FOTOVOLTAICKÉ SYSTÉMY

JH Solar – Teplo ze slunce až domů

Proč Ministerstvo životního prostředí podporuje neúčinný fotovoltaický ohřev vody a dotuje zvyšování emisí?

Zásobníkové ohřívače vody pro ohřev fotovoltaickými systémy

	Objem zásobníku	Cena bez DPH
LX ACDC/M+K A.B.C 100	100	13 636 Kč
LX ACDC/M+K A,B,C 125	125	13 967 Kč
LX ACDC/M+K A,B,C 160	160	14 380 Kč
LX ACDC/M+K A,B,C 200	200	15 207 Kč
M = výstup proudu z fotovoltaických panelů z ohřívače vody K = vnitřní trubkový výměník 1,0 m2 Spirála DC = A = 1,0 kW, B = 1,5 kW, C = 2,0 kW

	Objem zásobníku	Cena bez DPH
LX ACDC/M+KW A,B,C 200	200	15 455 Kč
M = výstup proudu z fotovoltaických panelů z ohřívače vody K = vnitřní trubkový výměník 1,0 m2 Spirála DC = A = 1,0 kW, B = 1,5 kW, C = 2,0 kW

Zásobníkové ohřívače vody typu OKC, OKCE a akumulační nádrže typu NAD, NADO lze doplnit LXDC set 1-4 kW nebo 1-6 kW.

Nosné konstrukce pro fotovoltaické systémy

Zpracování cenové nabídky je možné po upřesnění typu fotovoltaických panelů.

Využití fotovoltaických systémů pro ohřev vody

Vzhledem k mediálnímu tlaku a zavádějícím informacím ohledně porovnání fotovoltaických a fototermických systémů na ohřev vody, jsme se rozhodli zveřejnit malé porovnání. To, že oba systémy využívají sluneční energii a přeměňují ji na jinou, je asi jediný společný cíl obou systémů. Zatímco fototermický systém přeměňuje sluneční energii na teplo, tak fotovoltaika vyrábí energii elektrickou. Reálná účinnost fototermického systému je 35 až 45 %, u fotovoltaického systému je to 5 až 15 %. Z tohoto vyplývá, že na stejný energetický přínos je zapotřebí zhruba čtyřnásobná plocha fotovoltaiky oproti fototermice.

V současné době jsou za podpory masivní reklamy uváděny na trh výrobky určené pro využití fotovoltaického systému na ohřev vody. Bohužel, tyto výrobky mají několik velkých nedostatků. Hlavní nevýhodou tohoto řešení je umístění obou topných těles (AC i DC) ve spodní části zásobníku. Toto řešení nám neumožňuje zvýhodnit energii fotovoltaického systému před obvyklým zdrojem energie. V praxi to vypadá následovně: pomocí konvenčního zdroje energie (elektřina ze sítě, kotel) musíme neustále udržovat celý objem boileru na nějaké minimální teplotě (40°C) a fotovoltaické těleso dohřívá pouze na teplotu vyšší. Druhým velkým nedostatkem je elektrické zapojení obou těles. Aby bylo možné provozovat těleso na stejnosměrný proud od FV, boiler musí být připojený na stálých 230 V AC. Toto zapojení nás limituje v použití takovéhoto systému např. v chatách, kde není trvalý el.proud a samozřejmě pak nelze zásobník ohřát v případě výpadku proudu ze sítě.

Pro odstranění těchto nedostatků vyvinula společnost Thermosolar s výrobcem boilerů Tatramat kombinované boilery o objemu 120, 200 a 300 l jak v závěsném, tak v stacionárním provedení. Boilery tedy mají dohřívací DC těleso od FV ve spodní části, klasické těleso 230 V ve střední části a výměník od jiného zdroje v horní části. Obě tělesa jsou zapojena nezávisle, tudíž je možný provoz pouze boileru na FV energii.

U klasického fototermického systému je nejlacinější energie – sluneční – předávána ve výměníku, který je ve spodní části zásobníku. Dohřev vody probíhá přes horní výměník, nebo elektropatronu. I zde je možno využít fotovoltaický systém například pro pohon oběhového čerpadla.

Při výběru, jaký systém pro ohřev teplé vody vybrat, by měl zákazník ještě vědět a zohlednit:

• FT (fototermika ) má prakticky konstantní výkon po celou dobu její životnosti. Pro FV ( fotovoltaiku ) se udává nejčastěji 10 % pokles výkonu do 10-ti let, 20 % pokles do 25 let
• FT má delší životnost než moderní FV panely s články zalaminovanými v TEDLAR nebo EVA fóliích. Nejstarší FV panely měly články mezi dvěma skly, což mělo pozitivní vliv na životnost. Dnes je nutné za toto provedení připlatit.
• FV je podstatně náchylnější na výrazné snížení výkonu při částečném zastínění článku (panelu) např. komínem, satelitem, ptačím trusem, listem ze stromu, prachem apod.
• vyšší účinnost FV vůči FT v zimě, má malý reálný význam pro nízkou intenzitu slunečního záření (solární příkon – letní půlrok 75%, zimní půlrok 25%). FV i FT budou v zimě dožadovat dohřev vody, přičemž účinnost FT při nízkých teplotách ohřívané vody bude i v tomto případě vyšší.
• vyšší účinnost FV při ohřevu vody nad 100° C je prakticky nevyužitelná, pokud nechceme z boileru vyrobit parní kotel.
• na střeše RD bude v létě docházet k většímu „přehřívání“ FV a FT systémů než na volných plochách. Zatímco u FT to bude výkon zvyšovat, tak u FV to bude naopak.

Akumulační schopnost různých forem energie:

• jednu kWh tepla je možné akumulovat v cca 15 l vody v ceně 900 – 1 200,- Kč ( DT = 58 k). V Německu existuje cca 1300 solárních domů se sezónními zásobníky tepla. 1000 kWh stačí pro nízkoenergetický dům na temperování v zimě, a toto je možné akumulovat v cca 20 m3 zásobníku, který má cenu cca 840 000,- Kč
• akumulátor pro 1000 kWh el. energie bude stát cca 56 mil. Kč

Teoretický výpočet ekonomických parametrů a energetických přínosů jednotlivých systémů

(výběr z přednášky doc. Ing. Tomáše Matušky, Ph.D. – ČVUT prezentované na výstavě Aquatherm v Praze 03/2014)

Cílem přednášky bylo porovnat FT systém, FV bez sledování max. výkonu a FV se sledováním MPPT za srovnatelných podmínek (odběru tepla, klimatické podmínky) stejným výpočtovým nástrojem (TRNSYS) za použití stejného modelu zásobníku.

Výpočtové podmínky:

• typický meteorologický rok pro Prahu (TMY)
• konzervativní údaje o slunečním záření
• roční úhrn na vodorovnou rovinu 998 kWh/m².rok
• odběr teplé vody
  160 l/den teplé vody 55 °C, studená voda 10 °C
  denní profil pro domácnost podle ČSN EN 15450, přepočítaný na 160 l/den
  potřeba tepla 2767 kWh/rok
• není zapojený el. dohřev

Porovnávány byly FV systémy obsahující 8 panelů o výkonu 8 x 250 W = 2 kWp (dle tabulky NOCT ovšem 1440 W) o celkové ploše 13,16 m² ve spojení se zásobníkem 195 l. Ve výpočtu nebylo uvažováno s degradací účinností FV panelu během let provozu. Uvažované elektrické ztráty 2 %.

Pro fototermický systém bylo počítáno s 2 x kolektor TS 500 o celkové ploše 4,52 m², napojené na 200 l boiler s výměníkem o ploše 1 m², uvažované ztráty potrubí kolektorového okruhu (18x1 mm) délka 40 m a uvažovaná spotřeba elektrické energie na pohon čerpadla 25 W.

Výsledky simulace:

Systém	dohřev kWh/rok	využité zisky kWh/rok	solární podíl %
FV MPPT off	1964	803	29
FV MPPT on	1442	1325	48
FT	1090	1677	61

Druhý sloupec „dohřev…“ znamená kolik energie bude zapotřebí dodat jiným zdrojem do systému během roku k zajištění konstantního pokrytí a třetí sloupec „využitelné zisky“ uvádí přínos od alternativního zdroje.

Z tabulky je patrné, že systém bez sledování výkonu je výrazně horší oproti ideálnímu MPPT ( asi o 40 % nižší produkce), FT systém je i oproti systému FV MPPT on o 20 % účinnější. Ve srovnání FT a FV MPPT off je zde asi o 52% vyšší produkce.

Výpočtový program simuluje tepelné zisky během celého roku.

Z grafu je vidět, že FT systém je během celého roku přínosnější než oba FV systémy (toto platí i během zimních měsíců XI – III, kdy někteří tvrdí, že fototermika vůbec nepracuje).

Pro ekonomickou bilanci bylo kalkulováno s pořizovacími náklady na:

FV MPPT off ve výši 65 000,- Kč

(FV panely, zásobník TV s DC tělesem, konstrukce na střechu, rozvaděč s ochranami, kabeláž 20 m …,

Z toho montáž pouze 5000,-Kč)

Pro FV MPP on bylo počítáno s cenou 90 000,- Kč (cenový nárůst + 25 000,- Kč za regulátor s MPPT)

FT ohřev vody 85 000,- Kč
(FT kolektory + příslušenství, nosná konstrukce, zásobník TV, čerpadlová skupina, regulátor, kapalina, potrubí, izolace… , z toho montáž 15 000,-Kč)

• cena el. Energie uvažovaná 2,5,- Kč / kWh
• roční růst ceny 5 %
• FT systém: po 5 letech výměna kapaliny
• FT systém: započtení spotřeby elektřiny na pohon čerpadla

Ekonomické porovnání

Pro připomenutí: nebylo počítáno s degradací a snižováním výkonu u FV, diskutabilní je cena montáže celého FV systému (5000,-), delší interval výměny kapaliny ve FT….

Shrnutí porovnání obou systémů:

Plocha střechy potřebná pro stejný výkon: FV = 13,6 m²Plocha střechy potřebná pro stejný výkon: FV = 13,6 m², FT = 4,52 m²

Návratnost (dle modelu): FT = 13 let, v případě dotace NZÚ 8 let
FV MPPT off = 19 let
FV MPPT on = 16 let

• U zásobníků Logitex AC i DC topné těleso ve spodní části, FV dohřívá vodu nad 40°C, tělesa si vzájemně konkurují
• Hledisko požární bezpečnosti – nevýhoda u FV systémů
• Životnost:
  FT – ověřená životnost 40 let
  FV – předpokládaná životnost 20 let, pokles výkonu, náklady spojené s likvidací (nebezpečný odpad)

Pro názornou ukázku přidáváme denní záznamy z měření, přepočtené na 1 m² plochy: