Využitie a výroba slnečných kolektorov

Slnečné kolektory sa používajú najčastejšie na tieto účely:

• príprava teplej úžitkovej vody,

• prikurovanie budov,

• ohrev vody v bazénoch,

• priemyselné teplo a chladenie.

• výroba elektrickej energie

Príprava TÚV a prikurovanie budov

Tepelný solárny systém : 1 – slnečný kolektor, 2 – zásobník s výmenníkom tepla, 3 – expanzná nádoba, 4 – obehové čerpadlo, 5 – regulačná jednotka, 6 – kotol

V našich podmienkach sa dá uvažovať o týchto typoch slnečných systémov s kvapalinovými kolektormi:

• na sezónny (spravidla letný) ohrev úžitkovej vody,

• na celoročný ohrev úžitkovej vody,

• na kúrenie s dlhodobou akumuláciou tepla alebo prikurovanie bez akumulácie tepla.

Ploché slnečné kolektory so selektívnou konverznou vrstvou sa z hľadiska investičných nákladov javia ako optimálne riešenie na celoročnú prípravu teplej úžitkovej vody (TÚV). V prípade solárneho prikurovania budov majú svoje opodstatnenie aj drahšie vákuové kolektory.

Solárne zariadenia na prípravu TÚV sa navrhujú relatívne jednoducho. Vychádza sa z toho, že spotreba TÚV je počas celého roka konštantná a plocha slnečných kolektorov sa približne dimenzuje na pokrytie plánovaných potrieb TÚV v letnom polroku. V praxi sa návrh veľkosti solárneho zariadenia robí tak, že maximálny solárny príkon v lete a tomu odpovedajúce množstvo pripravenej TÚV nepresahuje o viac ako 10 % z plánovanej dennej spotreby TÚV pri maximálne dvojdennej akumulácii tepla. Vďaka nižšej hustote teplejšej vody v hornej časti zásobníka sa táto prakticky nemieša so studenšou zo spodnej časti zásobníka a užívateľ má k dispozícii aj v obdobiach s nižšou intenzitou slnečného žiarenia dostatok TÚV v požadovanej teplote. Ekonomicky prijateľným spôsobom môžeme slnečnými kolektormi v ročnom priemere ušetriť 50 až 70 % energie potrebnej na prípravu TÚV. Podiel solárnej energie je samozrejme možné aj zvýšiť, ale potom investičné náklady za jednotku získaného tepla rastú exponenciálnym spôsobom.

V prípade prípravy TÚV spolu s prikurovaním domácnosti  veľkosť kolektorového poľa, a teda aj jeho výkon, musí byť v tomto prípade podstatne väčší ako v prípade prípravy iba TÚV. Napriek tomu aj v prípade väčšej inštalovanej plochy kolektorov je potrebný doohrev TÚV v zime, pretože nízka intenzita slnečného žiarenia a nízke teploty okolia nám ani pri veľkom solárnom zariadení nemusia zaistiť potrebné množstvo TÚV v požadovanej teplote. Rozdielové množstvo tepla musí poskytnúť iný energetický zdroj aj pri príprave TÚV. Technické prevedenie sa rieši optimalizáciou kolektorového poľa a použitím zásobníkov tepla aj s iným druhom zdroja ohrevu vody.

Ohrev vody v bazénoch

Nenáročným spôsobom ohrevu vody v bazénoch sú bazénové absorbéry. Sú lacnejšie ako klasické solárne kolektory, pretože ohrievaná voda preteká priamo absorbérom. Zaniká preto potreba oddelenia solárneho  okruhu od ohrievanej vody a tým sa dvojokruhový systém zjednoduší na jednookruhový.

Priemyselné teplo a chladenie

       Na sušenie plodín v poľnohospodárstve a potravinárstve a tiež na sušenie dreva v drevovýrobe sa využívajú systémy, kde je teplonosným médiom vzduch. Ohriaty vzduch je z kolektora odvádzaný pomocou ventilátorov teplovzdušným potrubím. Inou možnosťou je odvod tepla dutými stenami do podláh s perforáciou, na ktorých je uložený materiál určený na sušenie. Hlavnou výhodou vzduchových kolektorov je, že ich teplonosné médium v zime nezamrzne a v lete sa neprehreje. Sú tiež lacnejšie ako kvapalinové, ale z dôvodu horšieho prestupu tepla medzi absorbérom a vzduchom je ich účinnosť v porovnaní s kvapalinovými nižšia. Za nevýhodu sa považuje aj náročnosť sledovania úniku média zo systému.

            Technológia solárneho chladenia využíva tepelnú energiu, získanú zo solárnych kolektorov, na pohon chladiacich systémov. Systém solárneho chladenia pozostáva z typického fototermálneho systému (kolektory, zásobník/výmenník, riadiaca jednotka, rozvody), ktorý je doplnený chladiacim strojom – chladič poháňaný teplom. Celková efektívnosť si však vyžaduje kolektory s čo najvyššou účinnosťou, zväčša sa používajú vákuové.

Výroba elektrickej energie

Výroba elektrickej energie prebieha v slnečných elektrárňach, ktoré pracujú s koncentrovaným žiarením, využívajú priamu zložku slnečného žiarenia. Vo väčšine prípadov sa  slnečné žiarenie koncentruje zrkadlami na malú plochu -  do ohniska, kde sa akumuluje teplo. To sa potom využije na generovanie pary a následnú výrobu elektrickej energie. Účinnosť takejto premeny slnečného žiarenia na elektrinu je vyššia ako pri použití fotovoltických systémov.

Podľa spôsobu koncentrácie slnečného žiarenia (použitého optického systému) sa rozlišujú elektrárne na:

• Elektrárne s lineárnymi parabolickými zrkadlami

– koncentrujú slnečné žiarenie do rúrky, ktorá sa nachádza v ohnisku reflektora. V rúrke prúdi olej, ktorý sa zahrieva až na 400 °C. Teplo sa použije na výrobu pary a pre turbínu spojenú s elektrickým generátorom.

• Elektrárne s tanierovými parabolickými zrkadlami

– koncentrujú slnečné žiarenie do absorbéra umiestneného v ohnisku taniera. Kvapalina (olej) sa tu zohreje na 650 °C a teplo sa využíva na výrobu pary pre parnú turbínu s elektrickým generátorom.

• Termálne solárne veže

– okolo veže sú do kruhu rozložené zrkadlá, ktoré sú natáčané vždy smerom k slnku a koncentrujú slnečné lúče do zberača (kotol) umiestneného na veži. Teplota tu dosiahne vyše 1000 °C. Teplo sa prostredníctvom termooleja privedie do parogenerátora, kde sa vyrába para na pohon turbíny, spojenej s elektrickým generátorom.

• Komínové slnečné elektrárne

– princíp elektrárne spočíva v zachytávaní slnečnej energie v „skleníku“, uprostred ktorého je vysoký komín s turbínou. Vplyvom otepľovania vzduchu v skleníku sa vytvára vzduchové  prúdenie, ktoré prúdi cez komín a tým poháňa elektrickú turbínu.