Sluneční energie patří mezi nevyčerpatelný zdroj, jeho? vyu?ívání nemá ?ádné negativní účinky na ?ivotní prostředí. Mno?ství solární energie, které se dá vyu?ít je závislé na klimatických podmínkách jednotlivých částí zemského povrchu. Lze ji dobře vyu?ívat nejen v oblastech s dlouhým slunečním svitem, ale i s vy??í nadmořskou vý?kou.

Na území České republiky jsou poměrně dobré podmínky pro vyu?ití solární energie. Celková doba slunečního svitu (bez oblačnosti) se v na?ich podmínkách pohybuje v rozmezí 1400 ? 1700 h/rok. V některých oblastech, jako například v ní?inách na ji?ní Moravě je udávaná doba slunečního svitu dokonce a? 2000 h/rok. Na plochu jednoho čtverečního metru přitom dopadá ročně cca do 1100 kWh solární energie. Na základě těchto čísel je mo?né konstatovat, ?e při dobré účinnosti solárního systému lze z poměrně malé plochy (podstatně men?í ne? je střecha rodinného domku) získat poměrně velký výkon.

Vyu?ití sluneční energie

V na?ich podmínkách je mo?né solární energii vyu?ívat zejména k výrobě tepla a to k ohřevu teplé u?itkové vody, vody v bazénech a k dotápění objektů. Z důvodu malého procenta účinnosti je méně vhodné i kdy? v některých případech tě?ko zastupitelné (např. místa bez přístupu k elektrické síti) vyu?ití přeměny sluneční energie na elektrickou energii fotovoltaickými články.

Vyu?ití slunečního záření k výrobě tepla

Pasivní vyu?ití

Pasivní systémy, fungující na principu skleníkového efektu, lze dobře vyu?ít zejména u nově budovaných staveb, kdy se jim musí přizpůsobit ji? architektonické ře?ení. U staveb star?ích lze pasivní systém realizovat například vybudováním skleněných přístavků (příkladem mohou být prosklené verandy a zimní zahrady umo?ňující předávání přebytečného tepla do ostatních obytných prostor). Mno?ství získané energie závisí na poloze, druhu, architektonickém ře?ení budovy a pou?itých materiálech. Důle?ité je vzít v potaz předev?ím to, ?e největ?í nároky na teplo a tudí? i na vyu?ití sluneční energii jsou v topné sezóně, tedy v době, kdy se nachází slunce nejní?e. Naopak je nutné zabránit nadměrnému přehřívání v letních měsících. K tomu slou?í například speciální fólie či ?aluzie. Na principu kombinace pasivního a aktivního systému pracují koncentrující kolektory s lineární Fresnelovou čočkou, popsané dále v této kapitole.

Aktivní vyu?ití

Sluneční záření se přeměňuje na teplo pomocí solárních kolektorů. Teplo získané v kolektorech se vyu?ívá přímo k přitápění , ohřevu vody nebo se mů?e ukládat v akumulačních nádr?ích a vyu?ívat později (v noci, ve dnech se slabým slunečním svitem). Platí v?ak, ?e čím del?í je potřebná doba akumulace, tím je systém investičně dra??í.

Absorbér

Základní částí ka?dého kolektoru je absorbér. To je obvykle těleso z materiálu s dobrou tepelnou vodivostí, na svrchní straně opatřené speciální tenkou vrstvou, která minimálně odrá?í a maximálně zachycuje (absorbuje) sluneční záření a proměňuje je na teplo. Při příznivých klimatických podmínkách jím mů?e být například obyčejná černá hadice či na černo natřený sud. V současné době je na trhu dostatek druhů absorbérů zhotovených z kvalitních materiálů, umo?ňujících velice dobré uplatnění například při sezónním ohřevu vody v bazénech, v rekreačních střediscích a kempech pro ohřevu vody ve sprchách atd. Uvnitř nebo na spodní straně absorbéru je soustava kanálků, protékaných vodou, která odvádí získané teplo. Z důvodu ni??í účinnosti se absorbéry pou?ívají téměř výhradně jako jednookruhové systémy, tedy takové, kdy ohřátá kapalina v absorbéru je předávána přímo do bazénu nebo například do sprchy.

Solární kolektor

Solární kolektor je v podstatě zdokonalený absorbér, umo?ňující celoroční provoz. Ke zlep?ení funkce a účinnosti kolektoru podstatně přispívá dobrá tepelná izolace. Na vrchní straně tvoří tuto izolaci světlopropustný kryt absorbéru (sklo, fólie, plastová deska). Na spodní straně a bocích je absorbér izolován klasickými izolačními materiály (např. minerální vlákna, pěnový polyuretan a pod.) Celý systém je zapouzdřen v tuhém rámu nebo vaně chránícím kolektor proti mechanickým a vlhkostním účinkům. Teplo je odváděno z kolektoru prostřednictvím teplonosného média (voda, nemrznoucí směs na bázi propylenglykolu, vzduch atd.) izolovaným potrubím do místa spotřeby, např. do solárního zásobníku. V současnosti se u nás i ve světě vyrábí několik typů solárních kolektorů. Během jejich vývoje do?lo k celkovému sjednocení konstrukce a jednotlivé typy se nyní li?í pouze v detailech.

Typy solárních kolektorů:

Základní typy podle materiálu (rozdělení podle druhu materiálu, ze kterého je vyroben absorbér / rám (vana):

1. Absorbér i rám vyroben z hliníku
2. Absorbér z mědi a rám z hliníku
3. Absorbér z mědi a rám z nerezi

Základní typy solárních kolektorů podle tvaru absorbéru:

1. Vakuové trubkové kolektory jsou kolektory s nejvy??í účinností zejména v zimním období, nebo? vysokým vakuem uvnitř trubice jsou téměř eliminovány tepelné ztráty konvekcí. Dal?í výhodou přímo protékaných trubkových vakuových kolektorů je variabilnost jejich umístění. Mohou být umístěny i ve svislé poloze a natočením trubic s absorbérem se docílí optimální orientace vůči dopadajícím paprskům slunečního záření. Jejich nevýhodou jsou v?ak vysoké pořizovací náklady a nutnost udr?ovat vakuum uvnitř trubic.
2. Ploché vakuové kolektory jsou jedním z nejmoderněj?ích výrobků v oblasti solární techniky. Spojuje v sobě výhody trubkových vakuových kolektorů (nízké tepelné ztráty konvekcí) a plochých zasklených kolektorů se selektivní vrstvou (ni??í pořizovací náklady při zachování vysoké účinnosti). U těchto kolektorů se udr?uje vakuum pomocí vývěv spínaných elektronickým regulátorem.
3. Plochý zasklený kolektor se selektivní vrstvou. Tyto kolektory by měly v současnosti představovat nejroz?ířeněj?í typ instalovaných kolektorů. Jejich pořizovací náklady jsou prakticky stejné jako u bě?ných plochých kolektorů s matným černým absorbérem při vy??í účinnosti. Selektivní vrstva podstatně sni?uje tepelné ztráty sáláním z povrchu absorbéru (o 15 ? 30 %). Její princip spočívá ve velké absorpční schopnosti.
4. Lineární Fresnelova čočka pracuje na principu kombinace pasivního a aktivního vyu?ití energie Slunce. Jedná se o původní český kolektorový systém, vyu?ívající ploché sklo ? optický rastr ? lineární Fresnelovu čočku (LFČ). Pod čočkou, která je zabudována do stře?ní konstrukce je v ohniskové vzdálenosti (cca 40 cm) umístěn pohyblivý rám s absorbéry. LFČ má schopnost separovat přímou slo?ku (neovlivněnou oblačností) a difusní slo?ku dopadajícího slunečního záření. Koncentrovaná přímá slo?ka je pak soustředěna na absorbér, kde je prostřednictvím teplonosného média přeměněna na teplo a odvedena k dal?ímu pou?ití (např. ohřev teplé u?itkové vody nebo vody v bazénu). Difusní slo?ka bez podstatných změn proniká do vnitřních prostor, kde osvětluje a ohřívá díky skleníkovému efektu prosklený interiér stavby. Jeliko? Slunce mění svou polohu vůči kolektoru, mění se i poloha ohniska LFČ. Aby se absorbéry nacházely v?dy v místě maximálního oslunění, je rám opatřen pohybovým mechanismem. Signál k pohybu rámu nahoru nebo dolu je pak dán dvěma čidly. Celý systém má tak kromě zajímavého architektonického efektu i dal?í přínosné funkce jako osvětlení, klimatizace a ohřev teplonosného média.

Nedílnou součástí ka?dého solárního systému jsou kromě solárnícho kolektoru dal?í komponenty:

Solární zásobník

Jedná se o nádobu, ve které dochází pomocí teplonosného média primárního (solárního) okruhu prostřednictvím výměníku tepla k ohřevu teplé u?itkové vody sekundárního okruhu. Zároveň je teplá voda v zásobníku akumulována pro pozděj?í vyu?ití. Obecně platí, ?e čím je po?adovaná doba akumulace del?í, tím je systém dra??í a méně ekonomický. U bě?ných solárních systémů se zásobníky dimenzují na jednodenní akumulaci.
Voda v těchto zásobnících se ohřívá jednak pomocí solárního výměníku tepla, dále pak jedním případně dvěma doplňkovými výměníky tepla napojenými na jiný zdroj (elektřina, plyn aj.).

Výměník tepla

Voda v solárním zásobníku je ohřívána jednak solárním výměníkem umístěným co nejní?e, dále pak nad ním umístěným jedním případně dvěma výměníky tepla napojenými na jiný zdroj (např. elektřina, plyn aj.). Doplňkovým výměníkem je voda ohřívána zejména v době nedostatečného slunečního svitu.

Spojovací potrobí

Spojovacím potrubím proudí teplonosná kapalina mezi kolektorem a zásobníkem (výměníkem). Vzhledem k tomu, ?e teploty v solárním kolektoru mohou dosahovat a? 250°C v ?ádném případě není mo?né pou?ít plastové potrubí. Nejlépe osvědčené jsou systémy s tvrdého měděného potrubí. Aby nedocházelo k velkým ztrátám, je třeba potrubí dostatečně izolovat. Cirkulaci teplonosné kapaliny v potrubí zaji?tuje oběhové čerpadlo.

Zabezpečovací zařízení

Součástí solárního systému musí být, stejně jako u systému vytápění i zabezpečovací zařízení. Dule?itou roli přitom zaujímá expanzní nádoba vyrovnávající tlak způsobený značným kolísáním teploty, dále pak různé pojistné ventily.