Účinnost solárních kolektorů v létě a zimě

Účinnost solárního kolektoru je jedním z hlavních parametrů, které rozhodují o výběru solárního kolektoru, respektive systému pro naši domácnost. Předtím, než se budeme věnovat tématu účinnosti solárních kolektorů v létě a zimě, je zapotřebí si ujasnit, co vlastně pojem účinnost solárního kolektoru znamená.

Charakteristika účinnosti

Účinností solárního kolektoru rozumíme schopnost využít sluneční energii a přeměnit ji na teplo. Jinak řečeno, účinnost solárního kolektoru je  dána poměrem získané tepelné energie k dopadající sluneční energii. Je třeba si uvědomit, že účinnost solárního kolektoru závisí na vícero faktorech, konkrétně:

• aktuálních klimatických podmínkách, tj. venkovní teplotě, intenzitě slunečního záření,
  
• instalaci solárních kolektorů, tzn. orientaci a sklonu, optických ztrátách na solárním kolektoru;
  
• tepelných ztrátách na solárním kolektoru.

V úvahu bereme konkrétní geografickou polohu (tj. konkrétní klimatické podmínky) a také fixní orientaci a sklon solárního kolektoru. Je zřejmé, že účinnost solárního kolektoru je nepřímo úměrná množství vzniklých optických a tepelných ztrát. Klíčovým faktorem, který ovlivňuje tepelný zisk solárního kolektoru, je samotná  konstrukce solárního kolektoru. V praxi se potkáváme se třemi základními typy solárních kolektorů, které můžeme využít v našich domácnostech na přípravu teplé užitkové vody (TUV) a podporu vytápění:

• plastové solární kolektory (tzv. bazénové kolektory),
• ploché solární kolektory,
• vakuové trubicové solární kolektory.  

Účinnost plastových kolektorů

Plastové kolektory jsou nejjednodušší a zároveň nejlevnější solární kolektory, které jsou vhodné pro  sezónní ohřev vody v bazénech, případně také na chaty, zahrady apod. Jejich podstatou je plastový absorbér, který zajišťuje přeměnu pohlcené energie ze slunečního záření na tepelnou energii, která se následně odvádí bazénovou vodou protékající přímo přes absorbér. Protože je teplota bazénové vody v létě často nižší než teplota vzduchu, může být zdrojem tepla nejenom sluneční záření, ale také okolní vzduch, čímž je zajištěna vysoká účinnost v tomto ročním období. Naopak, v zimním období, při velkých rozdílech mezi požadovanou teplotou bazénové vody a teplotou prostředí, jsou tyto kolektory prakticky nefunkční. Jejich provozní doba je tedy jen v průběhu letních měsíců a kolektory je vždy nutné vyprázdnit ještě před prvními mrazy.

Účinnost plochých kolektorů

Ploché kolektory jsou nejčastěji užívanými kolektory  na přípravu TUV, ohřívání bazénů a případně pro podporu vytápění. Typický kolektor se skládá z pláště kolektoru (obvykle v podobě hliníkové vany, absorbéru, tepelné izolace z minerální vlny s tloušťkou 40–70 mm (umístěná na zadní stěně a bočních stěnách pláště) a transparentního krytu.

Osvědčeným materiálem pro transparentní kryt je tvrzené sklo  odolné proti krupobití, s velmi nízkým obsahem železa,  s vysokou propustností pro dopadající světelné záření  a malou propustností pro unikající tepelné záření z kolektoru. Takto se dá dosáhnout až 95 % propustnosti slunečního záření. Sluneční záření prochází transparentním krytem a dopadá na absorbátor, který se zahřívá, a tak přeměňuje toto záření na teplo.

Absorbér bývá nejčastěji tmavě modrý, neboť tmavá barva absorbuje více slunečního záření než barva světlá. Teplo se v absorbéru předává teplonosné kapalině (vždy nemrznoucí kapalině), procházející trubkami absorbéru. Speciálním složením horní vrstvy a strukturou povrchu absorbéru se dá snížit vyzařování tepla a zlepšit parametry kolektoru. Z tohoto důvodu se povrch kolektoru často natírá tmavým nátěrem nebo takzvanou selektivní vrstvou, která významně zvyšuje účinnost kolektoru.

Navzdory výše uvedeným opatřením představují největší problém z pohledu tepelných ztrát ztráty přední stěnou kolektoru, které jsou  způsobeny konvekcí  – vzduch se v kolektoru ohřívá od teplejšího absorbéru a tím ho ochlazuje, odebírá mu teplo. Lze tedy předpokládat, že účinnost těchto kolektorů je silně závislá na aktuálním rozdílu teploty kolektoru a teploty prostředí. Běžně dostupné ploché kolektory vykazují průběrnou roční účinnost okolo 50 %