Bouřlivý rozvoj fotovoltaické technologie (dále FV) v poslední době ale klasickým teplovodním (fototermickým, dále FT) systémům vytvořil stále zdatnější konkurenci. Minimálně tam, kde se zájemcům z různých (převážně technických) příčin nepodařilo instalovat FT systém, je možná místo pro systém FV.
Příspěvek se věnuje porovnání obou možností solárního ohřevu vody v oblasti technické i ekonomické.
Současné běžné technologie
Začněme vývojově staršími FT systémy: V minulosti se objevila řada typů, které se předháněly zejména v účinnosti, spotřebě pomocné energie a jednoduchosti. Každý typ měl, a stále má, skalní příznivce i odpůrce. Černé hadice, desky, sudy volné či zakryté jsou nejjednodušším, nejlevnějším, ale také celoročně nejméně účinným řešením. Nicméně na přihřátí bazénku nebo vody na zalévání postačují. Pro celoroční systémy ohřevu nejsou konkurencí, nepotkávají se technologicky, cenově ani typickým způsobem využití. Ovšem celoroční systémy mají dva hlavní tábory zastánců: plochých a trubicových kolektorů. Pak jsou tu ještě některá přechodová řešení, ale principiálně jsou všechny podobné. Využívají převážně tepelné části záření, ukládají ho (nebo přenášejí a ukládají) do kapaliny, která pak slouží zároveň jako zásobník tepla. Účinnost systému je celkem dobrá, celoročně kolem 50 %.
FV systémy pro ohřev TUV jsou naproti tomu skoro na začátku vývoje. Část (viditelné panely neboli generátor včetně nosného systému a stejnosměrné kabeláže) je shodná s generátorovou částí fotovoltaické elektrárny (a je i prakticky možné provést přestavbu na tento druhý systém). Odlišnost od elektrárny ale spočívá v absenci drahého střídače (který zejména provádí konverzi stejnosměrného proudu na střídavý). Vyrobená stejnosměrná elektřina pak přímo napájí odporovou zátěž, tj. topnou spirálu nějakého bojleru. Technicky zdá se výrazně jednodušší řešení, ale to bychom nebyli v oblasti obnovitelných zdrojů, kdyby tu nebyl nějaký háček. Ten zásadní spočívá ve vlastnostech FV panelů podávat slušný výkon za proměnlivých a okrajových stavů slunečního záření. Tedy, abychom jim nekřivdili, v respektování Ohmova zákona jakožto fyzikálního jevu, který je nutno respektovat. FV panel má své pracovní optimum při určitém osvětlení a teplotě. Pokud se podmínky změní k horšímu, účinnost (celoroční beztak jen cca kolem 14 %) se začne prudce zhoršovat. Dostáváme se pak do podobné situace jako u FT systémů – pokud je „hezky“, máme energie dostatek či nadbytek,. pokud „ošklivo“, máme jí velmi málo. Naštěstí máme na rozdíl od FT systémů několik možností, jak z toho vybruslit. Cílem všech řešení je udržet co nejdéle pracovní bod generátoru blízko jeho optima. Technicky můžeme změnit zapojení FV panelů (ze sériového na paralelní několika způsoby), nebo se snažit přizpůsobit vlastnosti zátěže (tj. spirály). U FV elektrárny to řeší právě střídač, který má vestavěný „sledovač optimálního pracovního bodu“ (MPPt), u našeho systému si jej tedy musíme v nějaké formě a technickém provedení pořídit samostatně. Otázkou pouze zůstává poměr cena/výkon, tj. aby zvýšení účinnosti systému cca o desítky procent systém neprodražilo neúměrně. Ale najdou se i dobrá a levná řešení.
Rychlé porovnání obou systémů
Potřebná plocha pro běžný solární ohřev: Odvíjí se od velikosti zásobníku, ten zas od potřeb uživatele. Obvykle se pro zásobník 200 l instalují 2 FT panely o ploše kolem 4 m2. Pro FV ohřev vzhledem k nižší celoroční účinnosti by plocha generátoru měla být cca trojnásobná, což při běžné velikosti panelů 1 x 1,6 m znamená cca 6-8 panelů.
Orientace a sklon střechy: Jih až jihozápad je pro oba systémy ideální, sklon podobný, u FT kolem 45 stupňů, u FV kolem 35 stupňů. Odchylky od těchto parametrů nejsou výnosově nijak veliké. FV je na ideální orientaci méně citlivá.
Trasování a vedení potrubí / kabelů: U obou platí, že čím kratší, tím lépe, nejen ekonomicky, ale i technicky. Ovšem u FV odpadá tepelná izolace, velké prostupy, natažení kabelů je technicky daleko snazší, je možno využít i vedlejší budovu nebo přístřešek.
Plošné zatížení: U FT (ploché kolektory) je třeba počítat s cca 20 kg/m2, u FV kolem 15 kg/m2 včetně upevňovací konstrukce. Střechy jsou dimenzovány na podstatně vyšší zatížení, nebývá to problém. Ale je třeba vzít v úvahu stav krytiny – pokud už má nejlepší léta za sebou, zvažte alespoň částečnou výměnu, pod FV systémem by měla sloužit možná dalších 30 let.
Pomocné energie, údržba, další náklady: U FT systému běží oběhové čerpadlo, cirkuluje kapalina (která občas částečně unikne, stárne a měla by se po pár letech měnit). I když i FV je technické zařízení, kde může k nějaké poruše dojít, tady je uživatelsky příjemnější.
Životnost: Oba systémy správně provedené a včas opravované jsou dlouhověké, ale vsadil bych spíš na jednodušší FV systém. Fyzická životnost fotovoltaických panelů je odhadována na 30 až 40 let, roční pokles účinnosti je udáván max. 0,8 %. Nejstarší FVE jsou v provozu kolem 30 let, pokles účinnosti je často výrazně nižší než 10 %. Výrobci FT kolektorů udávají životnost 30 let.
Účinnost: Pokud máme k dispozici dostatečně velkou střechu, není úplně zásadní. Účinnost FV panelů se udává od 5 % u tenkovrstvých až po téměř 20 % u monokrystalických panelů. V závislosti na teplotě se účinnost snižuje o 0,2 až 0,5 % při zvýšení teploty panelu o jeden stupeň Celsia. Účinnost FT kolektorů silně závisí na teplotním rozdílu mezi teplonosnou kapalinou a okolím. Na rozdíl od FV panelů proto účinnost při nízkých teplotách okolí klesá. Ale celkově je účinnost FT kolektorů 3-4 krát vyšší.
Roční výnos energie: V ČR dopadá na 1 m2 průměrně 1000 kWh/m2 slunečního záření. Výnos FT kolektorů se pohybuje kolem 450 kWh/m2, výnos energie z krystalických FV panelů je kolem 150 kWh/m2 ročně. Tato čísla jsou přibližná, velmi závislá na orientaci a sklonu a způsobu využití. Je třeba provést správný návrh a výpočty.
Regulace: Je vhodná (ale u FV není nezbytná) u obou systémů. Tady je obvykle největší problém, ne každý to umí! Obě mají za úkol zajistit ekonomický provoz systému a zejména jeho odstavení při „splnění úkolu“. Oba systémy jsou schopny se „samovolně zastavit“, ale není to z pohledu jejich životnosti i ekonomiky provozu ideální stav.
Administrativa: Obvykle žádná není třeba. Snad jen při využití dotací (Zelená úsporám) pro FT systém, tam je vhodné rovnou požádat dodavatele systému o pomoc s administrací žádosti. U FV systému zase platí, že musí být galvanicky oddělen od veřejné sítě!
Dotace: Na pořízení FT systému je aktuálně vypsána výzva v rámci programu „Zelená úsporám“, žadatel může získat až 40 % z pořizovací ceny. Na FV ohřev zatím není možné podporu získat.
Technická využitelnost: FT systém poskytne uživateli teplou vodu, podstatnou část FV lze využít pro přestavbu na FV elektrárnu. Přebytečný výkon FV systému (po nabití zásobníku) lze jednoduše přesměrovat do dalšího spotřebiče.
Cena: Závisí zejména na technickém provedení. Obecně se ceny velmi přiblížily, až srovnaly. Ve prospěch FT systému mluví aktuální vysoká dotace, u FV systémů záleží na ceně panelů, jejichž ceny stále klesají, za pár let budou zřejmě FV systémy lídrem trhu. Rozhodně by se koncový uživatel měl vejít s kvalitními komponentami a cenou na klíč do 100 tisíc korun.
Závěr – co zvolit?
Jednoznačné doporučení neexistuje, je potřeba se rozhodnout u každé jednotlivé instalace zvlášť. Pokud máte k dispozici na vhodné střeše aspoň kolem 15 m2 místa a zásobník TUV nedaleko, můžete si vybírat z obou řešení. Pokud je u vás FT systém obtížně technicky proveditelný, máte již alternativu. Velkou výhodou FV je nepřítomnost teplonosné kapaliny a jednodušší přenos vyrobené energie do místa užití. Elektřinu lze rovněž využít všestranněji než teplo.
Posledním rozhodovacím kritériem by nakonec mohlo být srovnání účinnosti systémů v průběhu roku: FV poskytuje výrazně vyšší produkci energie v zimním období ve srovnání se solárním termálním kolektorem.
Autor: Ing. Milan Hron, TENET CZ, Polička
- PR článek -