U tohoto článku nebylo technicky možné zajistit fotografie a obrázky.
Teplo ze slunce a větru
Kategorie: Speciál | Autor: Jan Novák
Někoho znepokojují rostoucí ceny energií, jiného vyčerpávání zdrojů naší planety a ničení životního prostředí. V obou případech to vede k zájmu o alternativní zdroje energie a o možnosti, jak jich využít při topení a ohřevu užitkové vody. Také pro chataře a chalupáře, kteří mají k přírodě zpravidla velmi blízko, mohou být takové úvahy velice zajímavé.
Patrně nejpopulárnějším zdrojem alternativní energie je slunce, které svítí pro každého stejně a navíc zadarmo. Přežívají názory, že topný systém využívající jeho záření je poměrně drahý, takže návratnost investice je dlouhá. Kdo vyhledá skutečné odborníky a ne lidi, kteří se za ně pouze vydávají, bezpochyby si tento názor poopraví (bez referencí od dřívějších zákazníků firmy je přinejmenším riskantní takovou zakázku zadávat). I v tomto případě je však dobré o problematice něco málo vědět. Pro kutily ostřílené chalupářskou praxí je toto pole působnosti velmi omezené. Existují totiž nové předpisy a normy, jejichž nedodržení může vést až k tragickým koncům, takže když už se chtějí do výroby nějakého systému využívajícího síly přírody pustit, měli by se přinejmenším poradit a v určitých specifických úsecích požádat odborníky o spolupráci.
Pár zajímavých čísel
V jasném letním dni dopadá u nás na jeden metr čtvereční (po odečtení všech ztrát) přibližně 1000 W, což je srovnatelné s příkonem elektrického vařiče.
Průměrná roční intenzita slunečního záření pak je asi 155 wattů na čtvereční metr.
Roční doba slunečního svitu je v ČR od 1600 hodin v pohraničních horách až do 2200 hodin v nížinách.
Za tuto dobu se dá získat v průměru přibližně 1000 až 1200 kWh ze čtverečního metru.
To je množství, které odpovídá energii uvolněné spálením 140 kg koksu nebo 310 kg hnědého uhlí!
Dárek od sluníčka
Po přepočtení údajů z tabulky na využitelnou plochu střechy chaty, chalupy nebo rodinného domku zjistíte, že přijme podstatně víc energie, než stačí rodina spotřebovat. Uvádí se, že běžný profesionálně navržený a postavený systém solárního ohřevu dokáže v našich podmínkách fungovat od března do října a za tu dobu ušetří v řádně zatepleném objektu přibližně 30 procent ročních nákladů na energii. S rostoucími cenami klasických energií a naopak klesajícími cenami solárního zařízení (to bude souviset s podporou jejich využití ze strany státu i dalších mecenášů) se ovšem budou ekonomické parametry zlepšovat. Pro využití sluneční energie jsou zejména vhodné objekty na pozemcích svažujících se k jihu (nebo k jihojihozápadu), které nestíní stromy nebo kopce. Ale ani ostatní nejsou bez šancí. Významný je také správný sklon kolektorů: pro celoroční používání se v našich zeměpisných šířkách doporučuje 45 stupňů k vodorovné rovině. Při pouze letním užívání může být úhel i menší. Málo se ví, že dobrý kolektor ohřívá vodu dokonce i při zatažené obloze. Dalším důležitým předpokladem úspěchu je správná tepelná izolace objektu i všech vedení teplé vody v systému.
Není kolektor jako kolektor
Když necháte za slunného dne na zahradě ležet nějaký čas tmavou hadici plnou vody a potom se chcete osvěžit sprchou z tohoto zdroje, možná se opaříte. Přitom třeba ve stejnou dobu v kuchyni ohříváte vodu na mytí nádobí pomocí elektřiny, plynu, či jiného zdroje, za který platíte rok od roku víc peněz. Proč k témuž nevyužít ochotné slunce, které se mezitím namáhalo s ohřevem vaší hadice úplně zadarmo? Jednoduchý černě natřený barel vystavený slunci znají chataři a chalupáři hodně dlouho. Ještě lepší jsou jednoduché vaky z černého plastu, “solární panely” ze svinutých hadic, zařízení vyrobená z chladičů či radiátorů a podobně. Podobné improvizované sestavy pro přihřívání vody však fungují pouze za teplého letního počasí. Základem skutečného kolektoru je absorbér, těleso, které může mít podobu trubky z kovu nebo plastu s černým povrchem, někdy ještě zvětšeným o žebra či jiné absorbční plochy. Důležité je, aby materiál byl nekorodující. Absorpční funkci však může plnit i tenká mezera mezi dvěma deskami, jíž proudí ohřívané médium, či jiné profily. Při konstrukci absorbéru se střetávají dva protichůdné požadavky: v kolektoru by mělo být co nejvíce ohřívaného média, současně však má proudit v co nejmenším profilu, aby se ohříval rychle a účinně.
Musí vydržet i krupobití
Jenom ohřát vodu v trubkách ovšem nestačí. Je třeba mimo jiné i zabránit tomu, aby se v chladnějším dni ohřáté médium zase hned neochlazovalo. Z přední strany je proto nad absorbérem vzduchová vrstva překrytá tabulí skla či průhledného plastu. Zde je důležité, aby šlo o materiál nejen s dobrou odolností, ale i takový, který nestárne a vydrží i případné krupobití. Z boků a především ze zadní stěny zase musí být důkladná tepelná izolace (z polystyrenu, minerální vlny a dalších tepelně izolačních materiálů). Celek je důkladně uzavřen. Z některých solárních kolektorů je vyčerpán vzduch, což představuje nejlepší tepelnou izolaci. Během letních měsíců se její význam tolik neprojevuje, avšak čím blíže do zimy, tím výrazněji vynikají přednosti kvalitně izolovaných zařízení. V uvedených kolektorech nedosahuje médium příliš vysoké teploty, jsou však konstrukčně jednoduché. Poněkud složitější jsou zařízení s optickým soustřeďováním světla. Na trubku s médiem se soustřeďuje záření pomocí parabolické lesklé plochy nebo pomocí průhledných krytů lomících světlo (obvykle na principu tzv. Fresnelovy čočky).
Jak to funguje?
Většina lidí spojuje problém využití solární energie pouze s kolektory, avšak tím to zdaleka nekončí. Právě naopak: teplo ze slunce je třeba nejen zachytit, ale pochopitelně také odvést a využít. Úplně nejjednodušší systém nechává ohřátou vodu v trubkách kolektoru stoupat díky její nižší měrné hmotnosti. Teplá voda se shromažďuje v zásobníku, odkud je v případě potřeby rovnou odebírána. Tomuto systému se říká otevřený. Je sice jednoduchý, má však i četné nevýhody: účinnost a rychlost ohřevu je nízká, systém může v chladnějších obdobích roku snadno zamrznout se všemi katastrofickými důsledky. Proto se uplatňuje pouze v rekreačních objektech či jiných sezonních zařízeních. Kromě toho se hodí pouze pro ohřev užitkové vody. Výhodnější je systém uzavřený. Pracuje tak, že médium (už to obvykle není voda, ale roztok s nemrznoucími přísadami) po ohřátí teče do výměníku tepla, zde předá energii získanou od slunce vodě v zásobníku a ochlazená proudí zpět do kolektoru. Samozřejmě musí být u takového systému (i u všech ostatních) dobře tepelně izolován nejen samotný kolektor, ale také všechny trubky, stejně jako zásobník ohřáté vody. Protože pracovní médium zahřátím mění objem, musí být součástí systému expanzní nádoba a pojistný ventil. Pokud byste ponechali oběh vody v systému pouze na gravitaci, museli byste zásobník umístit výš, než je kolektor, a to je dost nevýhodné. Proto se obvykle do okruhu ještě přidává čerpadlo, které je automaticky řízeno čidly sledujícími teplotu vody vstupující a vystupující z kolektoru.
Kdy poslouží vítr
Využití energie větru je pro amatéra ještě náročnější než u solárních kolektorů, přesto by bylo škoda jej zcela opominout. Má totiž jednu zásadní výhodu: nejvíc obvykle fouká, když slunce nesvítí a když je potřeba energie největší. Ostatně jeho využití v amatérské praxi není bez tradic: v některých chatových osadách lze ještě dnes vidět různá improvizovaná větrná kola, která pomocí dynama nabíjela akumulátor. Pro využití větru by mohl být zajímavý model, kdy stavebník přebytky energie prodává do rozvodné sítě, odkud ji v dobách, kdy nefouká, zase odebírá. Za platby od energetického závodu by mohl splácet úvěr na generátor – a po splacení začít vydělávat. To ovšem platí v zemích, kde nejsou pravidlem nízké výkupní ceny energií a kde je alternativní energetika účinně podporována státem. V dané chvíli proto u nás přichází vítr v úvahu především jako malý doplňkový zdroj k jiným energiím. Generátor o výkonu od 100 do 1000 W (podle velikosti objektu a finančních možností majitele) je cenově relativně dostupný a vhodně doplňuje ostatní alternativní zdroje, například sluneční kolektory či tepelné čerpadlo (slunce-voda) – zejména v obdobích, kdy slunce nesvítí. Na našem knižním trhu je několik publikací podrobně popisujících stavbu a využití malého větrného generátoru, např. brožurka Malá větrná elektrárna (HEL 1998). Většinou jde sice o překlady z německy mluvících oblastí, kde jsou podmínky poněkud jiné, přesto zde můžeme i my najít mnoho inspirace.
Sluneční záření v České republice podle publikace Encyklopedie energie
KRESBA: ČEZ
Pokusný objekt firmy EKO/TEP v Žižicích-Osluchově u Slaného se solárními panely i fotovoltaickými články na střeše
FOTO: AUTOR
