Solární ohřev vody

Solární ohřev vody neboli Solar Water Heating

Neplaťte za energii tam, kde nemusíte.

Solární ohřev vody nebo solární energie? Jedná se o dvě odlišné technologie, obě využívají střešní panely pro sběr energie. Tento článek pojednává o solárním ohřevu vody (Solar Water Heating), někdy nazývaném také solární termální technologie (Solar Thermal Technology), způsobu ohřevu vody pro přímé použití v domácnosti, např. ve sprchách. 

Jak funguje solární ohřev vody? Solární ohřev vody (SWH) se skládá ze tří hlavních částí: jeden nebo více solárních kolektorů (trubky nebo desky, obvykle namontované na střeše), čerpadlo připojené k regulátoru a zásobník na teplou vodu se dvěma ohřívacími hadicemi (válec s dvojitou spirálou). Kolektor využívá slunečního záření na přenos tepla (voda s nemrznoucí směsí). Je-li kapalina v kolektoru teplejší než voda ve válci, regulátor aktivuje čerpadlo k pumpování kapaliny přes hadici ve spirále, a tím ohřívá vodu v zásobníku připojeném na sprchy a teplovodní kohoutky. Druhý ohřívač v zásobníku je připojen na záložní kotel (např. plynový kotel), aby byl dostatek teplé vody i v případě nižšího slunečního záření. 

Je pro mne SWH vhodný? V ideálním případě by měly být solární kolektory orientovány na jih (bez stínu), pod úhlem mezi 20 a 50 stupni, ale také panely orientované na východ nebo jihozápad fungují efektivně. Obr. 2 ukazuje, jak se liší výkon SWH podle sklonu a orientace. Střešní panely jsou nejpoužívanější, ale panely mohou být namontovány také na úrovni terénu. Solární systém ohřívá vodu ve válci, proto je obtížné připojit solární ohřev na topný systém, který nemá bojler (např. „combi“ plynový kotel). Střešní panely jsou obvykle součástí „povoleného rozvoje“, čili nebudete potřebovat stavební povolení. Výjimky jsou v národních parcích, chráněných oblastech apod.  

Kolik panelů budu potřebovat? Průměrně platí pravidlo 1 m² na jednu osobu. Samozřejmě závisí na řadě faktorů, jako je orientace střechy, objem zásobníku na teplou vodu a samozřejmě spotřeba teplé vody. Pro menší rodinný dům jsou obvyklé 1 – 2 panely o velikosti 2 – 3 m².

Kolik teplé vody je možné vyrobit? Průměrný SWH vyrobí v našich podmínkách 40% – 60% spotřeby teplé vody v průběhu celého roku. Obr. 3 ukazuje, kolik teplé vody vyrábí kolektory v zimě a kolik v létě. Pro zimní období budete potřebovat přitápění z externího zdroje.

Jaké jsou pravděpodobné náklady? Průměrný SWH panel stojí okolo 2,500 – 5,000 eur, součástí instalace jsou i klempířské práce, čili počítejte s nadnáklady. Solární ohřevný panel si ovšem můžete za mnohem nižších nákladů vyrobit také sami.

Zdroj: Centre for Alternative Technology, http://www.cat.org.uk/

Jak si postavit vlastní Solární ohřev vody za 300 $

Shrnutí: Toto je návod, jak postavit solární ohřívač vody na 310 litrů o průměrné teplotě 55° Celsia. 

Než se pustíte do projektu, zde je shrnutí několika základních faktů. Používám PVC místo mědi (snížení nákladů), pro zvýšení efektivity pláště potrubí v kolektoru používám skleněné trubky ze starých fluorescenčních zářivek, solární kolektor má velikost přibližně 2,5 m² a obsahuje záložní topení pro oblačné počasí v hodnotě 30 $, jedná se o pasivní solární ohřívač, takže neexistují žádné pohyblivé části – vše závisí na nanotermosifonovém oběhu vody. Ohřev vody vyžaduje hodně energie. Např. v Brazílii se používají instatní ohřívače vody, které jsou zabudovány do sprchy. Chcete-li ohřát vodu na 40-50° Celsia, potřebujete 5.000 – 7.500 W, což byla motivace hledat alternativní způsob řešení ohřevu vody.

Krok 1 – Vhodné místo pro solární panel 

Nejprve je nutné najít vhodné místo pro solární panel. Protože tento systém je postaven na termosifonové cirkulaci vody, místo je důležité. Termosifonová cirkulace vody: jakmile se voda v kolektoru zahřeje, stává se méně hustou a pohybuje se směrem nahoru, čímž vtahuje studenou vodu do kolektoru. Aby systém fungoval, musí být kolektor umístěn níže, než zásobník teplé vody, aby mohla teplá voda stoupat vzhůru. 

A. Určení denní doby – pokud nemáte dobře izolované nádrže, voda ztrácí teplotu. Proto budete muset určti časový horizont, kdy nejvíce teplou vodu potřebujete a dostat nejvíce teplé vody právě do tohoto bodu. Vzhledem k tomu, že trvá min. 3-6 hodin, než se voda ohřeje (v závislosti na ročním období), během dne je určitá flexibilita, pokud jde o nejvyšší teplotu v nádrži. Pokud potřebujete teplou vodu v poledne, měli by jste orientovat solární ohřívač směrem na východ. Směrem na západ potom, pokud potřebujete teplou vodu ve večerních hodinách. 

B. Určení dle roční doby – Jak země obíhá kolem slunce, pozice slunce na obloze se mění. Např. slunce v zimě je na obloze v poledne níže než v létě v poledne (výkyvy jsou 23,5° v každém směru – sever i jih). Budete muset naklonit solární panel tak, aby sluneční paprsky osvětlovaly panel v každém ročním období, kdy chcete ohřívač používat. Pokud jej chcete používat i v zimě, budete muset mírně vychýlit jeho úhel, v létě pak panel bude méně efektivní, ovšem v zimních měsících bude fungovat spolehlivěji. 

Chcete-li zjistit úhel, pod kterým máte naklonit kolektor, potřebujete znát svou zeměpisnou šířku. Jděte na následující odkaz: Solární kalkulátor a klikněte na město ve vašem okolí. V tabulce se zobrazí údaje, poznamenejte si „lat“. Pro příklad si vezmeme Chicago. Chicago je 42 stupňů jižní šířky, což je 42 stupňů od rovníku. To znamená, že pokud se kolektor natočí na úhel 42 stupňů, bude kolmo ke slunečním paprskům (platí pro pravé poledne, kdy je slunce přímo nad hlavou). 

Tento úhel je stanovován na základě ročního průměru slunce na obloze. Během letního slunovratu je v Chicagu úhel slunečních paprsků 71,5 stupně (90 – 42 (LAT) + 23,5 (odklon Slunce) = 71,5), což znamená, že kolektor bude potřebovat pouze 18,5 stupňů k pomyslné kolmici. Během zimního slunovratu je úhel slunečních paprsků 24,5 stupňů (90 – 42 (LAT) – 23,5 (odklon slunce) = 24,5), což vyžaduje 65,5 stupně sklonu. Na stejné stránce, kde jste našli svou zeměpisnou šířku se můžete podívat na letní a zimní úhel slunce úpravou datum 21. června a prosince. Na základě těchto informací pochopíte flexibilitu při doladění sklonu podle sezóny, ve které chcete použít solární ohřev vody. To je poslední díl vzorce. Úhel, který jste vypočítali, odpovídá úhlu slunce v poledne. Protože ve špičce trvá ohřev vody 3 – 6 hodin, je třeba se zaměřit na více než jen sluneční paprsky v poledne. K tomu je třeba přidat asi 5 až 15 stupňů. To vám pomůže rozšířit vrchol hodin vytápění.

Toto je základní vzorec pro solární ohřívač vody, který se používá po celý rok: Lat (zeměpisná šířka) + (5-15 stupňů)

C. Gravitační faktor

Solární ohřívače vody, které využívají termosifonovou cirkulaci vody, jsou závislé na gravitaci. Horká voda je méně hustá, než studená voda, proto je studená voda tažena ke dnu, a horka voda stoupá až na vrchol. Což funguje dobře v průběhu dne, kdy slunce ohřívá vodu, ale pokud váš solární kolektor a zásobník teplé vody jsou na stejné úrovni, za chladné noci voda rychle ztrácí teplotu. Termosifono bude pracovat opačně, posílat teplou vodu do kolektoru, který se bude ochlazovat, a vytahovat více teplé vody.

To nejlepší, co můžete proti tomu udělat, je nainstalovat horní větší části kolektoru asi 1 metr pod spodní větší část teplé vody v nádrži. Tímto způsobem, když se voda v kolektoru v noci ochlazuje, teplá voda cirkuluje pouze v zásobníku, protože je již v nejnižší části systému.

Krok 2 – Stavba panelu

Solární kolektor se skládá z 1/2 palcové a 3/4 palcové PVC trubky (1 palec = 2,54 cm) a fluorescenční zářivky. Kolektor je uzavřen dřevěném krytu s izolačními skly po jedné straně. K instalační části ohřívače potřebujete 64 T spojnic (plastových koncovek ve tvaru písmene T) na 32 trubek, 32 T spojnic je na každý konec zářivkové trubky, T jsou proti sobě. Mezi dvě T pak vždy umístíte trubku. Ze zářivek (POUŽÍVAJÍ SE JEN JAKO POUZDRO, neprotéká jimi žádná voda) odstraníte kovové části z obou stran, z každé strany potom uděláte dost velkou díru, aby jste protáhli 1/2 palcové gumové potrubí. Zevnitř zářivky důkladně očištěte od prachu. Na konci dostanete dlouhou trubici z čirého skla. Při čištění zářivky používejte ochranné prostředky a důkladně si potom umyjte ruce a vyperte oblečení, obsahují totiž rtuť.

Zářivky natřete ze zadní strany černou barvou, potrubí použijte také černé barvy. Konec zářivky zabalte do alobalu a přestříkejte pěnovým sprejem, či jiným izolátorem, nezáleží tolik na materiálu jako na tom, aby trubice byly vzduchotěsné. Solární kolektor olemujte černým plastem, podložte jej polystyrénovými deskami jako spodní izolaci ohřívače.

Solární kolektor je přibližně 2,5 m² velký, trubky, které jsou vystaveny slunci mají celkový objem cca 18,5 litrů vody, což odpovídá 6% objemu zásobníku teplé vody. (To znamená, že pokud bude voda cirkulovat 16-17x – veškerá voda v nádrži bude vyhřívána jedním solárním kolektorem, teoreticky).

Krok 3 – Instalace panelu

Nejprve si vypočítejte úhel sklonu panelu podle výše uvedeného návodu. Nezapomeňte na výškový rozdíl, aby se panel nechoval v noci jako chladič vody. Jednoduše řečeno, studená voda, která leží na dně, se nemá míchat s teplou vodou v zásobníku. Pokud jsem 25 stupňů od rovníku, při rovnodennosti můj panel zasáhne slunce v poledne při instalaci 25 stupňů ke kolmici. S připočtením 10 stupňů se prodlužuje období, po které slunce ozařuje panel.

Postavte si konstrukci a na ni panel umístěte, upevněte, spodní vrstvu nezapomeňte podložit polystyrénem. 

Krok 5 – Záložní ohřívač

K instalaci jsem přidal záložní topení za 30 $. Příklad tohoto topení – 1000 W vodní ohřívač

Při větrných a deštivých dnech voda nedosahuje vyšší teploty než 30-40 stupňů. Proto je možné používat záložní systém ohřevu. Stačí jednoduchý spirálový ohřívač vody, který se automaticky zapne a vypne podle teploty v zásobníku, je umístěn tak, aby zahříval horní část zásobníku. 

Zdroj: Uživatel Jake – server myfixlog, odkaz http://www.myfixlog.com/fix.php?fid=1

Průvodní video k uvedenému návodu

{youtube}KOY49bH7Ocg{/youtube}

Zdroj: Youtube – uživatel jaketeater
http://www.youtube.com/watch?v=KOY49bH7Ocg 

Způsobů, jak vyrobit solární ohřívač vody, je nepřeberné množství.
Vybrali jsme tento jednoduchý a snadno pochopitelný systém,
na internetu najdete desítky podobných návodů,
jak využít solárního ohřevu vody pro různé velikosti vašich projektů. 

Zde jsou některé další z nich:

 Solární ohřívač vody – Florida

{youtube}RGQXqZOMTL4{/youtube}

Zdroj: Youtube – uživatel meatloaf1234
http://www.youtube.com/watch?v=RGQXqZOMTL4

Pasivní solární ohřívač vody (spirála)

 {youtube}qe7ZZKCApFk{/youtube}

Zdroj: Youtube – uživatel debeshbhattarai
http://www.youtube.com/watch?v=qe7ZZKCApFk

Ohřívač vody z plechovek od piva 

 {youtube}Jzxw1j-dzY4{/youtube}

Zdroj: Youtube – uživatel zsnowshredder
http://www.youtube.com/watch?v=Jzxw1j-dzY4

Ohřívač vody z plechovek 

{youtube}bRZvAAqzXIw{/youtube}

Zdroj: Youtube – uživatel MartineBlue
http://www.youtube.com/watch?v=bRZvAAqzXIw 

Solární zařízení pro vyhřívání vody

{youtube}zHdH4t8TNwM{/youtube}

Zdroj: Youtube – uživatel ssiaudio
http://www.youtube.com/watch?NR=1&v=zHdH4t8TNwM