Chyby v instalacích solárních soustav: kdo a co dodává?
9.4.2015
MŽP zveřejnilo základní podmínky pro nové „kotlíkové dotace“ a vyhlásilo výzvy pro kraje. Na výměnu starých kotlů je 9 miliard
15.7.2015

Datum: 13.4.2015 | Autor: doc. Ing. Tomáš Matuška, Ph.D. | Recenzent: Ing. Jiří Matějček, CSc.

Druhá část seriálu se zaměřuje na solární kolektory. Základní axiomy solární tepelné techniky berou za své, pokud se projektant nebo realizační firma snaží realizaci provést za každou „cenu“. Poznat kvalitu solárního kolektoru na první pohled není snadné, ale od toho jsou nezávislé zkušební laboratoře. Často je jednodušší a levnější si kolektor nechat přezkoumat, než jeden za druhým nahrazovat jinými novými z důvodu nízkého výkonu.

Návrh plochy kolektorů

V soutěži o zákazníka jde téměř vždy o cenu. A tak se šetří. Nejčastěji na počtu a kvalitě kolektorů, protože od nich se odvíjí cena solární soustavy. Od nich se ovšem také odvíjí energetická úspora. V žádném ze soudních sporů o solární soustavu kombinovanou s vytápěním, které jsem posuzoval, nepřesáhlo výpočtem stanovené roční pokrytí potřeby tepla 7 %. Někdy je to 5 %, jindy třeba i jen 3 %. Docela tragikomické je pak konfrontovat takový výsledek s emailovou komunikací předcházející realizaci solární soustavy zákazníkovi: „dám vám ještě jeden kolektor navíc, a bude vám to topit celou zimu“. Už není taková legrace, když známá zahraniční firma s českým zastoupením ke svým trubkovým vakuovým kolektorům napíše přímo soudu vyjádření ve znění: „naše kolektory fungují i když sněží a prší“, a ony přitom svou účinností nesplňují ani podmínky vyhlášky 441/2012 Sb [1].

Samozřejmě, pokud firma nainstaluje na rodinný dům s tepelnou ztrátou 15 až 20 kW pouze 3 kolektory a kombinovaný solární zásobník napojí na otopnou soustavu 75/60 °C, lze počítat pouze se zanedbatelným přínosem pro vytápění. Soud se vždy ptá, zda solární soustava je funkční. Co to znamená? Že na kolektory dopadá sluneční záření? Že běží oběhové čerpadlo? Že se teplo předává do zásobníku? Nebo že instalace přináší očekávanou úsporu energie? Při dotazu soudu na funkčnost dané solární soustavy si zpravidla vypomáhám příměrem s vodovodním kohoutkem. Pokud zcela otevřete kohoutek a on Vám jen kape, je to funkční kohoutek?

O to víc pak chybí ona základní dohoda ve smlouvě, která definuje, co znamená funkční. Dohoda vyjádřená energetickým přínosem, alespoň rámcovým výpočtem přiloženým ke smlouvě. Je jasné, že se zjednodušeným výpočtem těžko plně postihne realita provozu, nicméně výpočet minimálně ukáže, zda vlastní návrh od počátku dává nějaký smysl při základních předpokladech. Doporučuji ke smlouvě přikládat výpočet energetického přínosu solární soustavy. Touto jasnou dohodou o návrhu solární soustavy a její funkci se obě strany chrání před pozdějšími spory.

Sklon a orientace kolektorů

I děti vědí, že v našich zeměpisných podmínkách nemá smysl dávat kolektory na severně orientovanou střechu, protože na ni nesvítí Slunce. O to víc překvapí, že si to neuvědomí (nebo nechce uvědomit) projektant, který navrhne solární kolektory na severozápadní část střechy. Naopak ještě úředníkovi Státního fondu životního prostředí odůvodňoval instalaci tvrzením, že použité solární kolektory mají speciální zasklení, které zalamuje šikmo dopadající paprsky na absorbér. Vydat posouzení takového tvrzení jsem původně považoval za špatný vtip, ale úředník sám rozhodnout nechtěl nebo neuměl. Pokud na severozápadní část střechy během krátké části dne v létě, kdy je osluněna, dopadne zlomek celodenní dávky sluneční energie, není co „zalamovat“. Je to také jeden z obvyklých mýtů, že prizmatická zasklení mají nějaké zázračné schopnosti zvyšovat významně příjem slunečního záření absorbérem. Rozdíl v ziscích při použití prizmatického solárního skla a běžného solárního skla je cca 1 %.

Na vlastní kůži jsem zažil ještě docela nedávno korespondenci s projektantem otopné soustavy, který nehodlal ustoupit (a nakonec opravdu neustoupil) z instalace solární tepelné soustavy pro vytápění se sklonem kolektorů 30° s maximálním přínosem v létě. Nechtěl pochopit, že v zimním období 3 kolektory nebudou ani ze čtvrtiny stačit pro teplou vodu a nemá cenu systém předražovat o cca 100 tis. Kč kombinací s vytápěním a zbytečně velkým kombinovaným akumulačním zásobníkem s dalším příslušenstvím (další čerpadlová skupina, expanzní nádoba, regulace).

Skoro se ostýchám zde doporučovat orientaci kolektorů k jihu a sklon podle druhu aplikace, kdy v podstatě pro většinu z nich platí sklon 45°. Ale realita mně přesvědčuje, že i fakta známá dětem je potřeba stále opakovat.

Kvalita kolektorů

Jak se pozná, že solární kolektory, které firma nainstalovala, nejsou nějaká třetí nebo čtvrtá „jakost“? Hodně napoví protokol z renomované zkušebny, na základě kterého firma udává technické parametry kolektoru, pokud ho má. Na stránkách dodavatelů ho však většinou laik nenajde, a pokud ano, tak stejně neví, co v něm hledat. Vodítkem může být certifikát Solar Keymark, značky kvality v systému evropské certifikace pro solární zařízení [2], který jednoduše říká, že kolektor byl vyzkoušen v souladu s evropskou normou třetí stranou. Neříká však, zda kolektor je nebo není účinný, pouze konstatuje údaje, avšak nezavádí energetická kritéria. Nicméně v technickém listu kolektoru dohledatelném v databázi systému Solar Keymark [3] se udává čistý roční zisk kolektoru v různých oblastech a při různých provozních teplotách vypočtený komplexním modelem zahrnujícím jako charakteristiku účinnosti, tak optickou charakteristiku [4]. A pro konkrétní kolektor lze zisk porovnat s údaji pro kolektory jiné.

Česká republika má své specifikum, že do vyhlášky zavádějící principy BAT (Best Available Technologies) v evropských zemích aplikované pouze na fosilní zdroje, zavedla v roce 2010 vyhláškou 349/2010 Sb. z dílny MPO minimální účinnost i pro solární kolektory a fotovoltaické moduly [5]. Referenční dokument o BAT [6] pro energetickou účinnost přitom výslovně uvádí ve svém předmětu (Scope of dokument), že byl vytvořen pro prosazení ustanovení směrnice IPPC [7] a „nepojednává o obnovitelných nebo udržitelných zdrojích energie…“. Jak už jsem zmiňoval v minulé části, z nějakého důvodu jsme v ČR na obnovitelné zdroje energie přísnější než v jiné části světa (za hranicemi), jako by byly něčím, co přírodě škodí.

To, že v současné verzi vyhlášky z roku 2012 [1] fotovoltaika chybí, je už podružná věc. Od začátku v ní totiž chyběla i tepelná čerpadla, která zřejmě elektřinu z neobnovitelných zdrojů v ČR nevyužívají. Přestože je v současném znění vyhlášky několik fyzikálních chyb způsobených úředníkem při kopírování textu ze staré verze, je jí možné s výhodou použít (při znalosti věci) alespoň jako jednoduchý filtr na solární tepelné kolektory ve smyslu: účinné – neúčinné. Je možné se na ní odvolat jako na legislativní dokument právě v případě soudního sporu. A například program Nová Zelená úsporám nastavil minimální účinnost podle vyhlášky jako kritérium zápisu solárních kolektorů do seznamu výrobků a technologií (SVT). Solární kolektory, které minimální požadavek nesplňují, nejsou hodny podpory. Nakonec tedy byla nesmyslná snaha ze strany MPO alespoň účelně využita pro odstavení těch nejhorších kolektorů od dotací.

Abych vyprázdnil pohár skepse až do dna, je nutné bohužel konstatovat, že papír ze zkušebny dokládající jeho parametry, snese v některých případech všechno. Skutečnost, že solární kolektor má protokol o zkoušce, ještě nic neznamená. Například některé protokoly z nejmenované polské zkušebny byly zřejmě vystaveny na solární kolektory pracující na jiných než fyzikálních principech. Onu instituci v současnosti už v seznamu oprávněných zkušeben naštěstí nelze dohledat, s jejím dědictvím se potýkáme dodnes. Ve finále je to však problém firem, které solární kolektory s nadhodnocenými parametry účinnosti používají, protože v reálné instalaci nemohou dosáhnout slibovaného přínosu.

Skutečná kvalita konkrétního solárního kolektoru nainstalovaného na konkrétní střeše se nepozná snadno. Kolektory ať už ploché a zvlášť trubkové vakuové vypadají v podstatě všechny podobně. Zda jsou vakuové kolektory stále ještě vakuové (myšleno s vysokým vakuem na úrovni mPa) lze poznat orientačně změřením povrchové teploty zasklení (třeba i ohmatem), měla by být někde na úrovni teploty okolí i při jasném dnu. Energetická kvalita, účinnost či výkon konkrétních kusů nasazených v dané instalaci se v případě pochybností nepozná bez nasazení měření na místě a porovnáním měřeného výkonu s výkonem vypočteným komplexním matematickým modelem [8] v minutovém kroku, kde vstupem výpočtu jsou deklarované parametry kolektoru (charakteristika účinnosti, optická charakteristika) a provozní podmínky (klimatické, teplotní) identické s měřením. Druhým, podstatně dražším způsobem je demontáž a ověření solárního kolektoru v akreditované laboratoři.

Poděkování

Tento příspěvek vznikl za podpory Evropské unie, projektu OP VaVpI č. CZ.1.05/2.1.00/03.0091 – Univerzitní centrum energeticky efektivních budov.

Odkazy

Komentář recenzenta
Ing. Jiří Matějček, CSc.

Solární kolektor je jedním z nejdůležitějších konstrukčních prvků zařízení pro využívání sluneční energie. Autor článku upozorňuje na důležitost výběru vhodného typu, kvality kolektoru a jeho orientace vzledem ke světovým stranám.

English Synopsis
Mistakes in solar system installations: solar collectors

Second part of serial focuses on solar collectors. Basic axioms of solar thermal engineering are lost if designer or installation company wants to supply the a solar system at all „costs“. It is not easy to recognize the quality of solar collector at first sight. But i tis simpler and less expensive to make a cross-check of the solar collector than to replace one after another by new ones because of low heat output.