Fólie č. 1

Slunce – energie budoucnosti

Tento název neplatí jen pro dnešní přednášku o možnostech využití sluneční energie, ale pod stejným mottem je realizován také mezinárodní projekt „SOLAR NET - Sluneční síť“. Uskutečňuje jej společně více organizací – Sdružení Calla, Ekologický institut Veronica, z Rakouska pak Arbeitsgemeinschaft ERNEUERBARE ENERGIE a arsenal research. Cílem projektu je podpořit vyšší využití sluneční energie pro přípravu teplé vody a ohřev domů v České republice. Projekt je financován z prostředků Evropské unie, Úřadu vlády Dolního Rakouska a Rakouského spolkového ministretsva životního prostředí, zemědělství, lesnictví a vodního hospodářství.

Tímto vás srdečně vítáme na dnešní přednášce.

Fólie č. 2

Globální klimatická změna hrozí

Průměrná roční teplota atmosféry u zemského povrchu bývala před sto lety přibližně 15°C, začátkem třetího tisíciletí je už téměř 16°C. Během posledního čtvrt miliónu let se teploty výrazně měnily, stejně jako koncentrace metanu a oxidu uhličitého. Takové přesné poznání umožnily vrty do kilometrových hloubek v grónském a antarktickém ledovci. V dávném ledu jsou totiž uvězněny bublinky tehdejšího vzduchu. Koncentrace plynů lze po rozpuštění ledu měřit přímo, teploty se odvozují od podílu různých izotopů vodíku a kyslíku, tedy atomů, z nichž se skládal tehdejší sníh.

Na konci minulého století začalo být patrné, že teplota atmosféry stoupá. Intenzívní výzkumy pak ukázaly, že už celé dvacáté století vybočuje z proměnlivosti klimatu oproti stoletím předcházejícím. Jak je patrno z grafu pro severní poloukouli, předvedl závěr dvacátého století vzrůst teplot zcela nebývalý. Současný nárůst postihuje celou Zemi, mluví se proto o globálním oteplení. Aktuální nebezpečí představuje právě rychlost růstu teplot. Kam až narostou, je věc jiná, v každém případě to bude v příštích staletích o řadu stupňů, zcela srovnatelně se vzrůstem na konci doby ledové. Podle poslední prognózy by mohla být teplota v roce 2100 oproti roku 1990 vyšší o 1,4 až 5,8 stupňů Celsia.

Pomalý růst průměru teplot téměř nevnímáme, ale některé důsledky globální klimatické změny jsou již patrné i nám. Nejrychleji se oteplují oblasti nejchladnější, Sibiř a Kanada, tam už dnes činí oteplení několik stupňů, s řadou důsledků místních i vlivů na počasí na celé severní polokouli. V některých částech země vládne nebývalé sucho, jinde přibývá katastrofálních srážek a větrných smrští. Razantně ubývá ledovců, což má za následek pomalu vzrůstající hladinu moří a oceánů, taje ledový příkrov severního pólu. Dochází k narušení celé řady ekosystémů s důsledky pro mnoho rostlinných i živočišných druhů.

Co je příčinou takové globální klimatické změny?

Fólie č. 3

To je obtížné téma. Na té fólii bych to nedělil na výrobu energie a ostatní spalování. To slovo energie je zde užito ve smyslu velmi „technickém“ -- sám moc nevím, co se tím všechno myslí, jistě elektřina mimo malou kogeneraci a dálkové vytápění, tedy to, co se účtuje v jednotkách energie. Doprava asi bude dělat víc než devět procent, ale já jsem nikde nenašel, kolik. Opět je problém v tom, že do té škatulky „technici“ zařazují jen zlomek skutečné dopravy. Velmi dobře by to mělo být možné zjistit z celkového prodeje nafty a benzinu, na pohon zemědělských strojů se něco odečte.

U toho obrázku atmosféry by bylo potřeba zachytit taky tu změnu, která nastala. Stará situace byla taková, kdy množství pohlceného slunečního záření bylo shodné s množstvím dlouhovlnného záření z atmosféry (a z malinké části i rovnou z povrchu) do vesmíru. Aby i studený vršek atmosféry takhle zářil, musí být zespodu vyhřívaný. To jde jen tehdy, když je dole mnohem tepleji. Samozřejmě, že tam jsou dlouhovlnné zářivé (a nejen ty) toky větší, skoro dvakrát.

Nová situace, kdy je atmosféra míň propustná, znamená vyzařování do vesmíru až z vyšších, tedy studenějších vrstev. Skoro dvě procenta absorbovaného slunečního záření se tak střádají a zvolna ohřívají zemský povrch. Ještě dlouho budou, než se přes stále více izolující atmosféru prodere zase tolik tepla, jako dostává Země od Slunce.

Obrázek by mohl převzít některé prvky z toho mého schematu, s tou desítkou svislých šipek.

Skleníkové plyny a atmosféra

V roce 1890 odhalil švédský chemik a nositel Nobelovy ceny Svante Arrhenius, že oxid uhličitý (CO₂) působí jako „tepelná past“. Propouští krátkovlnné sluneční záření v neporušené podobě k zemskému povrchu, ale zadržuje odražené dlouhovlnné záření – dochází k hromadění tepla (skleníkovému efektu). Kdyby nebylo různých stopových plynů v naší atmosféře, především vodní páry, oxidu uhličitého, oxidu dusného, metanu a ozónu, které tvoří izolující ochrannou vrstvu, bylo by na povrchu Země pouhých a pro život nehostinných –18 stupňů Celsia. Země by zmrzla jako ledová koule.

Hypotézu, že změna koncentrace skleníkových plynů umožnila velké výkyvy mezi ledovými a teplejšími dobami, proměnila analýza kousků ledu ze dna polárních ledovců v úplnou jistotu. Problémem je, že dnešní koncentrace obou plynů jsou daleko za mezemi jejich někdejší přirozené proměnlivosti. U oxidu uhličitého je dnešní koncentrace již o 30 % vyšší, než před dvěma sty lety a nadále rychle roste. U metanu se koncentrace zvýšila oproti minulosti už třikrát. S malými výkyvy světových hospodářských krizí je růst koncentrace CO₂ dokonce stále rychlejší. Většina spadá na vrub překotnému pálení fosilních paliv – uhlí, ropy či zemního plynu v energetice, dopravě a při dalších spalovacích procesech. Každoročně tak ve formě 23 miliard tun oxidu uhličitého CO₂, který vypustíme do atmosféry, uvolníme tolik uhlíku, kolik se vázalo do biomasy, ze které vznikala fosilní paliva, po celý 1 milión let.

Za to, že v ovzduší zůstává jen zhruba polovina toho, co lidé uvolní, vděčíme rozpustnosti oxidu uhličitého v oceánech a v těchto desetiletích také tomu, že zřejmě rychleji rostou severské jehličnaté lesy. Rychlejší růst lesů je ale záležitostí přechodnou, od poloviny tohoto století se naopak očekává, že jejich průběžné odumírání bude oxid uhličitý do ovzduší přidávat.

Jaký je podíl České republiky na vypouštění skleníkových plynů?

Fólie č. 4

Příspěvek ČR ke skleníkovému efektu

Vina různých států na rozvracení klimatu Země je neobyčejně rozdílná. Ačkoli nás v „civilizovaných“ zemích severu žije jen 20 % celkového počtu obyvatel ve světě, produkujeme 80% všech skleníkových plynů. S nadsázkou to symbolizuje srovnání Číny a USA pokud jde o užívání osobních automobilů. Ve Spojených státech připadá na osobu téměř jedno auto, více je to už skoro jen v Praze. V Číně to bylo v roce 1995 stokrát méně. Avšak čínské hospodářství už léta rychle roste, nejrychleji pak automobilový průmysl. Nepředvedou-li rychle bohaté státy jako Česko jinou cestu rozvoje než tu dosavadní automobilistickou, už jenom růst emisí z čínských aut bude osudným dalším zdrojem emisí fosilního uhlíku.

Celková emise skleníkových plynů v České republice v roce 1999 byla 137,7 mil. tun, tj. přibližně 3 tuny uhlíku na hlavu za rok. Na [jenik1] konci éry socialismu to bývaly skoro čtyři tuny, avšak díky rozpadu či inovaci nejvíce plýtvajícího průmyslu se emise v první polovině devadesátých let výrazně snížily. Přesto jsou neúnosně vysoké a v produkci CO₂ na hlavu patříme mezi světovou špičku. Rakousko se svým několikrát větším hrubým národním produktem na hlavu vypouští ročně na jednoho obyvatele tuny jenom dvě. Naopak Rusko je má větší než my, a stejně třeba i Severní Korea. Spalování fosilních paliv není ani tak měřítkem vyspělosti, jako grandióznosti plýtvání.

Je více než jasné, že další nezřízené vypouštění skleníkových plynů je sebevražedné a musí skončit. Po klopotném a letitém vyjednávání byl v roce 1998 uzavřen Kjótský protokol k rámcové úmluvě Organizace spojených národů o klimatických změnách. Výsledkem má být snížení produkce skleníkových plynů průmyslových zemí v letech 2008-2012 na úroveň o 5,2 % nižší, než byla v roce 1990. V případě České republiky jde o závazek snížení ve výši 8 %, což znamená, že bychom teoreticky nemuseli dělat vůbec nic vzhledem k drastické produkci v roce 1990, ale byl by to krátkozraký postoj. Jakkoliv jde ve vztahu k celkovému nárůstu skleníkových plynů v atmosféře pouze o nepatrnou změnu, i tak je velký problém s ratifikací protokolu ze strany největších producentů, zejména USA a zemí, jejichž ekonomika je spojena s těžbou a prodejem ropy. Česká republika již Kjótský protokol ratifikovala.

Existuje cesta, jak snížit vypouštění skleníkových plynů?

Fólie č. 5

Ta označení se dají zkrátit:

Vítr, vodní toky, mořské vlny, teplo z malých hloubek

Geotermální energie (z hlubin Země)

Příliv a odliv ----- Brždění rotace Země vlivem Měsíce

Východiska ze skleníku

Jak jsme si již řekli, největší podíl na emisi skleníkových plynů má na kontě energetika, dále ostatní spalovací procesy a doprava. Máme-li tedy změnit stávající situaci, musíme hledat řešení právě zde. Energetický obrat je postaven na:

- Razatním snížování spotřeby energie. Dnes je většina námi spotřebované energie spíše vyplýtvána ve špatně zaizolovaných stavbách, v zastaralých strojích a spotřebičích, nárůstem nesmyslných trasportů po silnici i individuální automobilové dopravy, ekonomikou postavenou na co největší spotřebě atd. Česká republika má přibližně dvojnásobně větší energetickou spotřebu na jednotku HDP (hrubého domácího produktu) oproti vyspělým zemím. Avšak i ony nesmírně plýtvají. Cesta ke snížení spotřeby a k hospodárnému využívání energie vede od aplikace nejnovějších technologií na straně výroby - účinnější moderní elektrárny, kogenerace (kombinovaná výroba tepla a elektřiny), účinné kotle pro domácnosti apod. po řešení na spotřební straně – zateplení budov (spotřebu lze snížit desetkrát), nasazení energeticky úsporných spotřebičů, upřednostnění energeticky výhodnějších technologických procesů, zastavení nárůstu automobilové dopravy, snížení spotřeby paliv v motorech… Samozřejmě je nutné snížit i zráty při distribuci energie, čemuž nejlépe pomůže umístění zdrojů energie optimálního výkonu co nejblíže místu spotřeby (tzv. decentralizace).

- Rychlém nahrazení nyní dominantního čerpání neobnovitelných zdrojů energie zdroji čistými – obnovitelnými. Ty neprodukují skleníkové plyny, nečerpají omezené suroviny, nepřinášejí rizika jako jaderné elektrárny a nevytváří nebezpečné odpady. Navíc zajistí naši energetickou nezávislost.

Co jsou to obnovitelné zdroje energie?

Fólie č. 6

Obnovitelné zdroje energie

Těm formám energie, které z hlediska lidské historie nemůžeme nikdy vyčerpat, říkáme obnovitelné zdroje energie. Nejvíce takové energie na Zemi dodává Slunce, bez níž by zde nebylo života. O přímém využití slunečního záření na získávání tepla nebo výrobu elektřiny si budeme povídat později. Slunce ohřívá atmosféru, ale nestejnoměrně, díky čemuž dochází k jejímu pohybu – energii větru využívají větrné motory na výrobu mechanické nebo elektrické energie[jenik2] . V druhém případě jde o větrné elektrárny. Biomasa ke svému růstu využila rovněž dopadajícího slunečního záření (0,5 až 1% celkového množství), proto se jí někdy říká sluneční energetická konzerva. Jejím spalováním můžeme získat teplo, eventuelně mechanickou energii. Energii proudící vody (koloběh vody na Zemi je opět možný jen díky slunečnímu záření) používají vodní motory (kola, turbíny) k přeměně v energii mechanickou nebo elektrickou. V naší republice se nesetkáme s využitím energie mořských vln, které se začíná aplikovat v některých přímořských státech. Tepelnou energii [jenik3] z přípovrchové vrstvy Země a vodních ploch vzniklou absorbcí slunečního záření lze získávat pomocí tepelných čerpadel.

Žhavé nitro naší rodné planety Země rovněž uvolňuje geotermální energii, kterou mohou lidé využívat. Nejvíce tam, kde je zemská kůra porušena a magma je blíže povrchu. Horká pára nebo voda vyvěrající ze země nebo získaná čerpáním vody do vrtů se používá přímo k ohřevu, případně i k výrobě elektřiny, jde-li o páru s dostatečnou teplotou.

Poněkud specifické je využití energie přílivu a odlivu moří, který vzniká díky vzájemnému působení otáčení Země a přitažlivosti Měsíce a Slunce.

Krátce se zastavíme u jednotlivých nám nejdostupnějších obnovitelných zdrojů.

Fólie č. 7

Energie z biomasy

Biomasa (zde myšleno dřeviny, rostliny a organické odpady) může snadno nahradit velké množství fosilních paliv. Oproti nim nepřispívá ke skleníkovému efektu, protože při spálení je do ovzduší uvolněno jen takové množství CO₂, jaké je během růstu absorbováno[jenik4] . Navíc jde o obnovující se a v ČR po Slunci nejvíce lokálně dostupný zdroj. Pro získávání energie z biomasy se užívá různých způsobů. Historicky nejdéle využívané je spalování, které se spolu se zplyňováním řadí k tzv. suchým procesům. Mezi mokré patří anaerobní vyhnívání za tvorby bioplynu nebo fermentace, jejímž produktem je alkohol, obojí výhodně použitelné jako palivo. Zvláštním způsobem je pak lisování olejů a jejich úprava na bionaftu.

Dřevo se používá jako zdroj tepla již od nepaměti. V současné době přibývá především spalování odpadů z jeho zpracování a to buď ve formě štěpků nebo pilinových briket [jenik5] – pelet. Na trhu je velký výběr topidel od malých kamen až po bezobslužné výtopny pro obce. Nové kotle spalují dřevo s vysokou účinností, často s využitím zplyňování na dřevoplyn. Hlavně pro domácnosti je pak určena nová technologie malých pilinových pelet, jež odstraňuje i fyzickou práci tradičně spojovanou s vytápěním pomocí dřeva.

Roste spalování slámy obilné i řepkové, které je dnes v zemědělství přebytek. Rozšiřuje se pěstování rychlerostoucích dřevin (topoly, vrby aj.) či energetických rostlin (např. konopí, čiroku či šťovíku) na zemědělských plochách ležících ladem nebo na plochách jinak těžko využitelných. Sláma i energetické plodiny se využívají jako palivo především v obecních výtopnách (někdy spojených s kogenerační výrobou elektřiny) nebo přímo v elektrárnách na biomasu. Svou výhřevností dřevo (15,5 MJ/kg) i sláma (14,2MJ/kg) předčí hnědé uhlí (11,1 MJ/kg).

Při rozkladu organických látek (hnoje, zelených rostlin, čistírenských kalů, odpadů z potravinářství apod.) v uzavřených zahřátých nádržích bez přístupu kyslíku vzniká bioplyn, což je vlastně metan s oxidem uhličitým a nepatrným množstvím dalších plynů. Bioplyn můžeme použít k vytápění nebo k pohonu spalovacích motorů anebo nejlépe k výrobě elektřiny a tepla současně v motorgenerátorech. Pro zajímavost –  hnůj od jedné krávy za jeden den má energetický potenciál 7 kWh, od 200 ks drůbeže pak 10 kWh. V České republice lze spalováním bioplynu získávat asi 8 TWh elektřiny ročně[jenik6] .

Fólie č. 8

Větrná energie

Ve větru na Zemi je obsaženo 35 krát více energie, než spotřebovává celé lidstvo[jenik7] . Část jí může být využívána pomocí větrných elektráren. Ty mohou pracovat na principu odporovém [jenik8] nebo vztlakovém. Nyní nejvíce používané jsou vztlakové větrné elektrárny s podélnou osou rotace, kde vítr obtéká lopatky, které mají profil jako vrtule letadel. Roztočený rotor větrné elektrárny pohání generátor, který vyrábí elektrický proud. Jednotkový výkon elektrárny se liší dle stanoviště, ale běžné jsou již výkony 1 až 2 MW na jeden stroj. Obvykle se pak více elektráren staví na jedné lokalitě do tzv. větrných farem.

Větrná energetika prožívá celosvětově obrovský rozmach. Instalovaný výkon větrných elektráren na celém světě byl v polovině roku 2002 na úrovni 25 000 MW, přičemž v Evropě to bylo již okolo 18 000 MW. Jen v roce 2001 činil nárůst 6 000 MW. Pro srovnání - výkon jaderných elektráren vzrostl v tom samém roce o 1 700 MW. S evropským větrnými elektrárnami se ročně vyrábí okolo 40 TWh elektřiny. Kdyby se tato elektřina vyrobila v uhelných elektrárnách, muselo by být spáleno 16 miliónů tun uhlí (640 000 nákladních automobilů, popř. 16 000 železničních vagónů). Celkem se tak uspoří 24 miliónů tun CO₂ ročně[jenik9] .

I v České republice jsou vhodné podmínky pro provoz větrných elektráren všude tam, kde je roční průměrná rychlost větru vyšší než 4 m/s (viz větrná mapa České republiky zpracovaná Ústavem fyziky atmosféry AV ČR). Vyjmeme-li území, které pokrývají lesy, sídla nebo chráněné oblasti, dalo by se u nás vyrábět 3,5 až 5 TWh elektřiny ročně. Na rozdíl od našich západních sousedů však u nás panuje stagnace ve vývoji větrné energetiky donedávna daná znevýhodňujícími podmínkami ve výkupních cenách a přetrvávajícím nedostakem investičních prostředků.

Fólie č. 9

Vodní energie

Energie proudící vody byla lidstvem využívána již dávno. Zprvu na pohon mlýnů, hamrů, pil, později i pro výrobu elektřiny v malých elektrárnách. Před 2. světovou válkou bylo na dnešním území České republiky 11 679 takových provozů. Bohužel později, při orientaci na velké centrální zdroje došlo k jejich devastaci[jenik10] . Mezi malé vodní elektrárny, o kterých budeme mluvit dále, se počítají zdroje do 10 MW instalovaného výkonu. Jejich roční technicky využitelný potenciál v České republice je 1,57 TWh, využíváno je však jen cca 26 %. U velkých vodních děl - přehrad již negativní ekologické dopady převažují nad přínosem.

Malé vodní elektrárny můžeme rozdělit na průtočné, které využívají přirozený průtok, a akumulační s časově omezenou schopností odběru vody podle momentální potřeby energie. Vlastní elektrárny se budují buď přímo na jezech či v tělesech hrází anebo je potřebného spádu dosaženo i několikakilometrovým náhonem nebo tlakovým přivaděčem k turbíně. Turbína je základní technologickou jednotkou vodní elektrárny, roztáčena silou[jenik11] vody pohání generátor vyrábějící elektrický proud. Existuje celá řada typů turbín pro různé průtoky a spády – nejznámějšími jsou Bánkiho, Peltonova, Kaplanova či Francisova. Nadále se u malých spádů používá rovněž vodních kol, které však mají malou účinnost.

Fólie č. 10

Síla Slunce

Nejdůležitějším, životně důležitým dodavatelem energie pro Zemi je Slunce. Je výchozím bodem pro chemické a biologické procesy na naší planetě. A je nejpřirozenější a tedy nejekologičtější ze všech druhů energií. Slunce nabízí Zemi za čtvrt hodiny více energie, než lidstvo spotřebuje za celý rok. Vyjádřeno v číslech: energie ročního sluneční záření na Zemi činí 1,5.10¹⁸ kWh/rok. To je více než 10 000 krát více, než lidstvo v současné době spotřebuje. Slunce navíc poskytuje na svou energii záruku minimálně další 1 miliardu let.

Na obrázku vidíme názorné srovnání množství energie, kterou přináší dopadající sluneční záření na Zemi za rok (oranžová krychle) s roční světovou spotřebou energie (modrá kostička vpravo dole) a s energetickým obsahem dnes známých světových zásob uranu, zemního plynu, ropy a uhlí.

Fólie č. 11

Já bych tu fólii klidně vyhodil, myslím ten obrázek. To rozptýlené záření je i modrá obloha, tedy světlo dopadající do stínu za slunného dne. V ročním úhrnu ale asi poskytnou více vrstevnaté průsvitné mraky, kdy stíny nejsou. Reflexe aneb odraz, tedy rozptyl na hladkém povrchu, moc nepřidá, není-li Slunce hodně nízko (jinak voda holt odrazí bídná čtyři procenta, zbytek je rozptyl na částicích v ní nebo na dně). Ale rozptyl na sněhu jo, skoro tolik, jako nebe samo.

Okna hřejí i při světle zataženém nebi, ale kolektory moc ne. Aspoň pokud absorbéry nejsou studené. Kdyby měly pokojovou teplotu, tak se z nich dá odebrat tepla dost. Ale jinak něco dají, jen když slunce aspoň prosvítá a hustota zářivého toku na kolektor je tak aspoň třetinová oproti té plné.

Rozdělení záření

Výkon záření Slunce dopadajícího na horní vrstvu zemské atmosféry je téměř neměnný. Intenzita tohoto záření se nazývá sluneční konstantou a činí 1.360 W/m²[jenik12] . Na povrch Země však dopadá energie o více než čtvrtinu méně, neboť část se odrazí a část absorbuje.

Kromě přímého slunečního záření přichází na povrch rovněž difúzní záření. Mají rozdílnou směrovou charakteristiku. Přímá složka záření je tvořena rovnoběžnými paprsky, které po lomu v atmosféře přicházejí přímo od Slunce. Přímé záření vytváří stín. Difúzní – rozptýlené záření vzniká rozptylem slunečního světla na plynech v atmosféře (vodní páře v mracích, mlze apod.), na prachových částicích, aerosolech[jenik13] , ale i na molekulách plynů. Při zatažené obloze na zemi dopadá vlastně jen difúzní záření. Ve střední Evropě hodnota difúzního záření dosahuje přibližně 55 % podílu na celkovém dopadajícím záření, výrazně se však mění dle meteorologických podmínek. Součet záření přímého a difúzního se nazývá globální záření.

Podívejme se, kolik sluneční energie můžeme čerpat v naší republice.

Fólie č. 12

Tam jsou ňáký divný ty izočáry v Alpách....

Sluneční energie v Evropě a v ČR

Intenzita globálního slunečního záření, které dopadá na zemský povrch v různých částech planety se značně liší. Rozdíly jsou dány na jedné straně astronomicky, tedy sklonem zemské osy, ale také povětrnostními vlivy. Dopadající sluneční energie se udává v kWh/m² ideální vodorovné plochy. Z většího obrázku vidíme hrubou situaci v Evropě.

Přesnější situaci v České republice pak z mapky menší. V našich klimatických podmínkách je celková doba slunečního svitu bez oblačnosti od 1 400 do 1 700 hodin ročně. Teoreticky bychom tak mohli z každého metru území čerpat 1 000 do 1 200 kWh energie ročně. To je takové množství energie, které získáme dokonalým spálením asi 250 kg běžného uhlí. Na celou Českou republiku ročně dopadá okolo 80 000 TWh energie ze Slunce. Jestliže roční spotřeba energií v ČR činí přibližně 320 TWh (50 TWh u elektřiny a 270 TWh tepla), nabízí nám Slunce 250 krát více[jenik14] .

Jakým způsobem můžeme sluneční energii čerpat?

Fólie č. 13

To „čerpání“ na vrcholu toho grafu není trefné. Čerpat se musí, co neteče samo, jako voda navrch nebo teplo ze studenějšího prostředí.... čerpá se pravda i u nesamotížných solárních systémů, ale čerpá se jen tekutina, teplo teče samo.

Využití sluneční energie

Pro rámcové pochopení, jakými způsoby lze využívat sluneční energii, nyní stručné rozdělení. Následně se jednotlivým způsobům budeme věnovat podrobněji. Pasivně lze dopadající sluneční záření čerpat vhodným architektonickým řešením budov. Aktivně lze využívat sluneční teplo pomocí kolektorů, které z hlediska teplonosného média dělíme na vzduchové nebo kapalinové. Jinou aktivní možností je výroba elektřiny cestou fotovoltaiky nebo v solárně termických zařízeních.

Nyní zpět k pasivním způsobům.

Fólie č. 14

Solární architektura

Základem pasivního využití sluneční energie k získávání tepla je navrhnout či uzpůsobit stavby tak, aby mohly zachytávat maximum zimního slunečního záření. Jde jednak o vhodnou orientaci budov co největší plochou k jihu (na severní polokouli) a umístění prosklených částí (okna, verandy, zimní zahrady) na této straně. Ty propustí sluneční paprsky do místnosti, kde pak podlaha a stěny (jsou-li z těžkých stavebních materiálů) působí jako akumulátor tepla. Aby v době, kdy Slunce nesvítí, nachytané teplo zase rychle neunikalo ven, je nutné použít tepelně-izolační prosklení anebo v noci okna uzavírat izolačními okenicemi či roletami. Jisté zastínění je vhodné instalovat i pro omezení přehřívání v létě.

Velmi populárním řešením je zimní zahrada. V podstatě je to skleník přistavený k jižní stěně domu nebo alespoň prosklená lodžie v bytových domech. Teplý vzduch odsud může být rozváděn po celém domě. Ještě výhodnější je vedení tohoto vzduchu přes tepelně-akumulační zásobník tvořený například křemennými oblázky. V něm shromážděné teplo lze čerpat ještě dlouho poté, co přestalo „topit“ Slunce. Moderní materiály přinesly transparentní izolace – tedy tepelné izolace na stěnu domu, které jsou propustné pro sluneční záření.

Fólie č. 15

Fotovoltaika

Základem fotovoltaických panelů jsou polovodičové články, které se vyrábí z krystalů křemíku. Přímo přeměňují dopadající fotony ze Slunce na elektrickou energii. Energetická účinnost takové přeměny je u tržně dostupných panelů 14 až 17 %. Vyrábí se z monokrystalického, multikrystalického či amorfního křemíku. Do komerčního uplatnění se již dostalo napařování tenkých vrstev na skleněné tabule či na pružné podložky. Tím dochází ke zlevňování výroby, které je velmi nutné vzhledem k dosavadní investiční náročnosti pořízení fotovoltaických článků.

Vyrobeným stejnosměrným proudem je možné zajistit napájení nezávislé na dostupnosti elektřiny ze sítě (tzv. grid-off systémy) – přes nabíjenou akumulátorovou baterii anebo přímo. Běžně jsou nyní ale i systémy, které přes střídač dodávají elektrickou energii do sítě (tzv. grid-on systémy). Fotovoltaické systémy se montují na fasády či střechy budov, objevují se aplikace na protihlukových stěnách dálnic. V nabídce jsou i články na střešních taškách, jejichž sestavením získáme vlastní elektrárnu a ušetříme za střešní krytinu. Z 1 m² panelu z monokrystalického křemíku lze získat 70 až 100 kWh elektrické energie za rok. Energetická návratnost (tedy doba, za kterou zařízení vyrobí takové množství energie, které bylo užito při jeho výrobě) je u fotovoltaických panelů 3 až 7 let podle typu[jenik15] .

Fólie č. 16

Solárně termická výroba elektřiny

Elektřinu z dopadajícího slunečního záření je možné vyrábět i technologiemi známými z klasických tepelných elektráren, kde pára pohání turbínu spojenou s generátorem. K ohřevu vody se používá rovinných zrcadel odrážejících sluneční paprsky na věž, na níž je umístěn absorbér v jehož ohnisku může být přes 1 000 °C[jenik16] . Jiným způsobem je soustava parabolických zrcadel, která ohřívá teplonosné médium v jejich ohniscích. Takovéto elektrárny v našich zeměpisných šířkách nespatříme, neboť vyžadují více slunečního svitu, než máme k dispozici. Ale již ve Španělsku (na snímku Almeria) se s podobnými zařízeními můžeme setkat, nemluvě pak o pouštních oblastech USA (na snímku jedna z kalifornských elektráren).

Na levém dolním snímku pohání sluneční paprsky v ohnisku zrcadla Stierlingův[jenik17] motor a ten roztáčí generátor. Systémy sostřeďující paprsky zrcadel do ohniska na věži nemusí být užívány jen k výrobě elektřiny, setkáme se i s využitím na čisté tavení kovů.

Elektrárna, o jejíž výstavbě rozhodla Austrálie, má pracovat na jiném principu. Na území pokrytém transparentním krytem se má ohřívat vzduch a ten potom stoupaje vysokým komínem uprostřed bude roztáčet lopatky turbín.

V naší přednášce se budeme dále věnovat solárním systémům na zisk tepla.

Fólie č. 17

Solární systém na ohřev

Schéma obvyklého systému na solární ohřev vody v rodinném domě vidíte na obrázku. Dopadající sluneční energie ohřívá pracovní kapalinu (jde-li o sezónní provoz, pak vodu, nejčastěji však nemrznoucí směs[jenik18] ) v kolektoru, který je umístěn na dobře osluněném místě. Ta je odváděna potrubím a v tepelném výměníku předává [jenik19] získané teplo ohřívané vodě. Výměník je obvykle v akumulačním zásobníku vody. Zásobník bývá opatřen i druhým zdrojem tepla na ohřev v období, kdy nestačí Slunce (v našem schématu je to kotel ústředního vytápění). Oběh vody v systému zajišťuje malé oběhové čerpadlo. Pro bezporuchový chod je okruh doplněn expanzní nádobou, která vyrovnává změny objemu při různých teplotách, zpětným ventilem, jež brání nežádoucí cirkulaci při nečinnosti zařízení, pojistným ventilem a ventilem pro odvzdušnění. Mezi standardní vybavení patří též jednoduchý automatický regulátor s teplotními čidly, který zajistí zapnutí čerpadla, jestliže je teplota v kolektoru vyšší než v nádrži. Systém může být doplněn výměníkem pro přitápění a též výměníkem pro ohřev bazénové vody, který odvádí letní přebytky tepla.

Můžeme-li umístit akumulační zásobník výše než kolektor, lze využít principu, kdy teplá voda sama stoupá vzhůru a ušetřit na čerpadle. Takovým systémům se říká samotížné. Na trhu jsou i některé kolektory přímo spojené s výše umístěným ležatým zásobníkem v kompaktní celek.

Jak se rozdělují kolektory?

Fólie č. 18

Obrázky jsou OK, jen jsem si uvědomil ten paradox, kdy se bazén nechává světlý (takže se moc sluncem nehřeje) a černé se dávají jen pomocné plochy za zvláštní peníze. Pasívní solární ohřev bazénu zajistí skvěle černý (nebo aspoň hodně tmavý) nátěr na aspoň devíti desetinách jeho plochy (třeba s jemným bílým jakoby spárováním a vůbec světlými perovkami na dně).

Plastový absorbér

Podle způsobu provedení rozdělujeme solární kolektory na:

- ploché kolektory

- trubicové kolektory

- koncentrační kolektory

Plastové absorbéry jsou nejjednodušší a nejlevnější typy kolektorů, jež se hodí k sezónnímu ohřevu vody v bazénech případně i vody na chatách, zahradách apod. Jsou vyrobené z plastu odolného UV záření v podobě vaku nebo trubkového registru. Nejsou kryté sklem, mají [jenik20] malou účinnost, ale protože vodu ohříváme přibližně na teplotu okolního vzduchu, není to na závadu.

Fólie č. 19

Plochý kolektor

Nejběžnější typ kolektoru tvaru obdélníkové desky. Podle teplonosného média může být kapalinový nebo teplovzdušný. Hlavní funkční částí kolektoru je kovový absorbér, jež zachycuje dopadající záření. Umístěn je v plechové nebo i dřevěné vaně, v případě přímé integrace do střechy však tato část odpadá. Kolektor je zakryt transparentním krytem (nejčastěji tvrzeným sklem), jehož účelem je snížit ztráty tepla a chránit absorbér před vlivy povětrnosti. Aby se pokud možno snížily tepelné ztráty zadními a bočními stěnami kolektoru, je kolektor opatřen tepelnou izolací vyrobenou z materiálu odolávajícího vysokým teplotám[jenik21] .

Známe celou řadu technického provedení absorbérů zvláště u kapalinových kolektorů. Mohou to být jednolité desky s prolisovanými kanálky, pásky přiletované ke sběrnému registru apod. Na obrázku je technické provedení kolektoru Heliostar.

Fólie č. 20

Ty obrázky dole jsou pomatené. Pravé tři udávají veličinu 1-emisivita (čili reflexivitu, ale o tu moc nejde, na absorbér dlouhovlnně nikdo nezáří) pro obor pracovních teplot absorbéru (tedy pro těch 4 až 50 mikrometrů). Levý ale rovnou emisivitu (jinak by tam byla hodnota jako u TiNOxu, těch 95 procent). Ve skutečnosti by mělo smysl uvést u těch třech vpravo také emisivity. A v textu pak zdůraznit, že naznačené rozdíly v odebraném teple (tloušťka těch svislých šipek) platí u těch třech jen při absorbérech mnohem teplejších než je okolí (kromě užití zvláštních akumulačních zásobníků jen v zimě).

Tepelné ztráty a povrch absorbéru

Sluneční záření dopadá nejdříve na transparentní kryt kolektoru. Odrazem na něm a taktéž prostupem (transmisí[jenik22] ) přicházíme o část záření, kterou není možno využít pro kolektor. Ztráty odrazem[jenik23] závisí na úhlu, pod jakým záření dopadá. Nejmenší jsou, pokud dopadá kolmo (v úhlu 90°). Ztráty prostupem jsou určovány světelnou prostupností[jenik24] daného materiálu. Jelikož plasty relativně rychle stárnou a ztráty se tak zvyšují, osvědčily se především kryty ze skla. Dále dochází ke ztrátám odrazem na absorbéru a k tepelným ztrátám zadní a boční stěnou kolektoru.

Největší problém představují ztráty přední stěnou kolektoru, které jsou způsobeny za prvé konvekcí, kdy se vzduch v kolektoru ohřívá od teplejšího absorbéru a ochlazuje jej. Druhým velkým problémem jsou ztráty způsobené sáláním – vyzařováním z povrchu absorbéru. Toto vyzařované dlouhovlné infračervené záření má na rozdíl od dopadajícího slunečního podstatně větší vlnovou délku[jenik25] .

Speciálním složením vrstvy a odpovídající strukturou povrchu[jenik26] absorbéru je možné snížit vyzařování tepla a zlepšit parametry kolektoru. Nejlevnější, ale dostatečné u nízkoteplotních systémů jsou speciální černé nátěry. Aby však bylo možné zvýšit absorbci dopadajícího krátkovlného záření[jenik27] a snížit emisi a tedy ztráty dlouhovlného záření opatřují se absorbéry tzv. selektivními povrchy (např. černý chrom nebo TINOX). Jak rozdílně absorbují a vyzařují teplo různé povrchy, vidíme na obrázku. Nejlepší selektivní povrchy mají ztráty vyzařováním jen asi 5 % ve srovnáním s běžným černým nátěrem a mají při tom stejnou nebo i vyšší pohltivost pro sluneční záření. Pouhý nenatřený plech uvedený pro srovnání na obrázku se v praxi nepoužívá.

Fólie č. 21

Vakuovaný trubicový kolektor

Nejelegantnějším řešením jak snížit ztráty konvekcí je vyčerpání vzduchu z prostoru mezi absorbérem a krytem – takovým kolektorům říkáme vakuované. Prostor je často zaplněn některým z plynů s malou tepelnou vodivostí např. argonem[jenik28] . Kolektor pak zachycuje i záření o velmi malé intenzitě a při nízké venkovní teplotě. Vakuované kolektory se sice vyrábí i v podobě plochého kolektoru, ale mnohem častější jsou trubicové, kdy absorbér je uprostřed trubice z tvrzeného skla. Jednotlivé trubice jsou pak propojeny do sestavy kolektoru. Trubicové kolektory mají díky vakuování podstatně lepší ochranu před vlhkostí a korozí.

Na obrázku vidíme některá z konstrukčních řešení trubicových kolektorů. Spodní je kombinován s prvkem koncetrace, neboť trubice jsou v ohnisku odrážejících profilů. Koncentrující kolektory nám umožňují významně snížit tepelné ztráty[jenik29] . Koncentrující kolektory mají ale významnou nevýhodu v tom, že dokáží využít jen menší část difúzního záření a pro vyšší účinnost se musí natáčet[jenik30] .

Zvláštním typem koncentrujících kolektorů je lineární Fresnelova čočka. Jde o sklo se speciálním vyválcovaným rastrem na povrchu, který dokáže koncentrovat přímé záření na absorbér umístěný na pohyblivém rámu v patřičné vzdálenosti pod sklem. Difúzní záření prochází sklem a může osvětlovat prostory pod ním. Používá se tedy jako kombinace kolektoru a osvětlovacího prvku. V letních měsících odvedením přímé složky záření zabraňuje přehřívání osvětlovaných prostor.

Fólie č. 22

Ta výhoda selektivní vrstvy stěží platí u nízkých teplot, čerstvá černá disperze není solárně světlejší než jiné vrstvy, spíš naopak. Rozdíl může být jen v tom, že se nad selektivním absorbérem někdy používá bezželezné sklo, to je ale potřeba uvést nebo napsat stručně hi-tech. Teplota naprázdno není jen nějakých 140 stupňů, jak naznačuje graf, ale spíš 180.

Ten obyčejný naopak má i při celém kilowattu na m2 jen tak osmdesát stupnů navíc oproti teplotě okolí, má přes stovku. Rozdíl low-tech a hi-tech plochých kolektorů je o hodně větší. Samotného mě to překvapilo, ač jsem si to mohl namalovat dávno, udělal jsem to až teď.

Naopak kolektor z vakuových trubic začíná dávat víc tepla z jednotky plochy (smysl má uvažovat jen plochu brutto, tj. kolik místa to na fasádě či střeše zabere aneb kolik se tam vleze, nejde-li o speciální architektonický prvek jako např. mříž, přes kterou má jít trochu světla nebo se přes ni lidé dívají) oproti hi-tech plochým až u vyšších rozdílů teplot, nejdříve tak u šedesáti stupňů. Z toho vyplývá, že pro občanské použití jsou bezpředmětné.

Abych tomu porozuměl, vyrobil jsem nový obrázek dle zlomku dat z Rapperswilu, http://www.spf.ch. Low-tech plochý jsem vzal ze staré brožurky z Arsenalu a samotné absorbery odhadl. Uvědomil jsem si přitom zajímavost alternativy, kdy se plochý absorber zespodu izoluje, aspoň kovovou vrstvičkou, tj. v praxi nejlíp pokovenou fólií přitavenou na krajích a oddělenou od černého absorbéru vzduchovou mezerou. Jestlipak někdo něco takového dělá (musí přitom počítat s teplotami až do 90 stupňů). Graf neplatí, pokud hodně fouká, pak by byly ztráty hlavně nezasklených absorbérů větší. Naopak, u svislých zasklených kolektorů jsou menší.

Křivky účinnosti kolektorů

Zobrazená křivka účinnosti kolektorů dává jasný obrázek, pro jaké použití jsou různé typy kolektorů nejvhodnější. Kritériem pro volbu kolektoru je zejména potřebná teplota vody a plánovaný účel ohřevu. Plastové absorbéry mají nejvyšší účinnost při velmi nízkých rozdílech teplot mezi nimi a okolním vzduchem. Obvyklý dosah teplot je u nich 30°C. Při ohřevu vody (dříve se udávalo teplé užitkové) nám stačí kolektor se neselektivní vrstvou. Stačí ale i při přitápění do podlah a stěn, které pracuje s malým teplotním spádem. Pokud potřebujeme dosáhnout vyšších zisků, volíme kolektor se selektivní vrstvou. Dosah teplot u obou typů plochých kolektorů je cca 80 -100°C[jenik31] . Vakuované kolektory dosahují teplot větších než 100°C, mají ale nižší účinnost v letním období. Pokud máme menší plochu pro umístění kolektorů, než je doporučená, volíme účinnější (a dražší) druh kolektoru, který nám zvýší zisky z dané plochy. Podobně při použití např. na horách musíme volit účinnější, nejlépe selektivní nebo vakuovaný kolektor.

Nyní se podíváme na další prvky solárního systému.

Fólie č. 23

Jen „Zásobníky“.

Akumulační zásobník

Protože sluneční energie není k dispozici stále ve stejnou dobu, potřebujeme teplo uložit – akumulovat na dobu, kdy jej [jenik32] budeme potřebovat. Zpravidla tak potřebujeme uchovat teplo jen po dobu několika dnů, ale existují i systémy pro sezónní akumulaci (tedy z léta do zimy). Beztlakové otevřené zásobníky používané pro sezónní[jenik33] ohřev vody např. na chatě nebo tábořišti pro použití v domech příliš nevyhovují. Proto v se v praxi prosadily tlakové akumulační [jenik34] zásobníky. Tyto nádrže jsou vyráběny buď ze smaltované nebo nerezové oceli nebo jako ocelové nádrže s umělohmotnou povrchovou ochranou. Nádrž by měla být stojatá, vysoká a uzká, neboť se tak zaručí potřebné vrstvení tepla. Ležaté nádrže se z tohoto důvodu pro použití v solárním systému nehodí. protože v nich dochází k špatnému vrstvení tepla[jenik35] .

Standardní solární nádrž obsahuje ve spodní části tepelný výměník pro okruh, kterým protéká voda nebo nemrznoucí směs ze solárních kolektorů. V horní části pak je umístěn tepelný výměník pro druhý zdroj tepla (ústřední vytápění) a často i těleso pro elektrický dohřev. Studená voda přiváděná do spodní části nádrže se ohřívá na tepelném výměníku solárního systému. Studená voda zůstává při dně, protože její specifická hmotnost je vyšší než u teplé vody. Jestliže se pak odebere teplá voda z horní části nádrže, posune se studená voda jako píst nahoru, aniž by došlo k jejímu výraznému promíchání s teplou vodou. Toto vrstvení je dobré také pro sluneční kolektor, neboť stupeň účinnosti kolektoru je tím vyšší, čím nižší je teplota vody v dolní části nádrže, která touto nádrží proudí. Správně nadimenzované tepelné výměníky produkují v nádrži jen velmi málo turbulencí.

Aby naakumulovaná energie zůstala využitelná tak dlouho, jak je to jen možné, nádrž musí být bezpodmínečně dostatečně dobře tepelně izolována. Požadována je minimální tloušťka izolace 80 až 120 mm. Přitom je nutné dbát na to, aby izolace přiléhala k nádrži beze spár a to i u přírub, kterými jsou připojená veškerá potrubí, elektrické topné těleso, teploměr atd.

Fólie č. 24

Stratifikovaná, zvrstvená nádrž. Tepelný výměník, výměník teplot nebo předavač tepla... Výměna je něco za něco. Stoupací trubice jsou dvě: ta nižší je na vratnou vodu z topení nebo na vratnou vodu z cirkulačního okruhu teplé vody. Ty bývají často teplejší než spodek nádrže. Spodní přívod je vratná voda z okruhu ohřevu pitné vody -- její teplota je jen málo nad teplotou vodovodní vody.

Stratifikační nádrž

Stratifikační nádrž je speciálním typem solárního akumulačního zásobníku. Cílem tohoto systému ohřívání nádrže je získání tepla na úrovni pokud možno co nejvyšších teplot, aniž by se narušilo vrstvení vody[jenik36] . Jak jsme si řekli již dříve, zajišťujeme tak vysokou účinnost kolektorů.

U stratifikační nádrže se přenáší teplo získané ze sluneční energie přes externí tepelný výměník do vody v zásobníku. Ohřívání vrstev probíhá pomocí potrubí, které je nahoře otevřené a na němž jsou do výšky rozmístěné přídavné záklopky. V potrubí stoupá nahoru ohřátá voda. Ta uniká přes záklopku, okolo níž je vrstva vody se stejnou hustotou – a tedy i se stejnou teplotou. Tím dochází k přesnému vrstvení solárně ohřáté vody na vhodné teplotní vrstvy.

Fólie č. 25

Já myslím překládám Vorlauf jako topnou nebo ohřátou vodu, Rücklauf jako ochlazenou vodu (zpátečka je už trochu hantýrka, váže se kromě toho jen k potrubí a ne k vodě).

Regulace a další komponenty solárních systémů

Tam kde používáme nuceného oběhu tepla[jenik37] , musíme do systému zařadit regulační zařízení. Zabezpečuje nám optimální výkon systému a chrání systém před poškozením. V nejjednodušší variantě vyrovnává [jenik38] prostřednictvím dvou teplotních čidel teplotu absorbéru s teplotou v nádrži[jenik39] v oblasti solárního tepelného výměníku a zapíná oběhové čerpadlo, když je teplota absorbéru o nastavenou hodnotu vyšší než teplota v nádrži. Jestliže tomu už tak není, regulace čerpadlo opět vypne.

Vedle této základní funkce má většina regulací ještě přídavné funkce, jako např. omezování teplot v nádrži, aby se zabránilo tvorbě vodního kamene na tepelném výměníku při teplotách nad 60 °C a také z důvodu ochrany před přehřátím nádrže. Regulátor též může zajistit ohřev nádrže z dalších zdrojů vytápění, pokud je to potřeba. Jestliže nám solární systém kromě ohřevu vody zabezpečuje přitápění, případně ohřev vody v bazénu, musí regulace zabezpečit optimální využití aktuálního výkonu solárního systému do správných spotřebičů.

Další základní komponenty solárních systémů:

Oběhové čerpadlo – zajišťuje cirkulaci teplonosné kapaliny. S výhodou je možno užít napájení z fotovoltaického panelu, čerpadlo je pak v provozu v závislosti na slunečním svitu[jenik40] .

Potrubí – obvykle z mědi, průřez musí být navržen optimálně s ohledem na požadované průtoky a hydraulické ztráty.

Teploměr v přívodním potrubí a ve zpětném potrubí - zabezpečuje informaci pro regulátor.

Expanzní nádoba - vyrovnává rozdíly objemu při různých teplotách.

Zpětná klapka - zabráňuje nežádoucí cirkulaci při nečinnosti zařízení[jenik41] a zabraňuje tak tepelným ztrátám z nádrže.

Pojistný ventil – pro případ extrémního tlaku.

Teplonosná kapalina – při [jenik42] sezónním provozu postačí voda. Pokud však hrozí zamrznutí, je nutná nemrznoucí směs na bázi glykolu.

Izolace – všechny prvky systému [jenik43] , které přenáší teplo musí být dobře izolovány, aby se zabránilo ztrátám. Vhodné je izolovat i armatury, zejména čerpadlo.

Fólie č. 26

Když do závorek a beze zkratky, tak litrů misto litr. Solární lak je už neaktuální termín -- kdysi to byla jediná černá disperzní základovka, dnes je takových fůra. Zkrátka -- černě natřená, nebo selektivní povrch.

Dimenzování solárního systému

Pro dimenzování nádrže je rozhodující denní potřeba teplé vody v domácnosti. Protože může ale velice silně kolísat v závislosti na zvyklostech uživatelů objektu, je nutné ji před vlastní instalací slunečního zařízení pokud možno přesně odhadnout. Denní potřeba teplé vody na osobu činí dle zkušeností 30 – 70 litrů. Objem nádrže u zařízení pro ohřev vody by měl být 2 [jenik44] až 2,5 krát větší, než denní potřeba domácnosti, aby bylo možné překlenout špičky ve spotřebě a také dny, kdy méně svítí slunce. Z objemu nádrže se poté odvozuje velikost kolektorové plochy. Ta je také závislá na použitém druhu kolektoru a na nasměrování a sklonu kolektorové plochy (viz dále).

Základem pro dimenzování slunečního zařízení jsou pokud možno vysoké solární zisky pro ohřev vody, to znamená stupeň ročního solární pokrytí okolo 70 % a vyvarování se velkých solárních přebytků v létě[jenik45] . Toto nadimenzování umožňuje v měsících mimo topné období (v květnu až září) téměř 100 % solární pokrytí, takže v tomto období není vůbec nebo téměř nutný provoz náhradního ohřevu teplé vody. Takového stavu dosáhneme při ploše kolektoru 1 až 2 m² na osobu a při velikosti zásobníku 40 až 60 l na 1 m² kolektorové plochy. Získáme tak 300 až 450 kWh energie na m² kolektoru[jenik46] .

Dimenzování slunečních zařízení pro ohřev užitkové vody

Denní potřeba teplé vody [litr]	Velikost nádrže [litr]	Kolektorová plocha Vrstva solárního laku [m^2]	Kolektorová plocha Selektivní vrstva [m^2]	Tepelný výměník [m^2]	Expanzní nádoba [litr]
100 – 200	300	6 – 8	5 – 6	1,8	24
200 – 300	500	8 – 11	6 – 8	2,5	24-35
300 – 500	800	12 –15	9 – 12	3,6	35-50

Průměr potrubí pro solární okruh (přívodní a vratné potrubí)

Kolektorová plocha [m^2]	při délce potrubí do 20 m Průměr potrubí [mm]	při délce potrubí 20 – 50 m Průměr potrubí [mm]
5 – 8	18	18
8 – 11	18	22
11 – 15	22	22-28

Jaká je ale typická spotřeba vody v jiných budovách než jsou domácnosti?

Fólie č. 27

Značka procenta před sebou musí taky mít mezeru, když nejde o část slova (tedy koncovku -procentní). 19 nebo 20 procent u obytných domů, to je snad fuk, ne? asi to první má být 10, nevím....

Na konci v závorce přidat den (litrů na osobu a den). Těch 60 stupňů potřeba většinou není, kromě kuchyně. Naopak, je to horní povolená hranice. Rozumná střední teplota je myslím tak 45 stupňů.

Typická spotřeba teplé vody v různých typech budov

Jak vidíme ze znázornění typické spotřeby teplé vody v různých zařízeních, jsou solární systémy velmi výhodné zejména v nemocnicích, v domovech důchodců, v různých sociálních zařízeních, ubytovnách i rodinných a bytových domech. Méně pak na úřadech, v obchodech, ale i školách, kde bývá potřeba teplé vody menší a hlavně ohraničená v čase. Velkým problémem škol je absence odběru během letních prázdnin, kdy jsou však solární zisky nejvyšší.

Nyní se podíváme na vztah ročního období a našich solárních zisků.

Fólie č. 28

Tak pozdě Slunce u nás nevychází, to by sedělo tak v Dánsku. V prostředku Česka (délka 15 stupňů a šířka 49,5) je to 7:54, 6:02 a 3:53 (tam je trochu problém, že tehdy se užívá letní čas, takže je to vlastně až těsně před pátou ráno). Lze to klidně zkrátit na 8 h , 6 (7) h a 4 (5) h -- ty závorky je nejlíp tam uvést.

Zobrazené „Celkové záření dopadající v průměru denně na plochy s různým sklonem k jihu“ lze jako zisky chápat nejvýš pro okna, pro kolektory je to trochu jinak, neb slabé záření nedá skoro nic a zasněžené kolektory (či střešní okna) taky ne. Tam jsou ty vertikální v zimě určítě nejvydatnější, hlavně při zasněžené pláni před sebou, taky maji nejmenší ztráty.

Solární zisky a roční období

V [jenik47] závislosti na sklonu zemské osy se v různých ročních obdobích nachází Slunce v různé výši nad rovníkem. Proto jsou v zimě dny kratší než v létě a Slunce stojí v létě výše než v zimě. Tato skutečnost má samozřejmě odpovídající vliv na intenzitu záření a na úhel dopadajícího přímého slunečního záření a musí být zohledněna při využívání sluneční energie v termických slunečních zařízeních.

V grafu vidíme, kolik energie globálního záření dopadá v naší zeměpisné šířce na metr čtvereční různě skloněné plochy v jednotlivých měsích roku.

Fólie č. 29

Vliv sklonu a orientace k jihu na solární zisk

Pro montáž slunečních kolektorů jsou nejvhodnější plochy orientované na jih. Ale i odklony na východ a západ až do 45 stupňů je možné tolerovat. Nesníží podstatnou měrou zisk a mohou být kompenzovány o něco větší plochou kolektorů. Mělo by se však dbát na to, aby kolektory po celý rok pokud možno nezastiňoval[jenik48] stín ze stromů a z budov.

Výnos získaný ze slunečního zařízení závisí také na tom, v [jenik49] jakém úhlu ke Slunci kolektor stojí. Největšího výtěžku dosáhneme, když je kolektor orientován ke Slunci neustále v pravém úhlu (90°). Tento optimální sklon kolektoru je ovšem v různých ročních obdobích odlišný, protože Slunce stojí v létě výše než v zimě. Je-li plocha orientovaná na jih, získáme v letním období největší energetické zisky při sklonu 20 až 30 stupňů. V zimních měsících by nejvýhodnější úhel byl asi 60 stupňů, fasádní kolektory bývají v úhlu 90 stupňů. Pro celoroční využití pro ohřev užitkové vody je v našich zeměpisných šířkách ideální úhel nastavení 45 stupňů. Ten je výhodný i proto, že kolektory jsou především v přechodném období optimálně nasměrovány ke Slunci. V létě nám o něco nižší zisky nevadí, neboť míváme problém s přebytky solární energie.

Ne vždy je možná optimální instalace. Dochází proto zpravidla k odchylkám, které mohou být kompenzovány zvětšením kolektorové plochy. To je většinou levnější a opticky hezčí, než nákladné upevňovací systémy, které korigují sklon střechy.

Dále se zaměříme na různé způsoby montáže kolektorů.

Fólie č. 30

Integrace kolektorů do střechy

Jestliže to dovolí orientace a úhel sklonu střechy, je integrace kolektoru do pláště střechy opticky nejlepší a finančně nejvýhodnější řešení. U této varianty jsou všechny komponenty kolektoru integrované do střechy. Sluneční zařízení tak tvoří na střeše plochu odvádějící vodu a nahrazuje část zakrytí střechy (tašky). Řešení minimalizuje tepelné ztráty zadní stěnou absorbéru (unikají do domu) a rovněž na spojovacím potrubí, které nevede vnějším prostorem. Ve [jenik50] většině případé je takové řešení vhodnější i opticky.

Nevýhodou naopak je horší přístupnost pro opravy a údržbu.

Fólie č. 31

Instalace kolektorů na plochých střechách

Na plochých střechách mohou být sluneční zařízení rozestavěna volně na betonových nosníkách[jenik51] a stojkách. Výhodou je, že při nastavení optimálního nasměrování a sklonu kolektorů nejsme vázáni sklonem a orientací střechy – můžeme je udělat dle potřeby. Tento druh montáže je však finančně náročnější. Kvůli možné opravě střešního pláště je někdy nutno instalovat kolektory na vyzdvižený rošt. Zatížení větrem a sněhem [jenik52] klade vyšší požadavky na statiku, propojovací potrubí pod širým nebem žádají kvalitní izolaci odolnou vůči povětrnostním vlivům. Rozestupy mezi jednotlivými řadami kolektorů (je-li jich více) musejí být zvolené tak, aby nedocházelo k vzájemného zastiňování.

Fólie č. 32

Integrace kolektorů do fasády

Tento druh montáže se hodí především pro rekonstrukci budov (sluneční zařízení nahradí část zateplení) nebo pro novostavby, při kterých je možné je využít architektonicky – získáme „reprezentativní“ fasádu, která zároveň dodává energii. Kromě toho je kolektor dobře viditelný, a proto vhodný pro demostrační účely. Fasádní instalace pomáhá podstatně zvýšit solární zisky v zimě především u zařízení s přitápěním - poloha Slunce nízko nad obzorem, odrazy od sněhu. Nevýhoda nižších zisků v létě je kompenzována absencí problémů s přehříváním v letním období.

Jistou nevýhodou je opět horší přístupnost při opravách a údržbě, výhodou naopak nižší náchylnost na znečištění. Vhodné pro použití teplovzdušných kolektorů. Také se hodně využívá v oblastech, v nichž se v zimě drží na střechách hodně sněhu.

Fólie č. 33

Velkoplošné kolektorové moduly

V poslední době se zvláště u větších instalací používají velkoplošné kolektorové moduly připravené u výrobce. Ty urychlují montáž a rovněž znamenají nemalou úsporu materiálů na tělese vlastního kolektoru[jenik53] .

Fólie č. 34

Další možnosti umístění kolektorů

Pokud nevyhovuje orientace střechy, můžeme použít konstrukce pod kolektory, která optimální nasměrování zajistí. Další možností též v případě, když jsou i jiné důvody vylučující umístění na budově (jde například o památkově chráněnou stavbu), lze kolektory instalovat mimo. Příklady ukazují snímky. Vlevo dole je stojan umožňující natáčení kolektorů do optimálního postavení pro zvýšení solárního zisku[jenik54] . Umístění kolektorů mimo budovu opět klade zvýšené nároky na izolaci a ochranu propojovacích potrubí.

Nyní si ukážeme řadu příkladů využití solárních systémů pro různé účely.

Fólie č. 35

Ohřev vody v rodinném domě

Několik příkladů malých solárních systémů pro ohřev vody v rodinných domech.

Fólie č. 36

Ohřev vody a přitápění v rodinném domě

Větší solární systémy na rodinných domech, sloužící nejen pro ohřev vody, ale rovněž pro přitápění. Spotřebu domu na vytápění můžeme díky takovému systému snížit až o 40 %. Na snímku vpravo dům s integrovanými kolektory do střešního pláště a s fotovoltaikou.

Fólie č. 37

Ohřev vody v bytových domech

Několik ukázek bytových domů, ve kterých slouží solární systémy k ohřevu vody.

Fólie č. 38

Ohřev vody v ostatních budovách

Jak jsme si již řekli, lze solární systémy ohřívající vodu nejlépe využít v budovách s jejím velkým odběrem. Mezi takové patří různá sportoviště, bazény, restaurace, nemocnice apod. Na snímku i instalace ve škole, kde [jenik55] je však problém v čase letních prázdnin, kam s ohřátou vodou, aby nedošlo k přehřátí. Pokud je ve škole byt školníka, je problém částečně vyřešen.

Fólie č. 39

Velká solární pole pro centrální ohřev

S podobnými poli solárně termických kolektorů, jako jsou ta na snímků[jenik56] se můžeme setkat v severských zemích, ale i v Německu či Švýcarsku. Jde o tisíce metrů čtverečních kolektorů, které dodávají ohřátou vodu do centrálních systémů pro blízká sídla. Tyto systémy bývají spojeny se sezónní akumulací tepla v ohromných zásobnících. Zkouší se zásobníky ze skalních kaveren, odkud se v zimním období dostává nízkopotenciální [jenik57] teplo pomocí tepelných čerpadel.

Fólie č. 40

Nízkoenergetické a pasivní domy

Solární systémy bývají samozřejmostí i na tzv. nízkoenergetických domech a domech zvaných pasivní. Nízkoenergetické domy mají oproti dnešním standardním budovám velmi snížené tepelné ztráty na pětinu až desetinu[jenik58] . Za nízkoenergetický lze považovat dům s roční spotřebou energie na vytápění menší než 50 kWh na m². Celková roční energetická spotřeba takového domu včetně elektřiny nemá překročit 80 kWh na m². Pasivní domy jdou ještě mnohem dále. Zde by roční spotřeba energie na vytápění neměla [jenik59] překročit 15 kWh na m², celková spotřeba pak pouhých 35 kWh na m² a rok. Dosahuje se toho na běžné poměry extrémními tepelnými izolacemi, dokonalým odstraněním tepelných mostů, řízenou výměnou vzduchu a vůbec uvědomělým užíváním energií. Nízkoenergetické domy se postupně stávají běžné v nové výstavbě u našich sousedů.

Jak získat vlastní solární systém?

Fólie č. 41

Jak získat solární systém

Získat vlastní solární systém není nic složitého. Nejprve si musíme dobře rozmyslet, k čemu chceme systém využít, jaké máme možnosti prostorové, finanční apod. Tato fáze plánování může být spojena s energetickýcm auditem domu, který nám napoví, co z  hlediska úspor energií řešit nejlépe a nejdříve.

Poté následuje konkrétní projektování systému. Co se týká stavebního řádu, obvykle postačí ohlášení na stavební úřad.

Důležitou fází je výběr dodavatele. Firem, které se zabývají instalacemi solárních systémů, působí v České republice celá řada. Vedle cenové nabídky, kdy si patrně srovnáme cenu u několika firem, se podíváme i na nabízené záruky a servisní podmínky. Dobré je též získat reference o systémech, které již firma namontovala. Měli bychom si ověřit, zda dodávané výrobky, zejména kolektory, jsou dostatečně kvalitní a prověřené.

Samotná realizace – instalace systému nezabere více než dva až tři dny. Provoz systému už by nám měl přinášet jen radost a čistou energii a to po dobu životnosti systému. V případě kolektorů je to nejméně 20 let. Zásahy uživatele jsou při provozu omezeny na nastavování regulace, výměnu nemrznoucí kapaliny a případně čištění kolektorové plochy.

Kolik systém stojí a kde lze získat podporu?

Pozn.: Seznam firem je přidán jako příloha složky.

Fólie č. 42

Solární ohřev a ekonomika

Cena solárního systému závisí na jeho velikosti, na použitých kolektorech, nádrži a dalších částí, na náročnosti montáže apod. Proto neexistuje žádná univerzální cena. Malý systém pro ohřev vody v rodinném domě se třemi plochými kolektory [jenik60] a zásobníkem na 300 l lze orientačně pořídit za 100.000 až 120.000 Kč. Za systém pro přitápění zaplatíme 180.000 až 350.000 Kč.

Pro instalaci solárního systému můžeme čerpat finanční podporu. V první řadě je to možnost dotace od Státního fondu životního prostředí ve výši 30 procent investičních nákladů, maximálně však 50.000 Kč u systémů pro ohřev vody a 50 procent investičních nákladů, maximálně však 100.000 Kč u systémů pro přitápění (tato žádost se však musí doložit energetickým auditem). Dotace je poskytována až po instalaci systému, není ale nároková..

V některým městech existují místní programy na podporu environmentálně šetrného vytápění či přímo solárních kolektorů, další programy připravují některé kraje.

Čerpat je možno i speciální půjčku od stavební spořitelny, pokud ji tato má v nabídce (např. Modrá pyramida).

Na dobu pěti let pak můžeme být osvobozeni od platby daně z nemovitostí, pokud jsme solárním systémem nahradili spalování fosilních paliv.

Můžeme solární systém získat ještě levněji?

Pozn.: Adresář krajských pracovišť SFŽP je přidán jako příloha složky.

Fólie č. 43

Svépomocné solární systémy

Kvalitní solární systém si můžeme pořídit i svépomocí. Například v Rakousku má takové svépomocné stavění velmi bohatou tradici. I kvalitní kolektory se selektivní vrstvou TiNOX lze takto pořídit zhruba o 30 procent levněji. Cena je ovšem vložena do vlastní práce. V rámci projektu Sluneční síť se můžete zúčastnit i pracovních seminářů zaměřených na instalaci takových kolektorů v České republice.

Fólie č. 44

Několik dobrých důvodů k využívání sluneční energie

a) hospodárnost – ceny energií se budou do budoucna měnit a to vzhůru.

b) nezávislost uživatele – sluneční záření je všude dostupný zdroj na rozdíl od dovážené ropy nebo zemního plynu, jejichž dodávka závisí na geopolitické situaci.

c) ochrana životního prostředí – nevznikají škodlivé emise a skleníkové plyny, nejsou spotřebovávány suroviny, produkovány odpady. Energetická návratnost malých solárních systémů je 1 až 2 roky.

d) větší komfort bydlení – pohodlnější vytápění, žádná starost o paliva, nový prostor při využití zimních zahrad …

e) architektonické zhodnocení domu – ve většině případů vylepšení stávajícího vzhledu domu, zvláště markantní u starých budov a na fádních sídlištích.

f) příspěvek k zaměstnanosti – využití místních zdrojů energie, tedy i Slunce dává práci v místě (peníze neodtékají ve velkém do jiných zemí či na jiné kontinenty jako v případě ropy a zemního plynu). Podle studie zpracované Evropskou komisí bude využívání obnovitelných zdrojů energie v roce 2020 v EU dávat práci na 900 tisícům obyvatel.

---

[jenik1] To první číslo jsou zřejmě ekvivalentní emise přepočítané na oxid uhličitý. To druhé odpovídá jen oxidu uhličitému. Asi by se hodilo větu prodloužit: přepočítaná na oxid uhličitý byla v roce ...., z toho na fosilní uhlík připadá přibližně 3 tuny ....

[jenik2] konání práce, ne výrobu energie. Mechanická a elektrická práce jsou přesná označení. Mechanická energie není pojem nesmyslný, asi by se hodil v případě přečerpání vody do kopce. Motor sám vždy koná práci mechanickou, až následný generátor práci elektrickou (zatímco na něm mechanickou práci ten motor). Elektrická energie neexistuje.

[jenik3] Teplo lze získávat, ne tepelnou energii. Ono vůbec tu fyzikální veličinu „energie“ lze z textu většinou vyházet. Proudící vodu používají vodní motory, ne energii proudící vody. Obdobně mořské vlny, ty hýbou nějakými turbínami nebo písty, žádná energie. Větrné motory jsou poháněny větrem, ne žádnou energií větru (jako že by vítr zůstal, jen by nějak měl míň energie po průchodu motorem).

[jenik4] Tak se to většinou mylně psává. Ale stejný argument platí pro fosilní paliva: uvolněn je vždy jen uhlík, který byl předtím fotosyntézou z atmosféry odebrán. Odjinud nezoxidovaný uhlík není.

Spalování biomasy ke skleníkovému jevu nepřispívá proto, že by se ta biomasa stejně rozložila. V příznivém případě všelikým tlením a kompostováním, tj. aerobním rozkladem a tedy na oxid uhličitý, v nepříznivém anaerobně na methan s mnohem většími skleníkovými důsledky. Spalování sice rozklad zpravidla urychlí, tj. zmenší zásobu ještě nemobilizovaného uhlíku, ale taky zabrání methanogenezi, která probíhá vždy když je vlhká biomasa ložená kompaktně v tloušťkách přes půl metru.

Stručně řečeno, uhlík v biomase prochází rychlým přírodním koloběhem, a jde jen o využítí toho koloběhu, stejně jako u větru nebo u vodních toků. V případě fosilních paliv se ale do rychlejších přírodních koloběhů přidává nový uhlík z koloběhu nesmírně pomalého, s délkou neuzavřených cyklů řádu stamiliónů let.

Zabránit rozkladu biomasy lze běžně jen jejím zakomponováním do konstrukcí budov, i když v úvahu připadá i topení dříví v chladných jezerech, čili zakládání nových vrstev fosilních paliv. Zatím jsem o tom druhém způsobu neslyšel, nicméně je pro tajgu zajímavou možností. Ještě třetí způsob vlastně je, lesní požáry -- zuhelnatělé zbytky se uchovají taky až po geologické časové škály. Rozklad lze kromě toho zpomalit zapracováním kompostu do půdy, tedy zvýšením množství humusu v půdě. Tak lze opravdu hodně uhlíku z atmosféry odebrat a pro budoucnost, až nebude všechna biomasa potřeba jinak, je to nadějná cesta.

[jenik5] ne -- ale „či nověji“.

[jenik6] to jest desetinu dnešní její potřeby (ta je myslím tak dvě stě petajoulů)

[jenik7] Obsažená kinetická energie větru, proč ne (i když: v jakém rozmezí výšek, v celé troposféře a tropopauze?), ale za jak dlouho takové množství lidstvo spotřebuje? Asi jde o to, že vítr by mohl konat tolikrát více práce, než dnes lidstvo potřebuje, připočítaje k tomu dodávek tepla.

[jenik8] Za poháněný různým odporem misek natočených proti větru a po něm lze považovat asi Robinsonův kříž, dnes často jen trojramenný, ten všichni z anemometrů znají. Ale ty D či S rotory se svislou osou zná sotvakdo. Sám vůbec nevím, jaké ty tvary jejich lopatek vlastně jsou a jestli taky nejsou urychlovány i nabok prouděním vzduchu, asi jo.

[jenik9] Já myslím že víc. 0.6 kilo na kWh je údaj pro mix zdrojů. Ale když se něco vyrobí jinak, neubírá se ze všech zdrojů mixu, jen z fosilních (jaderné jedou naplno a vodní co voda dá, až na krátké výkyvy).

[jenik10] Orientace je nezabila, to lidská závist a likvidační předpisy, které za odebranou elekřinu (při ucpaných česlech) účtovaly mnohonásobek sazby za tu dodanou. Byl to přece nezasloužený bezpracný zisk pro sedláky, mlynáře a jiné kapitalisty.

[jenik11] proudem vody je nekonfliktní

[jenik12] se mění stěží o jedno promile. (1366,5 +- 1) W/m2. absorbuje už v ovzduší

[jenik13] to jsou všechno aerosoly. Pára je plyn a světlo rozptyluje stejně málo jako dusík či kyslík. Tedy: na aerosolech, jako jsou kapičky vody v mracích a v mlze a prachové částice, také ale na shlucích molekul plynů (ty způsobují sytou modř čisté oblohy).

[jenik14] To je ňák malá spotřeba. Mám dojem, že Česko spotřebovává asi dva exajouly, to by bylo / 3600 tak přes pět set TWh. Asi v tom není žádná nafta a benzín a asi ani paliva pro průmyslové výroby.

[jenik15] To je ale skoro určitě údaj platný jen pro výrobu samotných článků, když už je monokrystalický salám hotový. Vysoká cena toho salámu je daná do značné míry právě vloženou elektřinou, a té je pro dosavadní (pro články až zbytečně čistý křemík) po čertech mnoho. Kolik, to nevím, ale hádám že elektřina činí až polovinu z ceny článku. Jinak by asi nebyly tak drahé. Takže ty energetické návratnosti budou spíš o řád vyšší.

[jenik16] Absorbér ohnisko nemá, ale je asi umístěn v ohnisku dalšího, hyperbolického zrcadla.

[jenik17] bez prvního i, jen Stirlingův

[jenik18] Čistou vodu lze užít jen v bazénových absorbérech nebo v drain-back systémech. Při kovových absorbérech, zespodu tepelně izolovaných, trvá taková bezpečná sezóna jen od půli června do půli srpna. Ony totiž mohou vystydnout dost pod teplotu vzduchu, když přijde suchý chladný vzduch a je jasno. Nám zamrzla a potrhala se taková pilotní instalace, kdy jsme si říkali, že líh přes léto nebude potřeba, už za tři dny po zhotovení, 18. května.

Závorka by tak mohla znít: (mrazuvzdornou směs, nejde-li o systém, kdy se kolektory zavodňují, jen když jsou dost teplé)

[jenik19] „V předavači odevzdává...“ Kromě protiproudého předavače lze stěží hovořit o výměníku, neb ani teploty se pak nevyměňují. „Předavač tepla je obvykle...“ Používat slovo předavač místo výměník je vhodné přinejmenším tehdy, když se výklad odehrává jako součást nebo v souvislosti s výukou fyziky. Ostatně to není pojem tepelné technice cizí: v německé literatuře už je dost běžný (Wärmeübertrager), u nás se někdy používá název předávací stanice místo výměníková stanice.

[jenik20] „pokud nejsou zespodu izolované (např. odraznou kovovou vrstvou), mohou mít mírně nižší účinnost“ -- ta účinnost totiž klesá jen ev. ztrátami dolů, oproti absorbéru na minerální vatě, naopak díky absenci skla a tedy lepšimu oslunění je pro pracovní teploty absorbéru vyšší než u zasklených systému, jak ostatně správně uvádí i schéma s křivkami účinnosti různých typů kolektorů.

[jenik21] Radši explicitně: „z minerální vaty se speciálním pojivem odolávajícím teplotám do dvou set stupňů...“

[jenik22] Prostupem čili transmisí o nic nepřicházíme, právě naopak. Ale pohlcováním (absorpcí) v něm (ve skutečnosti zcela propustný není) ano. On ten kryt navíc nemusí být průhledný (transparentní), ale stačí průsvitný (translucentní), průhledné je jen oboustraně rovinné sklo.

[jenik23] Nejen odrazem, oboje ztráty. Při šikmém průchodu je totiž kryt také tlustší.

[jenik24] Ne prostupem, ne (jen) světelnou. „Pohlcování slunečního záření je vždy nenulové, velmi malé je jen u speciálního skla s nepatrným obsahem železa, u obyčejného skla bývá kolem deseti procent. Plasty sice mohou být na začátku velmi propustné, ale .... zvyšují. Dále dochází...“

[jenik25] Co tak napsat explicitně: „skoro dvacetkrát větší vlnovou délku (absorbér je skoro dvacetkrát chladnější než Slunce).“

[jenik26] Vůbec nevím, co se rozumí tou „a odpovídající strukturou povrchu“, vyhodil bych to, v každém případě je to obsaženo v tom složení vrstvy, pokud je nezůžíme přívlastkem chemické. Možná je ta struktura významná pro snížení odrazu slunečního záření hlavně při šikmém dopadu, ale to se hodí pak říct přímo, ne to zabalit to tajemného „zlepšit parametry kolektoru“ (pokud by se to týkalo jen snížení emisivity, je nelíp to vypustit, novou informaci to nepřináší).

[jenik27] Selektivní vrstvy nejsou černější, aspoň ne významně. Ty speciální černé nátěry jsou prostě disperzní základní černé barvy, pěkně matné, termoplastické a trvale černé. Všechny základní černé disperze jsou dnes takové.

asi: („dříve galvanicky nanášený tzv. černý chrom, dnes především napařované vrstvy TiNOx nebo SunSelect).“

[jenik28] Zaplněný prostor není vakuum. Já ani nevím, jestli se argon v trubicích používá, byla by to blbost, izoluje dvakrát hůř než také ještě levný krypton, argon nemá malou tepelnou vodivost, pouze je dvoutřetinová oproti vzduchu. Jak jsem si přečetl v pátek, doopravdy se používá xenon s tlakem do dvou kPa. To ale už není izolace vakuem, ale izolace co nejmíň vodivým plynem v režimu tak nízkého tlaku, kdy už nedochází ke konvekci. Ale zas ne tak nízkého, aby vodivost byla ještě dál snížená, takže při užití xenonu je ani ne pětkrát nižší než kdyby tam byl řídký vzduch (lambda je asi šest tisícin W/mK). Zlevnění oproti mnohem lepší izolaci, kdy je vodivost snížená příliš nízkým počtem molekul (asi když je střední dráha větší než poloměr trubice), je v tom, že se nemusí trubice všelijak vypékat a opatřovat getry. Ale nevím jak často se taková alternativa používá.

Pokud by se taková alternativa, že izoluje ne vakuum, ale xenon v bezkonvekčním režimu, měla uvést, pak určitě s udáním, že je tam s tlakem pod dvě procenta tlaku atmosférického (jakési mírné vakuum to jistě je), přičemž zbytkový parciální tlak vzduchu je řádově menší. Pro výuku fyziky je uvedení takových dvou alternativ („skutečného“ vakua a jen takového podtlaku, kdy nedochází ke konvekci) zajímavé.

Dál, záření zachycuje trubicový kolektor vždy hůř, protože má prostě menší plochu absorbérů. Podstatné je, že má-li absorbéry také vysoce selektivní, „poskytuje nějaké teplo i při záření...“

To poslední tvrzení o ochraně před vlhkostí a korozí nemůže být pravdivé. Týká se totiž jen absorbérů samých, a ty se považují za trvanlivé v každém kolektoru. Ochrana před prachem či sedimentem z vody skapávající ze skla je určitě významnější. Zato všechny spoje jsou mimo vanu a vlhkosti a korozi tak vystavené víc než u kolektorů plochých. Nejsnáz je tu větu vypustit, je to jen reklamní obrat.

[jenik29] Horní i spodní. Ten horní má půvab v tom, že zrcadlo uvnitř trubice zůstává neměnné, myslím, že to je současný trend. A „dále snížit tepelné ztráty, což se platní při užití pro technologické účely, kde jsou potřeba teploty nad sto padesát stupňů“.

[jenik30] Ne tyhle kolektory, ty se nenatáčejí a myslím hlavně ten horní dokonce má vyšší účinnost při šikmém dopadu záření. Jediné natáčení, co se u trubicových kolektorů používá, je naklápění horizontálních parabol dle výšky Slunce na nebi (těch co jsou na fólii 16).

[jenik31] Tož to ne, sto až dvě stě stupňů! Tedy dosah naprázdno. Letní účinnost low-tech kolektorů je až čtyřicet procent při pracovní teplotě šedesáti stupňů, u hi-tech táž při pracovní teplotě sto stupňů. U vakuových je potřeba jasně oddělit toho dinosaura (starý plochý „vakuovaný“, který nedá o nic víc, než moderní nehermetické) od trubicových. Trubicové při ohřevu na potřebnou teplotu šedesáti stupňů (i když akumulační zásobník se vyhřívá i přes stovku) nedají nikdy víc z téže plochy než hi-tech ploché, a zejména na horách nikdy ani v zimě, nejsou-li vertikální (u vertikálních to možné je, přidáním zrcadla za čiré trubice a tedy nápravou mizerného poměru absorbérové plochy k celkové ploše kolektoru), vinou sněhové pokrývky. Vakuované trubice obsahují ostatně vždy také selektivní absorbery, akorát ne všechny s tou emisivitou pětiprocentní (ty staré mívají i dvacetiprocentní emisivity).

Text je vlastně hodně zastaralý. Kupovat jiný kolektor než s emisivitou absorbéru pět procent a s bezželezným sklem je prostě blbost. U svépomocného stavění, dokud oba materiály nebudou běžně dostupné, je užití obyčejného skla a disperzní základové barvy v pořádku, cena za plochu vytvořené kolektorové plochy může být o tolik nižší, že se to vyplatí, tím spíš, že skutečné hi-tech kolektory, hlavně velkých ploch, u nás nejsou ještě běžné. Tak je to vždy, když je místa dost. Trubicové vakuové kolektory přenechme speciálním průmyslovým nebo architektonickým účelům. Na běžném trhu pro občany se drží jen vlivem propagandy a neznalosti.

[jenik32] „Protože sluneční záření není k dispozici stále, potřebujeme...“ „je“. To je ještě fyzikálně snad OK -- uložit teplo znamená zvýšit vnitřní energii či entalpii nějaké soustavy, odkud se zase na její úkor teplo dá vzít. Ale ,,uchovat teplo“ už je formulace nevhodná. Snad by se populárně dalo říci ,,uchovat zásobu tepla“, jako alternativu ,,uchovat získanou energii“. Nebo to říci bez fyzikálních veličin, „tak potřebujeme učinit jen...“

[jenik33] „letní“, aby se to nepletlo s tím „sezónní“ v předchozí větě. Ale ona je ta věta vůbec nejasná -- o jaké zásobníky jde? O barely na hůře samotížně vyhřívané níže umístěným kolektorem? Nebo rovnou ty černě natřené, čili velkoobjemové absorbéry?

[jenik34] „akumulační“ sem nepatří. „Zásobník“ má asi tří významy: může jít o zásobu ohřáté pitné vody, o zásobu ohřáté vody topného systému v domě, nebo o zvláštní zásobu entalpie pro ohřívání obou vod výše zmíněných, tedy o zcela samostatný tepelný zásobník. Jen ten ty druhé dva lze nazvat akumulačními zásobníky či tepelné zásobníky. Jejich specialitou je, že jimi přímo neprotéká pitná voda k ohřevu, a tedy že mohou být vyhřáty vice než na šedesát stupňů (beztlakové ke stovce, tlakové třeba na sto deset). Taková teplota se může někdy hodit pro nějaké speciální účely, hlavně ale jde o to, že se do daného objemu dá nacpat víc tepla a taky dlouho garantovat ohřev pitné vody řekněme na padesát stupňů. Na dvou z obrázků asi takové zésobníky jsou, jak se dá hádat podle toho, že nejsou samy. V tom druhém je totiž asi ta ohřátá pitná voda, připravená k nárazovému odběru s vyšším výkonem než mají předavače tepla použité v soustavě.

Takový obyčejný zásobník s ohřátou pitnou vodou (když adjektivum, tak pohotovostní, ne akumulační) je věc běžně známá, hodí se snad ty bi- až trivalentní srovnat s tou nejprostší variantou, která má dole elektrickou patronu.

[jenik35] Asi vody, ne tepla, i předtím. O vrstvení tepla by se dalo snad hovořit u příští fólie, kde ohřátá voda teče do té výšky v nádrži, která má patřičnou teplotu -- kde se tedy dá říct, že teplo se dodává do patřičné vrstvy.

Zkusím napsat celý ten text jinak, aby taky vysvětlil, proč jsou tam dvojice zásobníků na té fólii:

„Protože sluneční záření není k dispozici stále, potřebujeme jím za slunných dní ohřát vodu, kterou pak budeme používat nebo ze které budeme ohřívat, co potřebujeme. Nejjednodušší možnost dávají zásobníky podobné, jako jsou běžné elektrické bojlery. Rozdíl je jen v tom, že elektrická ohřívací patrona je v nich až nahoře, zatímco vespodu je umístěn předavač tepla (tzv. had) ze solárního okruhu. V horní polovině takového solárního zásobníku může být ještě jedno ohřívací vinutí, napojené na ústřední topení. Přitékající studená pitná voda se tak dole i v zimě solárně předehřeje, na potřebnou teplotu se pak v horní polovině dohřeje okruhem topení. V létě, když slunce nesvítí, se jen menší množství vody v případě potřeby nahoře dohřívá elektricky.

Delší období než jeden zatažený den lze překlenout při užití zásobníku s větším objemem, v němž je většina vody stále táž, např spojená s topným okruhem, a jen menší objem uvnitř zabírá pohotovostní zásobník s ohřátou pitnou vodou. Ten se prohřívá svou vnější stěnou. Může dokonce jít jen o soustavu měděných trubek velkého provchu a s nevelkým objemem, v nichž se voda ohřívá během průtoku zdola vzhůru.

Největší tepelnou zásobu lze vytvořit při užití zásobníku samostatného, kterým přímo pitná voda neprotéká. Hovoří se pak o akumulačním zásobníku. Jeho výhodou je, že je možné jej vyhřívat až na teploty ke stovce stupňů; v případě, že jde o tlakový zásobník a hi-tech kolektory, i na sto deset stupňů. Pitná voda se pak ohřívá buď průtokově v deskovém protiproudém předavači tepla, nebo se udržuje ohřátá ve zvláštním menším pohotovostním zásobníku (vyhřívaném případně opět jen jednoduše „hadem“ u dna). Druhý způsob je optimální v bytových domech, kdy mají takto vyhřívaný pohotovostní zásobník lidé v každém bytě, stejně jako by jej měli při ohřevu vody elektřinou.

Pokud takový velký zásobník není přímo spojen s topným okruhem, může být i beztlakový, kde se jen fólií brání úniku páry z prostoru nad hladinou. Výhodou je možnost stavby velkého zásobníku s důkladnou tepelnou izolací (např. rovnou jako válce z polystyrénových tvárnic, které se zvenčí opásají plechem a dovnitř se vloží velký plastový pytel).

Tlakové zásobníky na pitnou vodu jsou značně drahé, protože musí odolávat korozi. Místo nerezového provedení mohou být jen povrchově upravené smaltováním nebo plastovou vrstvou. Tlakové zásobníky na vodu anoxickou, topného okruhu, mohou být z běžné oceli bez úprav. Ve všech případech je rozhodující důkladná tepelná izolace (10 cm a více) bez velkých tepelných mostů.“

Tak by to snad mohlo stačit. Nejakým kouskům toho Tvého textu moc nerozumím, např. jaká to voda proudí nádrží, nebo jaké turbulence by tam mohly nastat (konvekce od předavače tepla až na vršek nádrže, pakliže je dost teplý, je prospěšná, poskytuje tak jakési levné zvrstvené ohřívání).

[jenik36] „Cílem... je, aby co největší část doby byla alespoň v nejvyšší části nádrže voda dostatečně teplá, tedy umožnila ohřev pitné vody či topení bez dalšího dohřevu většinu roku.“

Získá se tak vyšší tzv. solární pokrytí, čili i vyšší celoroční účinnost soustavy, naopak účinnost kolektorů ve slunný den po delším období beze slunce klesne, protože v zájmu dosažení potřebné teploty se nechávají oba okruhy proudit jen „líně“, tak pomalu, aby se voda odebraná zespodu nádrže (u velkých nádží v zimě i z poloviny výšky) stačila ohřát až na žádoucích např. aspoň padesát stupňů. Část kolektorové plochy je tak o hodně teplejší, než kdyby kapalina v nich proudila rychle a ohřívala se řekněme jen o pět stupňů. Říká se tomu low-flow provoz.

Smysl to má u velkých kolektorových ploch, které za trvalého slunného počasí mají velké přebytky. Přebytky se tím trochu sníží, neb se nádrž pomaleji prohřívá, jak nastoupí slunné počasí po delší době zataženého. Všechno teplo se totiž začne brát hned z ní, zatímco u nezvrstveného zásobníku se musí i tehdy část tepla brát z jiných zdrojů. Ze sásobníku se tak odebírá méně tepla a rychleji nastane stav, kdy již je plně prohřátý a kolektory běží jen s malou účinností nebo jsou úplně odstavené.

Jako stratifikační lze označit rozvodné potrubí, ne zásobník, ten je spíš stratifikovaný, zvrstvený. Nádrž sama nic nestratifikuje, voda se stratifikuje podle teploty sama bez problémů. Jde o to, nekazit jí to promícháváním vinou nedokonalého způsobu ohřevu zásobníku.

Pokračovat by se dalo:

„... Zajišťujeme tak vyšší celoroční pokrytí potřeb domu solárním zdrojem, tedy i vyšší celoroční výtěžek z kolektorů a nižší spotřebu jiných zdrojů. Smysl to má u velkých kolektorových ploch, které jsou tak jako tak ve slunných obdobích z větší části nevyužité; okamžik, kdy to v každém takovém období nastane, se užitím stratifikovaného zásobníku oddálí.

Kapalina ze solárního okruhu zvrstveným zásobníkem neproudí. Teplo předává v externím protiproudém předavači (tedy výměníku teplot). Voda do něj ze zásobníku jde zespodu, tedy ta nejchladnější a zpět se vrací potrubím s několika vývody, které jde až nahoru. Boční vývody potrubí jsou opatřeny zpětnými klapkami, aby se k proudící ohřáté vodě nepřisávala chladnější voda z okolí. Ohřátá voda vytéká v té výšce, kde má stejnou hustotu jako okolní voda. Při plném slunci tak vytéká třeba až nahoře, při slunci jen prosvítajícím už v polovině nádže. Doba, kdy je alespoň na horním konci nádrže voda dostatečně teplá, se tak maximalizuje. K tomu lze přispět tím, že se průtok v obou okruzích udržuje jen malý, aby se kapalina v kolektorech a pak ohřívaná voda v předavači tepla stačila ohřát ne jen o několik stupňů, ale někdy i o desítky stupňů.

[jenik37] „používáme v solárním okruhu čerpadlo“ (není to oběh tepla, když tak přesun tepla, z kolektorů do zásobníku, zpět už ne).

[jenik38] „porovnává“

[jenik39] „s teplotou spodku nádržea zapíná... vyšší. Pokud dostatečně vyšší být přestane, regulace...“

[jenik40] ,,s výhodou by bylo možno užít...“ bohužel jediné stejnosměrné čerpadlo na trhu je až tak za sedm tisíc korun. Na druhé straně regulace taky něco stojí, a zničí ji občas blesk. Možná by to čerpadlo bez regulace nebyla špatná věc. Ba i pravděpodobná závislost otáček na oslunění.

[jenik41] „zabraňuje samotížné cirkulaci opačným směrem po vypnutí čerpadla a...“

[jenik42] kromě soustav s plastovými absorbéry a potrubím (nebo soustav, kdy se solární okruh po vypnutí čerpadla vyprázdní) se užívá směs vody s některým z alkoholů.

[jenik43] „, které přenáší teplo“ prosím vyhodit. „K nim patří i armatury, zejména čerpadlo.“ (když musí, tak jaképak „vhodné“)

[jenik44] „aspoň“, jinak těch zamračených dní moc nepřeklene.

[jenik45] to obojí současně nejde. To druhé lze klidně vypustit. Přebytky nutně budou, pokud se užívá hí-tech kolektorová plocha (u té low-tech je omezuje nižší účinnost kolektorů při horkém zásobníku), ale nijak nevadí. Stavět kvůli nim bazén není hospodárné řešení.

[jenik46] „ročně“

[jenik47] No, ve výši nad rovníkem... nevím, co by to mohlo být. Asi by se tam hodila mapa trajektorií Slunce po obloze v různých obdobích roku. (Dám ji sem hnedle.) Co to napsat takhle:

„Jak se Slunce během roku přesová mezi obratníky, chodí po obloze postupně různě vysokými a různě dlouhými cestami. Když je na nebi níže, ozařuje méně i takovou plochu, která je k němu orientovaná kolmo, zejména záření nerozptýleným (zimní slunce je „zubaté“, málo hřeje).

V grafu vidíme, kolik záření dopadá v naší zeměpisné šířce v průměru denně na metr čtvereční plochy vodorovné a ploch s různými sklony směrem k jihu. Nejvyrovnanější je oslunění svislých jižních ploch, ty jsou navíc v praxi zvýhodněny tím, že na nich v zimě neleží sníh a mají menší tepelné ztráty než plochy skloněné (ať již jde o okna nebo o kolektory). V červnu a červenci se pak nepřehřívají (trojité izolační zasklení v jižních oknech přehřívání vylučuje).“

[jenik48] „y okolní stromy a budovy.“

[jenik49] „, jaký je sklon kolektorové plochy. Slunce by mělo svítit co největší část dne co možná kolmo na ni. U bazénových absorbérů užívaných jen v létě je nejlepší sklon k jihu jen 20 až 30 stupňů. V zimě je výhodný sklon přes 60 stupňů, svislé fasádní kolektory představují velmi dobrou alternativu. Při malé kolektorové ploše se snahou o pokrytí alespoň letní potřeby se mohou hodit sklony menší než 60 stupňů. Běžné sklony šikmých jižních střech jsou zcela vyhovující.“

[jenik50] To už je řečeno v první větě, nepodmínečně. Místo toho lze říci: „Protože zadní stěna a rám kolektoru nejsou vystaveny povětrnosti, nemusejí být z odolných a drahých materiálů.“

Dál pak lze pokračovat, že nevýhodou „může být horší..“, ono to může být i naopak (přístupnost z půdy místo lezení po střeše).

[jenik51] „těžkých betonových patkách“ (nejsou to žádné nosníky, ležívají naplacato na střeše)

[jenik52] proč sněhem, jaký je v tom rozdíl oproti šikmým střechám? To spíš upřesnit ten vítr: „Je nutno počítat s poryvy větru až do síly orkánu, tedy rychlosti čtyřiceti metrů za sekundu a silami o hodnotě tisíce newtonů na metr čtvereční kolektoru (hmotnost včetně patek tedy má být až sto kilogramů na čtvereční metr a konstrukce patříčně pevná).“

[jenik53] „... Běžné jsou plochy šest až dvanáct metrů čtverečních. Existují i tlusté moduly, které nahradí také krokve -- pod sebou vytvoří dobře izolovaný půdní prostor.“

[jenik54] „... (to je ale naprostá anomálie, vhodná leda pro ty, kteří mají radost z toho, že si kolektor párkrát za den jdou pootočit; automatické natáčení nikdy dlouhodobě nefunguje).“

[jenik55] „... však v době letní prázdnin je systém většinou odstavený a kolektory naplněné jen horkou párou“.

[jenik56] „u, “

[jenik57] žádné nízkopotenciální, „dostává teplo též pomocí...“

[jenik58] „na třetinu až pětinu“.

[jenik59] „nepřekračuje“. Jaké běžné poměry, jaké extrémní? „Dosahuje se toho tepelnými izolacemi tloušťky přes dvacet centimetrů, dokonalým .... mostů, použitím skvěle izolujících oken, pod kterými nejsou radiátory, ... Nízkoenergetické domy jsou už standardem nové výstavby v německy mluvících zemích, pasivních domů přibývá ročně stovky. Výhodou pasivních domů je, že jim stačí solární systém skromné velikosti. Ušetří se kromě toho i instalace klasického topného systému a stavba je tak jen o pár procent dražší než stavba domu mnohem méně kvalitního.“

[jenik60] Tři kolektory: co to znamená? Jak velké? Spíš uvést hi-tech nebo low-tech kolektorovou plochu, to je údaj výmluvný.