Solární ohřev vody: Jak funguje v zimě?
Solární panely jsou výhodným způsobem, jak ohřívat vodu v bazénu, užitkovou vodu pro domácnost nebo jak si doma přitápět. Pracují téměř zdarma a využívají obnovitelnou sluneční energii. Nicméně jejich technologie jim neumožňuje pracovat neustále na plný výkon, v noci pak nefungují vůbec. A zejména v zimě platí, že solární ohřev vody je velmi neefektivní.
Faktem je, solární panely fungují v zimě i v létě, respektive v každém ročním období. Fungují i za každého počasí – za jasného dne dokonale, v podmračených dnech jen málo. V České republice je potvrzeno, že dokážou plný výkon podávat zhruba 7 až 9 měsíců ročně, což znamená zhruba od brzkého jara do pozdního podzimu. V zimě jejich výkon dramaticky klesá a užitkovou vodu sice dokážou hřát, ale jen o několik stupňů. Což obvykle nestačí.
Ohřev užitkové vody pomocí solárních panelů
Termické kolektory, jak se solárním panelům odborně říká, jsou určeny pouze pro ohřev vody – ať už té v bazénu nebo užitkové. Nedokážou tedy vyrábět elektřinu, k tomu jsou určeny fotovoltaické panely, o nichž si můžete přečíst zde.
Pokud jsou termické panely při instalaci napojeny na rozvody vody v domácnosti, mohou po velkou část roku posloužit namísto jiného zdroje ohřevu vody, například namísto bojleru. V létě a v době, kdy na ně Slunce zpříma svítí alespoň po 6 hodin denně, zvládají ohřívat vodu na 80 °C i více. Ale čím méně mají přímého slunečního svitu, tím více jejich výkonnost klesá a tím nižší je teplota vody jimi ohřívané. Je tak prokázáno, že v zimních měsících solární ohřev dokáže ohřát vodu na maximálně 50 °C.
Pro otužilce se solární ohřev vyplatí i v zimě
Pokud si rádi dopřáváte horkou koupel, myjete nádobí pod tekoucí vodou a jste zvyklí mýt si ruce teplou vodou, bude vám solární kolektor teoreticky stačit od jara do podzimu. V zimě se ale dostává výkonnost solárních systémů na minimum a zejména ve dnech, kdy je zataženo, skoro nefungují. Z toho plyne, že pokud jste otužilí a studená voda vám nevadí, budete díky solárním panelům zcela soběstační. Ale máte-li rádi teplou vodu a nechcete-li se jí vzdát, musíte na část roku počítat s jejím dohříváním z jiného zdroje – ať už bojlerem, kotlem nebo třeba tepelným čerpadlem.
Jaké zvolit nasměrování a sklon solárních panelů?
Při instalaci solárních panelů je nezbytné vyřešit jejich správné umístění a sklon. Zavěšení zcela kolmo nebo naopak položení na vodorovnou plochu sice občas vypadá jako ideální řešení, ale razantně to snižuje účinnost solárních panelů. Je nutné zajistit, aby na ně dopadaly sluneční paprsky co nejpříměji a po co nejdelší dobu.
Velmi podrobně se o správném umístění solárních panelů můžete dočíst v tomto našem textu. Zde si jen zkráceně uveďme, že nejlepší doporučovaný sklon je v České republice mezi 35° a 55°, přičemž optimální je dosáhnout sklonu 45°. Z hlediska orientace na určitou světovou stranu je úplně nejlepší směřovat termické kolektory jejich plochou k jihu. Aby nedošlo ke přílišnému snížení jejich výkonnosti, neměla by odchylka od jihu přesáhnout 30° jakýmkoliv jiným směrem.
Získejte individuální nabídku na míru od spolehlivé firmy.
ZDARMA
Získejte individuální nabídku na míru od spolehlivé firmy.
Vliv sklonu na účinnost v létě a v zimě
Výše uvedený optimální sklon byl odborníky vypočítán tak, aby mohly solární panely fungovat ve všech ročních obdobích. Není ale úplně ideální. Proč? V létě je totiž Slunce vysoko na obloze a je na ní po mnoho hodin denně. Naopak v zimě je Slunce výrazně níže nad obzorem a nesvítí tolik hodin denně. Takže nejlepší by bylo mít několik solárních panelů s rozdílnou orientací a sklonem, aby mohly v každém ročním období pracovat na maximum. Případně jim zajistit nějaký typ otočné konstrukce.
Ale to není standardní řešení, takže většina lidí volí doporučovaný sklon okolo 45°, který sice v zimě není nejlepší, ale pořád zajišťuje aspoň nějakou funkčnost solárních panelů i v zimě.
Jak zlepšit výkon solárních panelů v zimě?
Existují způsoby, jak zvýšit výkon solárních panelů pro ohřev vody v zimě.
- Zaprvé můžete zkusit zkontrolovat kapalinu uvnitř solárního kolektoru, jestli je jí stále dostatek a nikde neuniká. Případně ji můžete vyměnit za jiný typ.
- Celý systém solárního kolektoru se dá také různými způsoby lépe zaizolovat, aby se zabránilo zbytečným tepelným únikům.
- Absorbér, který nemá takový výkon, můžete vyměnit za výkonnější a kvalitnější, aby pracoval efektivněji a získával ze slunečního záření více tepla.
- Máte-li solární panely ve špatném sklonu, je vhodné poupravit ho tak, aby lépe vyhovoval postavení Slunce. Totéž platí i o lepším typu konstrukce, nadzdvihnutí nebo jiném místě pro instalaci solárních panelů.
- Zruční technici se pak mohou podívat, jak efektivně probíhá rekuperace tepla, případně jak solární panely fungují po stránce extrakce tepla a zlepšit jejich fungování v tomto ohledu.
Kolik solárních panelů je třeba pro ohřev vody?
Plánujte-li využívat termické kolektory pro ohřev užitkové vody v domácnosti, musíte si už před jejich zakoupením propočítat, kolik jich potřebujete. Záleží zejména na jejich ploše – čím je větší, tím více tepla dokážou solární panely ze Slunce absorbovat a tím rychleji a více vody ohřejí.
Ideální je oslovit s touto problematikou projektanta, který se zabývá právě solárními technologiemi. Odhadem ale počítejte, že na jednoho člena domácnosti budete potřebovat solární panel o ploše 1 až 1,5 m². Pro pětičlennou rodinu je to tedy 5 až 7,5 m². A pokud hodláte systémem i přitápět, potřebujete ještě větší plochu solárních panelů (často až dvojnásobnou).
Zároveň musíte počítat i se zásobníkem teplé vody, který ji pro vaši domácnost nashromáždí pro budoucí použití. Jedná se o takzvaný akumulační zásobník, který se musí instalovat společně se solárními panely. V průměru jeden dospělý člověk spotřebuje okolo 100 litrů vody denně. Vaše solární panely tedy musejí být schopny ohřát tolik hektolitrů vody, kolik členů domácnosti máte.
Co vše ovlivní cenu systému pro solární ohřev vody?
Zajímá-li vás, na kolik vás vyjde pořízení celého systému pro ohřev užitkové vody v zimě, případně pro občasné přitápění, je nutné nejprve zvážit několik variant.
- Pořídíte si raději kvalitní komponenty, které jsou dražší, nebo sáhnete po levnějších a méně kvalitních (které mají zpravidla i kratší životnost a vyšší poruchovost)?
- Zvolíte raději levnější deskový kolektor nebo sáhnete po dražším trubicovém kolektoru?
- Budete muset kvůli pořízení solárního systému měnit bojler, přikupovat tepelné čerpadlo a budete pořizovat i výměníky tepla, akumulační nádrže a další komponenty?
- A nakonec – kolik členů má vaše rodina a kolik teplé vody průměrně denně spotřebujete?
To vše ovlivní konečnou cenu systému pro solární ohřev vody.
Výpočet ceny solárního systému pro ohřev vody
Jak jsme uvedli výše, počet panelů, respektive jejich celkovou plochu, musíte odvodit od počtu členů vaší domácnosti i od toho, jak často teplou vodu využíváte. Nejlevnější deskové termické kolektory se prodávají již za několik tisíc korun, trubicové vakuové kolektory stojí až desítky tisíc korun.
Akumulační zásobníky na ohřátou vodu se prodávají v různých velikostech a od toho se odvíjí jejich cena (počítejte s objemem zásobníku 100 litrů na osobu). Zásobník vás vyjde na průměrně 20 000 až 30 000 Kč.
Přikoupit musíte výměník tepla, ale doporučovány jsou nejméně dva. K tomu je třeba koupit čerpadlo pro pohon kapaliny v solárních kolektorech, expanzní nádobu, pojistný ventil, systém pro uchycení solárních panelů, potrubí a další příslušenství, plus zakoupit příslušnou kapalinu do solárních panelů.
Summa summarum vás takovýto dostatečně účinný systém pro solární ohřev vyjde nejméně na 120 000 Kč. Pozitivní zprávou je, že na solární kolektory můžete získat dotaci z programu Nová Zelená úsporám, ale je nutné splnit všechny předepsané podmínky. Detailní propočet si můžete udělat ZDE.
Chlazení solárních panelů v létě a v zimě
Pracují-li solární panely, dosahují velmi vysokých teplot, které zpravidla přesahují 100 °C. Zvlášť v horkých letních dnech se tak může stát, že se budou přehřívat (a nekvalitní či špatně nainstalované termické kolektory se často právě kvůli přehřátí zničí). Za běžné situace se ale solární kolektory dokážou samovolně ochlazovat, a to díky okolnímu prostředí i kolující kapalině. I tak se ale doporučuje nepouštět je, pokud jsou venkovní teploty extrémně vysoké, protože přehřívání hrozí ještě akutněji.
V zimě se situace opačná. I když je slunný den a solární panely jsou nainstalovány v tak dokonalém sklonu, že na ně zimní Slunce svítí zpříma a několik hodin, tak je nedokáže zahřát na dostatečnou teplotu. Teplota vzduchu je totiž nízká a termické kolektory neustále přirozeně ochlazuje. To zapříčiňuje, že jejich výkonnost dosahuje jen minimálních hodnot a nedokážou ohřát vodu tak, jak potřebujete.
Námraza a sníh na solárních panelech
Zima je pro solární ohřev vody zapeklitějším obdobím i proto, že často sněží a tvoří se námraza. A sníh a led ulpívají samozřejmě i na solárních kolektorech, což jim znemožňuje fungovat.
Dobrou zprávou je, že teploty hluboko pod bodem mrazu je nepoškodí. Pokud si pořídíte kvalitní termické kolektory, dokážou snést teplotu až okolo -30 °C, což v prostředí České republiky postačuje. Samotné namrzání solárních panelů také není rizikové. Jelikož jsou černé, námraza obvykle rychle povolí. Jen se nedoporučuje násilím ji odstraňovat, například oškrabávat ostrými předměty, protože byste mohli poškodit plochu solárního panelu.
Horší situace nastává při sněžení. Jelikož jsou solární panely hladké, černé a obvykle umístěné v dostatečném sklonu, tak se na nich sníh většinou tak dlouho neudrží a při prvním náznaku slunečního svitu taje. Nicméně, dokud jsou solární panely pod sněhem, tak nefungují. Proto je vhodné sníh z nich opatrně ometat, aby mohly zase začít hřát vodu.
Typy solárních kolektorů a jejich výhodnost pro ohřev vody v zimě
Ačkoliv nejběžnějším typem solárních kolektorů jsou ty známé černé desky, tak existuje několik základních typů termických kolektorů. Každý z nich má své přednosti i nevýhody, liší se materiálem, cenou i svou životností.
Ploché deskové selektivní kolektory
Nejběžnějším typem solárních panelů jsou takzvané deskové solární kolektory (nebo také deskové selektivní kolektory) a jejich výhodou je, že mají velkou, celistvou plochu schopnou naplno absorbovat sluneční záření.
Uvnitř těchto solárních panelů není voda, nýbrž nemrznoucí kapalina, která zajistí, že mohou fungovat celoročně a nezamrzají. Většinou jde o speciálně vyrobenou směs vody a propylenglykolu, která je díky oběhovému čerpadlu poháněna útrobami kolektorů a může přenášet absorbované teplo až k výměníku tepla a pak ho dodává do vaší topné soustavy nebo ho v akumulační nádrži ukládá ve formě ohřáté vody.
V zimě je tento typ solárních kolektorů výhodný i v tom ohledu, že se na nich dlouho neudrží sněhová vrstva a rychle povoluje i vnější námraza.
Solární panely s drain-back technologií
Naplnění deskových kolektorů nemrznoucí kapalinou je sice skvělý nápad, ale má i své nevýhody. Například tu, že tato směs je jedovatá. A že musí být neustále pod tlakem, aby ji oběhové čerpadlo mohlo pohánět uvnitř kolektorů.
Proto se v posledních letech začaly využívat i technologie, kdy jsou deskové termické kolektory naplněny obyčejnou vodou. To je v létě úplně v pořádku a voda má navíc pro absorbování a přenášení tepla lepší fyzikální vlastnosti než směs vody a propylenglykolu. V zimě je to ale problém, protože voda zamrzne.
Proto se vyrábějí solární panely s takzvanou drain-back technologií, které dokážou automaticky detekovat, kdy je čas zapnout kolektory a hřát vodu – tehdy je voda do kolektorů napuštěna a začne jimi proudit, čímž může pohlcovat teplo z absorbérů a přenášet ho k výměníku a do domácnosti. Jakmile jsou panely vypnuté, voda je vypuštěna a zůstanou úplně prázdné.
To je výhodné jak v létě (vypnuté termické kolektory se nemohou přehřívat), tak v zimě – solární kolektory jsou prázdné, takže nemohou zamrznout a popraskat. Navíc v nich není neustálý tlak jako u těch naplněných nemrznoucí kapalinou.
Jejich účinnost je až o 15 % vyšší než u srovnatelných deskových kolektorů s tlakovým systémem. Životnost těchto kolektorů je navíc udávána jakožto mnohem delší než u klasických solárních panelů a nároky na údržbu jsou u nich mnohem menší.
Trubicové vakuové kolektory
Třetím často používaným typem termických kolektorů jsou trubicové vakuové kolektory, které vypadají jinak. Nemají jednolitou plochu, nýbrž jsou tvořeny mnoha úzkými trubicemi, které jsou položeny těsně vedle sebe. V nich proudí kapalina schopná absorbovat teplo ze slunečních paprsků. Trubice jsou tvořeny dvojitou vrstvou skla, přičemž mezi těmito vrstvami je vakuum (tedy vzduchoprázdno), což je specifickou izolační funkcí těchto kolektorů.
Tyto kolektory jsou díky své technologii obvykle výrazně dražší než ty deskové, ale přesto si je lidé často pořizují, jelikož mají široké spektrum využití a jejich tepelné ztráty jsou nižší než u deskových kolektorů.
Nicméně právě v zimě s nimi mohou být problémy – pokud je máte položené na střeše a napadne sníh, případně namrznou, přestanou fungovat a sníh z nich nesklouzne tak snadno jako z ploché desky. Manuální odstranění je skoro nemožné, protože byste termický kolektor pravděpodobně poškodili. A pokud dojde k poškození (třeba drobné prasklince) na jediné z trubic, unikne z ní vakuum a celý kolektor přestane pracovat – a je potřeba trubici urychleně vyměnit.
Navíc absorpční plocha trubicového kolektoru je menší než plocha srovnatelně velkého deskového kolektoru, takže jich logicky potřebujete více, abyste ohřáli stejné množství vody.
Výkonnost solárních panelů ovlivňuje jejich typ
Solární panely pro ohřev vody si zpravidla vybíráme podle velikosti. Čím jsou větší, tím více vody dokážou ohřát a tím rychleji pracují. Což ovšem platí jen při slunných dnech. Takže dalším parametrem, který byste při nákupu měli zvážit, je výkonnost solárních panelů. Neplatí přitom, že dražší solární panel je výkonnější, případně větší solární panel je výkonnější. Někdy to může být zcela naopak. Každopádně solární ohřev vody v zimě funguje lépe, pokud máte výkonné solární panely.
Obecně platí, že deskový kolektor o stejné ploše jako trubicový kolektor má vyšší výkon, a to až o 20 %. A dobrou pomůckou v určování, který solární kolektor je nejvýhodnější, je provedení jednoduchého výpočtu: zkuste vydělit výkon solárního kolektoru jeho cenou, díky čemuž zjistíte cenu za 1 kW výkonu tohoto solárního kolektoru.
Každý typ kolektoru má výrobcem určený výkon. Informaci o něm byste měli najít v návodu, na solárním panelu nebo by vás o něm měl informovat prodejce. Abyste zbytečně nepřepláceli, je vhodné porovnat výkon jednotlivých typů solárních panelů prodávaných na českém trhu a koupit si skutečně ten nejvýhodnější.
A jelikož je to zdlouhavá práce, existuje program jménem Solar Keymark, který vám ukáže, jaký výkon má konkrétní panel. Stačí jen zadat do políčka pro vyhledávání jeho plný název a dozvíte se všechny základní parametry. Vše si navíc můžete stáhnout ve formátu PDF a pak v klidu porovnávat veškerá data.
Účinnost solárních panelů podle jejich typu
Často se hovoří také o účinnosti solárních kolektorů. Ale pozor, účinnost solárních panelů není totéž jako výkonnost solárních panelů. Účinnost termických kolektorů se totiž musí řídit přísnými normami a ještě před jejich uvedením do prodeje musí být otestována, aby bylo vše v souladu se zákonem, přičemž je nutné dostát požadavkům ve vyhlášce 441/2012 Sb., v níž se mimo jiné řeší minimální účinnost kolektoru.
Problém je, že dříve se účinnost solárních panelů řídila normou ČSN EN 12975-1, 2. Podle této starší normy se účinnost solárních kolektorů vypočítávala podle plochy apertury absorbéru neboli podle velikosti plochy, kterou sluneční záření vstupuje do solárního kolektoru.
Od 1.7. 2018 se účinnost solárních kolektorů určuje podle normy ČSN EN ISO 9806, podle níž se účinnosti solárních kolektorů odvozuje od hrubé plochy termických kolektorů. Hrubá plocha je přitom celková (obrysová) plocha celého kolektoru (a počítají se do ní tedy i místa, jimiž sluneční energie není vstřebávána do absorbéru).
Porovnáme-li obě tyto veličiny, zjistíme, že u deskových kolektorů je rozdíl mezi oběma typy výpočtů asi 10 %. Co se týká trubicových kolektorů, tak díky nové normě ČSN EN ISO 9806 vznikl rozdíl účinnosti až 40 % oproti předchozímu typu výpočtu.
Z toho plyne, že při porovnávání účinnosti jednotlivých typů solárních kolektorů byste si měli dávat pozor, jakou normu bere obchodník či výrobce v potaz – někteří se snaží zákazníky oklamat a stále ještě uvádějí starší typ výpočtu účinnosti. A zvlášť plánujete-li používat solární ohřev vody v zimě, neměli byste paramter účinnosti zanedbat.
U deskových solárních kolektorů je minimální účinnost určena jakožto 0,60, a to při rozdílu teplot mezi solárním panelem a okolním vzduchem 30 K.
U trubkových vakuových kolektorů je minimální účinnost určena jakožto 0,55, a to při rozdílu teplot mezi solárním panelem a okolním vzduchem 50 K.
A co solární ohřev vody v bazénu v zimě?
Možná uvažujete nad tím, jestli jsou solární kolektory schopné ohřívat vodu v bazénu i v jiném období než v létě. Když mohou v zimě aspoň částečně ohřívat užitkovou vodu pro domácnost, proč by nemohly ohřát bazén tak, abyste se koupali třeba i v únoru?
Bohužel, pokud máte venkovní bazén (i kdyby byl pod speciálním krytem či posuvnou střechou), termický kolektor ho nedokáže v chladných dnech s nedostatkem slunečního záření ohřát na přijatelnou a příjemnou teplotu. I v létě je prokázáno, že solární panely dokážou ohřát bazén o 6 až 10 °C. Nejvyššího výkonu dosahují, pokud na ně zpříma dopadá Slunce, což je v létě asi 6 hodin denně.
V zimě, kdy jsou solární panely ochlazovány okolním vzduchem a velmi nízkou teplotu má i voda v bazénu, není možné bazén ohřát na přijatelnou teplotu vhodnou pro koupání – pokud tedy nejste otužilci. Nemluvě o tom, že solární panely pro bazén jsou napojeny na bazénovou filtraci, která se zpravidla před zimou vypouští, aby v ní voda nezamrzla a nepoškodila potrubí, takže kvůli tomu nemohou fungovat ani solární panely.
Ale pokud o solárních panelech uvažujete jakožto o možnosti pro ohřev vody v bazénu v letní sezóně, můžete si o této technologii detailněji přečíst v tomto našem článku. Případně se můžete podívat i na to, jaké přednosti má oproti nim tepelné čerpadlo k bazénu.
Často kladené otázky
Během zimy je sluníčka méně a dny jsou kratší. V zimě solární panely dokáží ohřívat vodu, ale na nižší teplotu. Proto je zapotřebí solárním panelům trochu pomoci, například elektrickým či plynovým kotlem.
V solárních panelech cirkuluje teplonosná kapalina – nemrznoucí směs, která přenáší vyrobené teplo a zároveň zabraňuje zamrznutí v mrazivých měsících. Výjimkou jsou beztlaké drain-back systémy, v kterých většinou cirkuluje voda. Ale v době nečinnosti v panelu voda není, takže ani v tomto případě nehrozí, že dojde zamrznutí.
Vakuové kolektory jsou výkonnější, ale jsou tvořeny trubkami, které často zapadají sněhem a mohou zamrznout. Zatímco ploché kolektory se lépe zbavují sněhu, díky svému hladkému povrchu.
