Solární ohřev vody (praktické postřehy z 12letého provozu)

O využití sluneční energie se zajímám 35 let a od chvíle, kdy jsem instaloval solární systém k ohřevu vody na svém domě, uplynulo 12 let. Prodleva skoro čtvrt století mezi těmito událostmi se zdá být neúměrně dlouhá, myslím si však, že dobře ilustruje základní problém spojený
s využíváním solární energie u nás – dlouhou dobu návratnosti vložených prostředků, a tedy malou motivaci k pořízení takového systému.

Pro solární instalaci jsem neměl optimální podmínky; na domě není dostatečně velká plocha střechy orientovaná na jih, a proto jediným místem, které, pro umístění systému přicházelo v úvahu, byla střecha zahradní boudy. Bohužel je pozdě odpoledne zastíněná, což snižuje zisky energie asi o 10 až 15 %. Přesto jsem v roce 2005 usoudil, že je již morálně neúnosné přednášet o využití solární energie, a sám ji doma nepoužívat. Využil jsem nakonec zájmu rakouských kolegů z ARGE, kteří chtěli rozšířit svůj svépomocný způsob solárních instalací do České republiky, a uspořádali jsme u mne doma dvoudenní kurz spojený s instalací solárního systému na výše zmíněnou zahradní boudu.

Stavba solárního systému

Bylo to zajímavé, místy dobrodružné, a nakonec celkem úspěšné. Pro výrobu kolektorů byly použity komerčně dostupné kvalitní absorbéry TINOX (ve formě proužků s měděnou trubkou uprostřed), které se paralelně propojily a vytvořily výsledný absorbér – obrázek 1. Absorbéry s celkovou plochou zhruba 5,5 m2 byly pak uloženy do kolektorové vany vyrobené z dřevěných trámků a sololitu – obrázek 2.

Obr.1 Absorbér solárního kolektoru

page2image53982000

Obr.2 -vkládání tepelné izolace do kolektorové vany

page2image53981584page2image53983248

Obr.3 a 4. Vkládání izolace a zaklopení krycím sklem

Izolaci pod absorbéry tvoří minerální vata opatřená na horní straně černou netkanou textilií – obrázek 3. Pro zakrytí absorbérů jsme zvolili speciální profilované kalené sklo – obrázek 4. Hotový kolektor byl pak za pomoci účastníků kurzu vyzvednut na střechu boudy obrázek 5, upevněn a oplechován. Do sklepa jsme umístili 400litrový solární zásobník vody – obrázek 6. Poté následovala instalace spojovacího potrubí mezi kolektory a zásobníkem, osazení čidel teploty (na výstup kolektoru a do jímky ve spodní části zásobníku), zapojení čerpadla a regulační jednotky (SH-1). Primární okruh byl po propláchnutí a zkoušce funkčnosti naplněn nemrznoucí solární kapalinou Solaren. Aby bylo možné sledovat výkon systému a měřit množství tepla dodaného do zásobníku, namontovali jsme do solárního okruhu průtokoměr. Ve spojení se solárním regulátorem poskytuje údaje o okamžitém výkonu a o celkovém množství tepla dodaného kolektory do zásobníku. Podrobnější informace o ročním průběhu teplot a o tepelných ziscích v jednotlivých měsících je v grafech v článku „PRAXE: Solární systém na ohřev vody po 5 letech“ na portálu Nazeleno.cz

Obr.6 – Solární zásobníkový ohřívač (boiler)
Obr.5 pokládání kolektoru na střechu

První rok provozu

Zpočátku jsem měl občas potíže s přehřívá- ním, regulace je nastavena tak, že při 90 °C v zásobníku vypne čerpadlo. V trubkách kolektoru se pak vytváří pára a kapalina se stáhne do expanzní nádoby. Styk solární kapaliny s horkými trubkami absorbéru vede ke snížení její životnosti a k nutnosti častějších výměn. Nakonec jsem to vyřešil podle zásady jednoho svého kolegy: „Když svítí slunce, koupeme se do zásoby.“ V mém případě si dopřávám namísto sprchy vanovou koupel. Zkusil jsem kolektor i zakrývat, když jsem byl doma sám a nebyla šance vodu spotřebovat. Je to ale trochu nepraktické. Zdá se, že systém je mírně předimenzovaný – respektive že hospodaříme s teplou vodou příliš úsporně.

Výhody a nevýhody systému

Ukázalo se, že v období mimo topnou sezonu (řekněme od poloviny května do poloviny září) je solární systém schopen pokrýt prakticky veškerou naši spotřebu teplé vody. Plynový kotel mohu nechat mimo topnou sezonu vypnutý a zapínám jej jen zcela výjimečně, když několik dnů vůbec nesvítí slunce. Možnost vypnutí kotle mimo topnou sezonu je výhodná nejen z hlediska prodloužení jeho životnosti, ale i pro úsporu elektrické energie (předtím kotel dohříval malý zásobník i několikrát denně). Manželka si chválí, že máme k dispozici mnohem větší pohotovou zásobu teplé vody než dřív. V zimním období je ale příspěvek solárního systému jen málo významný; nejhorší měsíce jsou prosinec a leden, kdy je velmi málo slunečných dnů. V tomto období je teplota ve spodní části solárního zásobníku většinou jen kolem 25 °C. Nepříjemné také je, že když už slunce začne v zimě dohřívat zásobník, dojde k porušení stratifikace (k zamíchání vody v zásobníku), a tak paradoxně dojde jednak k zapnutí ohřevu kotlem, a jednak je teplá voda poněkud chladnější (než ji kotel dohřeje).

Dlouhodobé zkušenosti a životnost solárního systému 

Systém fungoval většinu spolehlivě a prakticky nevyžaduje žádnou obsluhu. V průběhu času se postupně objevily některé nepříjemné závady. Po třech letech se porouchala turbínka pro měření průtoku; náhrada mne stála asi 7000 korun (což bylo bohužel víc, než kolik mi systém za tu dobu vydělal). Následně se zasekl zpětný ventil v otevřené poloze a v noci samotížně obíhala solární kapalina z výměníku do kolektorů a zásobník vychládal. Nejspíš se při opravě dovnitř dostala nějaká nečistota. Osazení nového ventilu mne opět stálo nějaké peníze. Při této příležitosti jsem koupil náhradní hořčíkovou anodu, která se používá na ochranu vnitřního povrchu zásobníku proti korozi. Anoda, jak se ukázalo, je tak dlouhá, že je vyloučeno ji zasunout otvorem shora do zásobníku (výrobce radí odpojit všechny trubky, vy- prázdnit zásobník a naklonit jej, to je ale ve stísněných podmínkách sklepa hrozná práce. Nechápu, proč dělají otvor pro metr dlouhou anodu shora, když je jasné, že v žádném normálním sklepě tolik místa nad zásobníkem nebude. Problém jsem nakonec vyřešil tak, že jsem anodu zkrátil asi na 60 cm. Dnes už jsou na trhu anody ve formě řetězu, takže za několik let osadím tento typ.page2image64429952

Další zajímavou závadu mi pomohl odhalit náš kocour. Divil jsem se, proč leží v zimě na solárním zásobníku, a ne na plynovém kotli, kde lehával dřív. Když jsem to ale důkladněji prozkoumal, objevil jsem na horním krytu solárního zásobníku docela teplé místečko (tepelný most) v oblasti, kde je umístěna anoda a odvzdušňovací šroub. Tloušťka izolace na horní straně (kde je voda nejteplejší) je podle mého soudu nedostatečná. Vyřešil jsem to tak, že jsem sundal horní víko a místo něj jsem tam vložil 10 cm minerální vaty. Zřejmě se tím únik tepla znatelně snížil; kocour opět začal dávat přednost kotli. Také izolace na trubkách ke kolektoru se postupem času trochu smršťuje a v místech spojů se objevily holé trubky. Nejsou to asi až tak významné ztráty, nicméně loni, u příležitosti výměny solární kapaliny a instalace té zkrácené anody, jsem nechal izolaci vyměnit (celkem asi 11 000 korun).

Častěji by se asi měla vyměňovat solární kapalina. První náplň, kterou jsem nechal v systému podstatně déle než doporučených 5 let, byla výrazně zbarvená rozpuštěnou mědí, což indikuje, že tam nejspíš degradací propylenglykolu vznikaly nějaké organické kyseliny. Podle toho, že se v poslední době sklo kolektorů častěji zevnitř orosí, možná bude potřeba znovu přetěsnit spojení skla s okrajem kolektorové vany. Jelikož je svépomocně vyrobená, není tak těsná jako kovové komerčně používané vany. Další součástí s omezenou životností je oběhové čerpadlo, tam se ale těžko odhaduje, jak dlouho skutečně vydrží (někde se udává, že jen 5 let, u mne už běží 10 let).

Ekonomická výhodnost – vyplatí se, nebo ne?

Rozhodnout, za jak dlouho se takový systém (z čistě ekonomického hlediska) zaplatí, je poměrně obtížné. Pokud vypočteme prostou dobu návratnosti, tj. kolik se investovalo a kolik se každý rok ušetřilo, odpověď zní, že se nejspíš nevyplatí.
Celková investice (i s výměnou měřicí turbínky, ventilu, kapaliny a izolace trubek) dosáhla zatím hodnoty v řádu 100 000 korun, na solární systém jsem dostal dotaci od SFŽP ve výši 30 000 korun. Za 12 let mi systém ušetřil necelých 30 MWh energie z plynu. Zatím jsem tedy stále v minusu. Je pravda, že ceny plynu rostou a systém by při trošce štěstí mohl mít před sebou ještě nějakých 10 až 15 let života. Jak to ale nakonec dopadne, to si netroufám odhadnout.

Co dál?

Rozhodl jsem se, že budu systém provozovat tak dlouho, dokud to půjde (už z pouhé zvědavosti). Až doslouží, vyměním kolektory za fotovoltaické panely a do boileru osadím elektrickou topnou vložku. Doufám, že do té doby se ještě trochu zvýší účinnost fotovoltaických článků, a tudíž mi při trošce štěstí bude stačit plocha střechy boudy k dosažení stejné roční produkce energie. Už v dnešní době jsou fotovoltaické panely lepší volbou pro ohřev vody než klasický solární kolektor.

Systém je mnohem jednodušší a lépe dokáže využít difuzní záření (rozptýlené sluneční záření v době, kdy je pod mrakem), což je
v podzimním a zimním období významná výhoda. Také bude mít delší životnost a menší nároky na údržbu , protože nemá pohyblivé části a solární nemrznoucí kapalinu. Jedinou nevýhodou je zatím nižší účinnost, a tudíž potřeba větší plochy.

Aktualizace článku publikovaného v květnu 2015 na www.nazeleno.cz

Poznámka: v současnosti (červen 2020) je systém stále ještě funkční, ale zdá se, že jeho účinnost opět trochu poklesla. Téměř nikdy se už nevyhřeje na 90 stupňů a zpětný ventil opět trochu nedovírá.