 50 %) a efektívnym využitím inštalovaného počtu kolektorov, teda investovaných financií.

Menší systém, ktorý by ušetril 10 až 20 % nákladov, by síce pracoval veľmi efektívne, ale takáto nízka úspora by mohla byť pre obyvateľov domu nezaujímavá. Navyše, cena solárneho systému nestúpa priamo úmerne s veľkosťou inštalovanej kolektorovej plochy. Ak by systém s 20 kolektormi stál napr. 20 000 eur, tak cena 40 – kolektorového systému by mohla byť približne 38 000 eur, teda menej ako dvojnásobok. Je to tým, že niektoré náklady na inštaláciu sú rovnaké pre 20 aj 40 kolektorov (napr. vybudovanie trasy pre potrubia, vybavenie stavebného povolenia a pod.). Pri väčšom počte kolektorov sú tak investičné náklady na jeden kolektor nižšie.

Ako postupovať pri hľadaní optimálnej veľkosti systému

Investor by si mal od každého potenciálneho dodávateľa solárneho systému vyžiadať technické návrhy a cenové ponuky na niekoľko variant s rôznymi veľkosťami systému.

Predložené technické návrhy by mali obsahovať množstvo energie, ktoré dokáže solárny systém ročne zabezpečiť (v kWh) a okrem iného aj predpokladanú životnosť. Cenové ponuky by mali obsahovať nielen investičné, ale aj prevádzkové náklady. Nezávislý odborník by mal následne posúdiť, či je uvádzaná úspora a životnosť pre dané technické riešenie reálne dosiahnuteľná. Je tiež dôležité overiť, aké sú možnosti získania dotácie na inštaláciu kolektorov.

Ďalej je potrebné zistiť, ako sa uvedená ročná úspora energie (v kWh) premietne do zníženia účtov za teplú vodu, teda odhadnúť finančnú úsporu v eurách pre nasledujúce roky. Tu je potrebné zohľadniť spôsob doohrevu a predpokladaný vývoj cien energií.

Z uvedených údajov je možné odhadnúť finančnú návratnosť pre každý variant. Konečný výber by mal okrem návratnosti zohľadniť aj životnosť systému, minimálnu požadovanú ročnú úsporu a ďalšie aspekty, ako napr. predĺženie životnosti plynového kotla pri doohreve plynom, zvýšenie ceny nehnuteľnosti a pod.

Článok bol zverejnený v zborníku k seminárom S energiou efektívne v bytových domoch , ktoré sa uskutočnili v októbri 2011 v Žiline, Prešove, Banskej Bystrici a v Trnave v rámci projektu bezplatného energetického poradenstva ŽIŤ ENERGIOU.