Solární systémy vytápění: rozbor technologií pro vytápění na bázi solárních systémů

Otázka hledání alternativních zdrojů tepla se stává stále aktuálnější. Tomu napomáhají rostoucí ceny plynu, uhlí a ropy. Velmi perspektivním směrem jsou solární topné systémy, které mohou účinně vytápět místnosti po mnoho let.

Přemýšlíte o instalaci heliosystému, ale máte pochybnosti a otázky? Pomůžeme Vám se zorientovat, kdy je vhodné využít sluneční energii k vytápění, a popíšeme možné varianty organizace vytápění. Kromě toho nabídneme návod na výrobu domácích heliosystémů – plochého a trubkového kolektoru.

Energie slunce – alternativní zdroj tepla

Myšlenka využívání sluneční energie k vytápění není nová. Navíc její účelnost byla prokázána Američany, Číňany, Španěly, Izraelci a Japonci.

Trh je zahlcen nabídkami různých zařízení na přeměnu sluneční energie a jejího dalšího využití pro hospodářské potřeby.

Heliosystémy se aktivně používají jako hlavní zdroj tepla v mnoha zemích světa. V našich zeměpisných šířkách se zatím používají jako doplněk k topnému systému.

Cena systémů závisí na jejich typu, ploše a materiálu použitém při výrobě. Rok co rok je pozorován stabilní trend snižování cen všech druhů solárních zařízení – heliosystémů.

To je činí dostupnějšími pro široké vrstvy obyvatelstva. Jenomže zatím ne každý, kdo chce, je připraven takový nákup uskutečnit.

Zato, pokud chcete, můžete si svépomocí postavit účinný systém solárního vytápění a utratit znatelně méně prostředků.

Běžný systém vytápění, který po mnoho let skvěle plnil svou funkci, je stále dražší. Důvodem je celosvětový růst cen energetických zdrojů. Přirozenou touhou majitele je ušetřit na vytápění, které pohltí značnou část rodinného rozpočtu.

Tak může solární systém vytápění plně nahradit běžné vytápění na tuhá paliva, plyn nebo jakýkoli jiný. Vše závisí na typu a velikosti místnosti, ve které bude používán.

Varianta vhodná pro obilní sklad nebude vhodná pro obytný dům a systém, který uspokojí potřeby chaty, si s vytápěním dvoupatrového sídla neporadí.

Úplná náhrada tradičního vytápění solárním je někdy problematická. Majitel se obává, že systém nezvládne, nebo že fyzicky není dostatek místa pro montáž potřebného počtu panelů.

Proto se často používá kombinovaný systém vytápění, aniž by se zcela upustilo od instalovaného plynového (elektrického nebo jiného) zařízení. Úroveň nahrazení běžného vytápění solárním může dosáhnout 90 %.

Také má velký význam roční počet slunečných dnů v lokalitě, kde se obydlí nachází. Přitom průměrná denní teplota není tak důležitá. Mnoho zařízení účinně pohlcuje světlo i během mrazivých zimních dnů (solární kolektory používající jako teplonosnou látku nemrznoucí kapalinu).

Kromě vytápění dokáže solární zařízení zajistit domácnosti teplou vodu a elektřinu

Kde bude helioinstalace nejefektivnější

Při nahrazování vytápění solárním zařízením je třeba zohlednit řadu faktorů ovlivňujících jeho účinnost.

Za prvé je nutné správně zvolit typ solárního systému. V této otázce je třeba zohlednit plochu místnosti a její účel. Nejčastěji se jedná o rodinný dům, kde žije rodina o 4–5 členech.

Za druhé pečlivě vypočítat potřeby tepla na základě maximální spotřeby v chladném období. Porovnat tato čísla s množstvím vyrobené energie z 1 m² solárního zařízení. Zbývá vypočítat plochu solární konstrukce schopné zajistit vytápění konkrétní místnosti.

Získaná hodnota se stane hlavním faktorem při určování umístění systému. Obvykle majitelé domácností preferují použití střechy nebo stěny domu. Zřídka používají přilehlý pozemek nebo střechu garáže. Někdy staví speciální stojany pro montáž zařízení.

Vybudování speciálních podstavců pro montáž solárních systémů umožňuje co nejpohodlnější umístění na přilehlém pozemku

Je důležité, aby nic nebránilo volnému pronikání slunečních paprsků na světlopohlcující povrch. Je třeba zvolit jižní, jihovýchodní nebo jihozápadní stěnu nebo část střechy.

Po rozhodnutí, kde budou solární panely umístěny, je třeba provést předběžnou přípravu obydlí:

• Uvolnit prostor. Vykácet nadbytečné porosty, pokud překáží.
• Zpevnit střechu. Zde je třeba nezapomínat na to, jakou váhu bude mít zamýšlená konstrukce.
• Dodatečně zateplit budovu. Vždyť je nesmyslné vytápět ulici.

Za třetí, je třeba vyřešit otázku: koupit nebo postavit systém vytápění svépomocí. Vše závisí na finančních možnostech a ochotě věnovat čas výrobě konstrukce.

Při výběru druhé možnosti je třeba pochopit princip fungování příslušného systému, aby bylo vše správně sestaveno.

Možné varianty uspořádání solárního vytápění

Varianty výstavby systému solárního vytápění zcela závisí na přání majitele domácnosti:

• Použití továrních výrobků. Nákup hotových kolektorů s vlastní instalací a montáží.
• Vybudování pilotního projektu. Je potřeba pro ověření efektu použití systému pro následné provedení přesných výpočtů.
• Samostatné provedení celého cyklu prací. Výpočet, návrh, vybudování solárního systému „od nuly“, jeho instalace.

Varianta č. 1. Předpokládá výběr správného místa pro umístění solárních zařízení, protože od toho bude záviset účinnost jejich použití. Pro montáž budou také zapotřebí speciální dovednosti.

Počet panelů nebude nutné počítat – stačí sdělit všechna svá přání firmě dodávající zařízení. Dále bude třeba odpovědět na upřesňující otázky manažerů – a je to, výběr optimálního počtu panelů (kolektorů) proběhne bez jakýchkoli potíží.

Pro montáž solárního zařízení vlastníma rukama na střeše je třeba zajistit podporu alespoň jednoho pomocníka. Sám si s takovou prací neporadíte.

Varianta č. 2 – vybudování pilotního projektu. Bude optimálním řešením pro lidi, kteří váhají. Protože konečné rozhodnutí o výměně systému vytápění je těžké okamžitě přijmout. Postavit solární kolektor (vzduchový nebo vodní) malé velikosti a vyzkoušet jej „v akci“ bude užitečnou zkušeností.

Ocenit skutečné náklady na výrobu, porovnat je s tržní cenou podobných systémů a vypočítat úspory z použití v domácnosti – přijmout odpovědné rozhodnutí bude snadné.

Varianta č. 3 – volba pravých mistrů.

Pro plnohodnotné vytápění objektu bude nutné provést obrovskou práci:

• Vypočítat potřebnou plochu heliosystému.
• Určit místo budoucí instalace, zpevnit ho.
• Dodatečně zateplit obydlí.
• Pořídit všechny prvky pro sestavení systému.
• Sestavit solární panel.
• Nainstalovat sestavený systém s ohledem na základní požadavky – úhel sklonu vzhledem k dopadu slunečních paprsků.

Provedení celého cyklu prací na zařízení systému nelze nazvat lehkým úkolem, ale proces je nesmírně zajímavý. Navíc umožňuje ušetřit poměrně slušnou částku.

Při výběru typu vytápění využívajícího sluneční energii je třeba rozhodnout, zda bude rovněž použito pro ohřev vody a výrobu elektřiny (klikněte pro zvětšení)

Typy zařízení pro přeměnu sluneční energie

V závislosti na principu činnosti rozlišujeme dva typy zařízení pohlcujících sluneční světlo:

• Baterie na fotovoltaických měničích. Představují systémy sériově nebo paralelně zapojených polovodičových prvků. Dodávají proud pro napájení domácích ohřívačů.
• Solární kolektory. Panely se soustavou trubic naplněných teplonosnou látkou: vzduchem, nemrznoucí směsí nebo vodou. Dodávají sluncem ohřátou teplonosnou látku do topného okruhu.

Podívejme se na každou variantu zvlášť.

Solární panely

Solární baterie přeměňuje pohlcované světlo na elektřinu. Skládá se z fotovoltaických článků (nejčastěji křemíkových), schopných ze slunečního záření okamžitě získávat stejnosměrný elektrický proud.

Toto zařízení lze použít k zajištění provozu elektrického topného zařízení. Je třeba ho připojit k systému napájení obydlí.

Účinnost přeměny slunečního záření touto instalací se pohybuje od 5 % do 20 % v závislosti na typu zařízení zpracovávajícího sluneční záření. Výkon 1 m² solární baterie je 120 W.

Zbývá vypočítat, kolik metrů čtverečních plochy bude potřeba k pokrytí potřeb konkrétní domácnosti, a to na základě velikosti obydlí, individuálních potřeb tepla a úrovně izolace konstrukcí.

Nejvhodnější je umístit solární baterie na střechu domu, a to na jeho jižní sklon.

Pro vytápění je nejefektivnější používat solární baterie v jižních oblastech. Jejich hlavní nevýhodou je snížení účinnosti za soumraku a při zatažené obloze, úplná nefunkčnost v noci.

K tomu, abyste si solární baterii vyrobili sami, budete nejprve potřebovat sestavit rám, připájet solární články, poté vše pečlivě uložit a použít tmel.

Pro výrobu rámu se používají dřevěné lišty a hliníkové úhelníky. Vše závisí na velikosti sestavované konstrukce a místě její instalace. Solární články – křemíkové destičky – jsou nejnákladnější součástí konstrukce. Bývají monokrystalické a polykrystalické. První jsou o něco dražší, ale jejich výkon je o 5 % vyšší.

Vyrobit je svépomocí není možné. Fotovoltaické měniče je lepší pořizovat s již připájenými vodiči.

Umístěte je na podklad z dřevovláknité desky, poté upevněte v rámu, vyveďte vodiče z článků ven a všechny otvory zalijte tmelem. Nechte konstrukci dobře vyschnout a zakryjte ji skleněným nebo průhledným plastovým víkem.

Schémata montáže a způsoby připojení solárních baterií jsou popsány v tomto článku.

Solární kolektory

Zásadně odlišný způsob přeměny pohlceného světla mají kolektory. Základem jejich činnosti je teplonosné médium procházející trubkami.

V závislosti na konstrukci lze rozlišit tři hlavní typy kolektorů, které se nejčastěji používají pro stavbu solárního topného systému:

• Ploché. Tepelný přijímač – absorbér je vyroben z plechu s zčernalým vnějším povrchem. Při zahřátí předává energii teplonosnému médiu topného systému.
• Vakuové. Kolektorový systém vakuového typu je proveden podle schématu termosky, díky čemuž si uchová téměř dvakrát lépe teplo získané ze slunce.
• Koncentrátory. Zařízení je vybaveno konkávním zrcadlovým dílem s velkou plochou povrchu, který soustřeďuje sluneční světlo na malou plochu absorbéru.

Nejrozšířenější solární zařízení v domácnostech jsou vybavena systémem trubek, provedeným jako paralelně spojené prvky nebo had. Trubky jsou naplněny buď technickou vodou, nebo směsí vody s nemrznoucí kapalinou nebo vzduchem.

Po vizualizaci hlavních částí solárního zařízení je snazší rozhodnout, kde nejlépe umístit jednotlivé součásti (+)

Vzduchové zařízení může být použito jako doplňkový zdroj vytápění. Není schopno plně zajistit vytápění domu bez ohledu na region jeho umístění. Hlavní zvláštností tohoto typu solárního systému je vzduch, který plní roli teplonosného média.

Trubkové systémy se poměrně aktivně používají pro vytápění po celý rok. Nemrznoucí kapalina nebo směs nemrznoucí kapaliny se ohřívá pod slunečními paprsky, poté prochází vnitřními výměníkovými trubkami a poté směřuje do zásobníku.

Pohyb kapaliny stimuluje čerpadlo, díky kterému se z nádrže přesouvá do topného systému. Ohřáté teplonosné médium vytlačuje ochlazenou část kapaliny, která se musí znovu vrátit do kolektoru a ohřát.

Princip činnosti plochého solárního systému je založen na pronikání slunečního světla do panelu, kde se nachází tepelný absorbér. Ten se zahřívá a vyzařuje teplo, které se předává kapalině cirkulující kovovými trubkami (nejčastěji měděnými).

Co lze postavit svépomocí?

Solární topný systém využívající vzduchový kolektor lze postavit vlastníma rukama. Nejlepší je umístit jej na jižní stěnu budovy.

Čím větší je plocha vytápěné místnosti, tím větší plochu bude kolektor zabírat – možná celou stěnu domu. Tento solární systém lze také postavit na půdě.

Pokud se chystáte instalovat systém vzduchového vytápění na půdě, je třeba se postarat, aby unesl hmotnost instalace (+)

Sluneční kolektor ohřívající vzduchovou hmotu plní své funkce vytápění díky proudění vzduchu procházejícího systémem. Tepelné médium cirkuluje v okruhu, ochlazuje se a znovu vstupuje do systému. Pohyb vzduchových proudů může probíhat přirozeně nebo pomocí ventilátoru.

Co se týče materiálů pro výrobu vzduchového kolektoru, lze použít různé dostupné prostředky. Neexistuje žádné jednotné pravidlo.

Domácí kutilové zdokonalují tento typ solárního systému sestavovaného doma. Někdo se snaží získat levnější variantu, přičemž obětuje účinnost, někdo naopak.

Po seznámení se základními prvky vzduchového kolektoru je snazší rozhodnout o místě jeho montáže – střecha nebo stěna (+)

Podívejme se na základní způsoby.

Specifika instalace trubkového heliosystému

Trubkový solární systém pro vytápění lze použít v různých regionech. Není závislý na venkovní teplotě. Hlavní je, aby na zařízení dopadalo maximální množství slunečních paprsků.

Nemrznoucí kapalina používaná jako teplonosné médium při nízkých teplotách nezamrzá. Za jasných zimních dnů množství slunečního světla převyšuje množství světla přicházejícího v létě.

Trubkový solární kolektor se skládá ze systému průhledných vakuových trubic vzájemně propojených. Obsahují látku s nízkým bodem varu. Při varu se odpařuje, předává své teplo měděnému hrotu a stéká dolů, kde se vše opakuje.

Vakuové trubice vyrobené ze žáruvzdorného skla jsou uvnitř naplněny látkou schopnou vařit při nízké teplotě (+)

Vakuové trubice pohlcují až 90 % veškerého slunečního záření (viditelného i infračerveného). Sluneční energie přeměněná na tepelnou se dostává k teplonosnému médiu. Toto médium předává energii dále do systému – do výměníku tepla umístěného ve speciálním akumulačním zásobníku.

Pohyb teplonosného média a vody v topném systému zajišťují čerpadla. Je důležité, aby zásobník měl dobrou tepelnou izolaci. Výměníků tepla jsou obvykle dva: jeden je připojen k přídavnému ohřívači, druhý ke kolektorům.

V domech s tímto typem solárních zařízení je výhodné dodatečně připojit systém podlahového vytápění. To umožňuje efektivnější vytápění budovy.

Co se týče montáže trubkových kolektorů, lze ji provést svépomocí. Jediné, co je třeba zohlednit, je pracovní úhel sklonu – ten by měl být alespoň 20°.

Trubkový solární kolektor se umisťuje na střechu, přičemž se volí nejslnější směr. Důležité je, aby v blízkosti nebyly výškové budovy bránící volnému pronikání slunečního světla

Sestavit vakuové zařízení vlastníma rukama nepůjde – vyrobit vakuové trubice v domácích podmínkách je nemožné. Tím se zabývají továrny specializující se na výrobu vakuových solárních systémů.

Plochá solární instalace

Často se pro vytápění používá plochý solární kolektor.

Pro jeho stavbu budete potřebovat:

• kovový rám;
• pevné dno;
• vrstva tepelné izolace;
• vrstva černého absorbéru slunečního záření (absorbér);
• průhledný kryt – plast, sklo;
• trubky pro kapalinu (měď, hliník).

Konstrukci je třeba vybavit vstupním a výstupním hrdlem a čerpadlem pro efektivní cirkulaci kapaliny.

Plochý solární kolektor lze sestavit vlastníma rukama. K tomu se často používají dostupné prostředky, přičemž se vybírají levnější materiály jako alternativa (+)

Plochý kolektor lze instalovat pod libovolným úhlem, nutnou podmínkou je čištění od sněhu a prachu. Je obzvláště vhodný pro teplé podnebí.

V chladném období je pozorována nízká účinnost a vysoké tepelné ztráty. To zpochybňuje použití pouze tohoto solárního systému pro plnohodnotné vytápění. Optimální je používat ploché solární zařízení společně s plynovým, elektrickým nebo na tuhá paliva.

Doporučujeme se seznámit s články o vlastnoruční montáži solárních topných systémů:

1. Jak vyrobit solární kolektor pro vytápění vlastníma rukama – podrobný návod
2. Jak vyrobit solární baterii svépomocí: způsoby sestavení a instalace solárního panelu

Ještě jednou o účelnosti

Využívat pro vytápění místo běžných energetických zdrojů sluneční energii je výhodné. V závislosti na zvoleném typu solárního systému může úspora na spotřebě placeného tepla dosahovat až 100 %.

Varianta úplné náhrady topného systému – použití kolektorů s vakuovými trubicemi. Jedná se o poměrně nákladný projekt v počáteční fázi. V budoucnu může zaručit úplnou energetickou nezávislost a zaplatit se za 6–8 let.

Vynalézavost domácích mistrů nezná hranic – jako labyrint pro cirkulaci kapaliny uvnitř kolektoru lze přizpůsobit obyčejnou hadici

Životnost solárních zařízení je až 25 let. Vyžadují minimální údržbu – pravidelné čištění povrchů od sněhu, prachu, nečistot. Pokud jde o opravy, lze je provádět vlastními silami. Významnou nevýhodou je, že ploché kolektory a solární panely se „bojí“ hurikánů.

Tento typ vytápění je bezpečný pro obyvatele domu i životní prostředí. Je zcela zdarma a nezávisí na směnném kurzu ani cenách energií.

Závěry a užitečné video k tématu

Video předvede proces vlastnoruční výroby solárního panelu:

Názorná pomůcka pro stavbu vzduchového topného systému:

Technologie výroby plochého solárního zařízení vlastními silami:

Solární systémy nebo solární topné systémy se osvědčily po celém světě. Umožňují získávat teplo zdarma, čímž snižují náklady na platby za vytápění až o 30 %.

Je možná i úplná náhrada fosilních paliv solární energií ve vašem topném systému. Další podstatnou výhodou je, že solární zařízení si můžete sestavit vlastníma rukama.

Máte praktické zkušenosti s montáží nebo provozem solárních topných systémů? Podělte se o své znalosti, pokládejte dotazy k tématu a zapojte se do diskusí. Formulář pro komentáře naleznete níže.