Slunce je dodnes jediným dodavatelem energie pro Zemi. A nejde jen o světlo a teplo, které vnímáme při slunečném dnu zcela bezprostředně. Slunce je původcem i dalších podob energie. Tím, že roztáčí koloběh vody jejím odpařováním, umožňuje i roztočení turbín vodních elektráren. Nerovnoměrným ohříváním atmosféry vzniká vítr a i jeho energii je možné využít prostřednictvím větrných elektráren.
Je však třeba pokaždé volit cestu komplikovaných a ztrátových přeměn, abychom dostali několikrát proměněnou sluneční energii například do bojleru s teplou vodou nebo do radiátorů topení?
Na každý čtvereční metr našeho území dopadne v celoročním průměru při 1400 až 1700 hodinách slunečního svitu kolem 1100 kWh energie. To je přibližně stejné množství energie, jaké bychom získali spálením 110 litrů topného oleje. Sluneční energii dokáží polapit poměrně jednoduchá zařízení. Pro ohřev vody jsou to solární kapalinové kolektory.
Kamna na střechách
Určitě jste už viděli zařízení, která vypadají jako velká okna, uložená jednotlivě jako součást šikmé střechy domu, nebo i ve větším počtu šikmo nastavená v řadách na rovné střeše či na volné ploše před domem. V kapalinových kolektorech se sluneční záření na černých plochách absorbérů mění v teplo, které ohřívá protékající kapalinu v trubkách, jež jsou součástí absorbérů. Kapalina, ohřátá v moderních kolektorech i na více než 150 stupňů Celsia, předává teplo ve výměníku vodě sekundárního okruhu, v němž je zařazen i dobře izolovaný zásobník na teplou vodu. Tak je možné sluneční teplo "uschovat" i na dobu, kdy je pod mrakem či na noc.
Zásobníkem na sluncem ohřátou teplou vodu může být i běžný bojler, vybavený elektrickým topným tělesem. Pokud stačí vodu v tomto bojleru ohřát solární systém, nespíná se obvod elektrického vytápění a systém tak šetří odběr elektřiny. Když sluneční paprsky nestačí, ohřívá vodu elektřina.
Takových solárních systémů přibývá v posledních letech především v Rakousku a v Německu. U nás jsou zatím taková zařízení poměrně vzácná, i když jsou v Česku už i jejich výrobci. Zajímavé řešení zvolili v obci Hostětín na Uherskobrodsku. Obyvatelé si mohou vyrobit ověřený typ kolektoru svépomocí, což je levnější a umožnilo to už instalaci desítek metrů čtverečních solárních kolektorů na domcích obyvatel této obce.
Solární kolektory je možné využívat nejen k ohřevu vody pro topení, ale například i pro bazény, automyčky či kempy.
Moderní solární kolektory mohou být i vakuové; v těch je ze zaskleného prostoru absorbérů odsán vzduch. Jsou sice dražší, ale mají menší tepelné ztráty. Některé kolektory využívají princip Fresnelovy čočky, která soustředí sluneční paprsky na trubku s ohřívanou kapalinou.
Teplo pro domy i města
Co pracuje v měřítku rodinného domku, může spolehlivě pracovat i v mnohanásobných rozměrech - pro domy s větším počtem bytů, pro administrativní i výrobní objekty, ale třeba i pro menší město. Úspory energie se v takovém případě dají počítat na tuny pevných nebo kapalných fosilních paliv nebo miliony kubických metrů zemního plynu. Největší evropský systém solárních kapalinových kolektorů byl uveden do provozu v březnu 2001 nedaleko švédského Göteborgu. Plocha 800 solárních kolektorů této teplárny je celkem 10 tisíc metrů čtverečních. Roční energetický zisk je propočítán na čtyři miliony kWh. Druhý největší solární systém v Evropě je od roku 1996 v provozu u města Marstal na dánském ostrově Aero. Plocha kolektorů je 9600 m2. Získané teplo přispívá 15 % k potřebám vytápění 1250 domácností ve městě. Solární systém v Marstalu sice přišel o svůj evropský primát, chystá se však rozšíření plochy jeho kolektorů na trojnásobek a tím i návrat na špičku evropské tabulky. Je zajímavé, že prvních deset příček této tabulky patří solárním systémům ve Švédsku, Dánsku a Německu.
Od velkých zpět k malým
Sluneční kapalinové kolektory mohou pomoci i tam, kde není jejich úkolem úspora běžných paliv či elektrické energie. Je to v místech, kde jiné zdroje energie nejsou k dispozici, nebo se je sem nevyplatí na krátkou dobu dodávat, například u rekreačních chat, v zahrádkářských koloniích, v kempech či na letních táborech. Jednoduchá solární zařízení založená na stejném principu používají například i horolezci ve svých táborech při expedicích do velehor. Solární kolektor může mít podobu pryžové rohože, kterou je možné při transportu stočit jako nafukovací matraci. Zásobníkem je pak rovněž pryžový vak s vodou, zavěšený nad rohoží. Obě části tohoto systému mají černou barvu.
Jeden z prvních větších solárních systémů u nás: solární kolektory instalované v zemědělském podniku v Troubelicích u Uničova sestává z kolektorů o celkové ploše 48 m2. V provozu je od roku 1986 a slouží k ohřevu vody k vytápění i k použití v domácnosti. O rozměrech tohoto systému svědčí porovnání s postavami (v kroužku)
1. solární kolektor
2. solární zásobník (trivalentní)
3. kotel ústředního vytápění
4. elektronická regulace solárního systému
5. elektrické topné těleso
6. výměník tepla okruhu ústředního vytápění
7. výměník tepla solárního okruhu
8. teploměry
9. manometr
10. oběhové čerpadlo
11. výstup teplé vody
12. uzavírací ventily
13. vstup studené vody z vodovodního řadu
Barva a nastavení kolektorů
Solární kapalinové systémy využívají toho, že se sluneční paprsky, které dopadají na plochu jejich absorbérů, mění v jinou formu energie - v teplo. Právě černá barva absorbérů způsobuje, že se nejméně slunečních paprsků odrazí v podobě světla a nejvíce se jich promění v teplo.
Množství pohlcených paprsků závisí i na úhlu, pod nímž sluneční záření na povrch kolektorů dopadá, ideální je dopad v pravém úhlu. Protože ale slunce v našich zeměpisných podmínkách dopadá vždy poněkud šikmo, jsou solární kolektory stavěny tak, aby byly ke slunci natočeny v co nejpříznivějším úhlu a směru.
Některé systémy jsou umístěny otočně a umožňují automatickou orientaci ke slunci podle jeho aktuální polohy na obloze.
V našich podmínkách je nejčastější orientace kolektorů k jihu. Mírné natočení o 10 - 15 stupňů k západu umožňuje lepší využití paprsků zapadajícího slunce.
1 - skleněný (plastový) kryt
2 - trubky s kapalinou
3 - izolace
4 - absorbér
5 - rám
JAK VELKÉ MOHOU BÝT KOLEKTORY?
Velikost solárních kapalinových systémů není omezena. Jednotlivé solární panely je možné sdružovat podobně jako baterie v elektrotechnických obvodech do sérií nebo paralelně, podle plochy, která je k dispozici (například na střechách objektů) a podle požadovaného výkonu. Jednotlivé panely mají zpravidla rozměry několika metrů čtverečních, u největších evropských systémů jsou použity panely o ploše 12,5 m2, které jsou sestaveny do systémů o celkové ploše v tisících čtverečních metrů.
JAK TO, ŽE KOLEKTORY NEZAMRZNOU?
Sluneční kolektory mohou ohřívat vodu při slunečním svitu i při teplotách vzduchu kolem bodu mrazu. V noci však může být i mráz, a pokud by v kolektorech solárního systému byla voda, zamrzla by a potrhala by trubky. Pokud se počítá s celoročním provozem solárních kolektorů, jsou plněny nemrznoucí kapalinou, podobně jako chladiče v autě. Tato nemrznoucí kapalina v primárním okruhu pak předává teplo ve výměníku tepla vodě sekundárního okruhu, ať už pro topení, nebo pro přímou potřebu na mytí a koupání. U systémů, které jsou určeny jen letnímu provozu a přímé spotřebě vody z kolektoru a jeho zásobníku, je možné používat jen čistou vodu a výměník není třeba.
