Ploché vs. vákuové solárne kolektory

Slnečná energia je jediný zdroj tepla, za ktorý neplatíte žiadnemu dodávateľovi – stačí ju len zachytiť a odovzdať do vody, ktorú doma reálne spotrebujete. Práve na to slúži solárny systém na ohrev teplej úžitkovej vody (TÚV): zostava kolektorov na streche, solárneho zásobníka, čerpadlovej jednotky a riadiacej elektroniky, ktorá celý proces automaticky vyhodnocuje a spúšťa. Systém dopĺňa, nenahrádza plnohodnotne hlavný zdroj tepla – kotol alebo tepelné čerpadlo – ale najmä v letných mesiacoch dokáže pokryť veľkú časť ohrevu TÚV bez toho, aby sa hlavný zdroj vôbec zapol.

Pri návrhu takejto zostavy padne skôr či neskôr jedna kľúčová otázka: ploché, alebo vákuové (rúrkové) kolektory? Odpoveď rozhoduje nielen o cene celej investície, ale aj o tom, ako sa systém bude správať v zime, na jar a na jeseň, ako dlho vydrží bez poruchy a či prežije aj nepríjemné počasie typu krupobitia. V tomto článku si rozdiel medzi oboma typmi vysvetlíme do detailu, ukážeme si aj ostatné komponenty, s ktorými kolektor musí spolupracovať (zásobník, riadenie, potrubie, uchytenie, expanzomat), a na záver sa pozrieme na dva reálne príklady z praxe.

Ak riešite solárny systém prvýkrát, odporúčame si popri tomto článku prečítať aj náš všeobecný rozcestník Ako vybrať solárny systém na ohrev vody, kde nájdete širší kontext výberu celej zostavy. Tu sa sústredíme predovšetkým na samotné kolektory a na to, čo k nim patrí.

Čo je solárny systém na ohrev vody a z čoho sa skladá

Solárny systém na ohrev vody, niekedy nazývaný aj teplovodná solárna zostava, nie je jedno zariadenie, ale súbor niekoľkých komponentov, ktoré musia navzájom spolupracovať:

• Solárne kolektory na streche – zachytávajú slnečné žiarenie a ohrievajú ním teplonosnú kvapalinu (zmes vody a nemrznúcej látky, aby okruh nezamrzol ani v zime).
• Solárny zásobník s výmenníkom tepla – tu sa teplo z teplonosnej kvapaliny odovzdá úžitkovej vode, ktorú si potom pustíte z kohútika.
• Čerpadlová jednotka – zabezpečuje obeh teplonosnej kvapaliny medzi kolektorom a zásobníkom.
• Riadiaca (solárna) jednotka – vyhodnocuje teploty a rozhoduje, kedy sa má čerpadlo zapnúť a kedy vypnúť.

Dôležité je hneď na začiatku zdôrazniť jednu vec, ktorú si mnohí zákazníci mýlia: solárny systém dopĺňa hlavný zdroj tepla, nenahrádza ho. V praxi to znamená, že v lete, keď je slnečného žiarenia dostatok a spotreba teplej vody nie je extrémna, dokáže solárna zostava pokryť ohrev TÚV takmer samostatne. V zime, keď je slnka málo a dní je krátko, sa váha automaticky presúva späť na kotol alebo tepelné čerpadlo – solárny systém len „prilieva" teplo, kedykoľvek je k dispozícii. Práve preto sa solár najčastejšie kombinuje s existujúcim zdrojom tepla, nie ako samostatné riešenie.

Táto kombinácia dvoch zdrojov tepla (slnko + kotol/tepelné čerpadlo) je aj dôvod, prečo má zmysel investovať do kvalitného riadenia a vhodne zvoleného zásobníka – viac o tom nájdete v článku Solárny ohrev ako doplnok ku kotlu.

Ploché vs. vákuové kolektory: hlavný rozdiel

Porovnanie hlavných rozdielov medzi plochými a vákuovými kolektormi.

Toto je jadro celého rozhodovania a stojí za to venovať mu viac priestoru. Na trhu existujú v zásade dva typy slnečných kolektorov na ohrev vody – ploché a vákuové (rúrkové). Oba robia v princípe to isté (zachytávajú slnečné žiarenie a menia ho na teplo), ale konštrukčne aj prevádzkovo sa výrazne líšia.

Ploché kolektory

Ploché kolektory majú absorpčnú plochu (tmavú kovovú platňu, ktorá pohlcuje slnečné žiarenie) krytú tvrdeným sklom, celé uložené v izolovanom hliníkovom ráme. Táto konštrukcia má niekoľko praktických výhod:

• Nižšia obstarávacia cena – ploché kolektory sú spravidla lacnejšie ako vákuové, a to nielen na kus, ale aj vrátane montážneho príslušenstva.
• Vyššia mechanická odolnosť – tvrdené sklo v pevnom ráme lepšie odolá napríklad krupobitiu, pádu konárov alebo mechanickému namáhaniu pri montáži, než tenšie sklenené rúrky vákuového kolektora.
• Postačujúci výkon pre bežné podmienky – v našich klimatických podmienkach (teda na Slovensku) ploché kolektory bežne postačujú na spoľahlivý ohrev TÚV, najmä ak je hlavným cieľom pokryť leto a prechodné obdobia.

Práve kombinácia nižšej ceny, vyššej odolnosti a dostatočného výkonu je dôvod, prečo sú ploché kolektory na Slovensku najčastejšou voľbou pre bežnú rodinnú domácnosť, ktorá chce v prvom rade ušetriť na ohreve TÚV bez zbytočne komplikovanej a drahej technológie.

Vákuové (rúrkové) kolektory

Vákuové kolektory fungujú na inom princípe – absorpčná plocha je uzavretá vo vákuovanej sklenej rúrke, ktorá funguje podobne ako termoska. Vákuum výrazne obmedzuje únik tepla späť do okolia, čo prináša inú sadu vlastností:

• Vyššia účinnosť pri nízkych vonkajších teplotách a nižšej intenzite slnečného žiarenia – teda práve vtedy, keď to ploché kolektory majú ťažšie (chladné dni, nižšie slnko na oblohe, zamračené počasie).
• Vyššia cena – vákuové kolektory sú drahšie ako ploché, a to platí aj pre porovnateľnú plochu.
• Väčšia krehkosť – sklenené vákuové rúrky sú citlivejšie na mechanické poškodenie než celoplošné tvrdené sklo plochého kolektora.

Vákuové kolektory teda dávajú najväčší zmysel tam, kde je dôležitý výkon aj mimo letných mesiacov – napríklad ak má systém okrem TÚV čiastočne prispievať aj k vykurovaniu, alebo ak je lokalita/orientácia strechy z hľadiska slnečného žiarenia menej priaznivá a potrebujete z každého lúča vyťažiť čo najviac.

Ktorý typ si vybrať?

Ak je vaším hlavným cieľom čo najjednoduchšie a cenovo dostupné pokrytie ohrevu teplej vody hlavne v lete a v prechodných mesiacoch, ploché kolektory sú v drvivej väčšine prípadov rozumnejšia voľba – nižšia cena, vyššia odolnosť a v našich podmienkach dostatočný výkon. Vákuové kolektory majú svoje opodstatnenie tam, kde potrebujete maximalizovať výťažok aj v období slabšieho slnečného žiarenia a ste ochotní zaplatiť za to vyššiu cenu a počítať s väčšou krehkosťou konštrukcie.

Ak sa v tejto fáze rozhodovania cítite neisto, odporúčame prejsť si aj náš všeobecnejší návod Ako vybrať solárny systém na ohrev vody, kde je táto téma zasadená do širšieho kontextu výberu celej zostavy (nielen kolektora, ale aj zásobníka, riadenia a rozvodov).

Riadiaca jednotka a čerpadlová skupina – ako systém rozhoduje, kedy hriať

Riadiaca jednotka rozhoduje o zapnutí a vypnutí obehového čerpadla podľa teplotného rozdielu.

Nech zvolíte ktorýkoľvek typ kolektora, sám osebe by bez zvyšku systému nebol na nič. Kľúčovú úlohu tu zohráva riadiaca (solárna) jednotka. Tá pomocou čidiel neustále porovnáva teplotu na kolektore a teplotu v zásobníku. Akonáhle je kolektor teplejší ako zásobník o vopred nastavený teplotný rozdiel, riadiaca jednotka zapne obehové čerpadlo solárnej skupiny – teplonosná kvapalina sa dá do pohybu, prenesie teplo z kolektora do zásobníka a celý cyklus sa opakuje. Keď rozdiel teplôt klesne pod nastavenú hranicu (napríklad večer, keď slnko zapadne), čerpadlo sa automaticky vypne, aby zbytočne neobiehalo studenú kvapalinu a nechladilo tak zásobník naspäť.

Samotné čerpadlo pritom v praxi nebýva osamotené – dodáva sa ako súčasť takzvanej čerpadlovej jednotky (solárnej čerpadlovej skupiny). Tá v jednom kompaktnom bloku obsahuje obehové čerpadlo, uzatváracie ventily, teplomery a manometre na kontrolu teploty a tlaku v okruhu, a poistný ventil. Výhoda tohto riešenia je predovšetkým v montáži a servise – všetko potrebné je na jednom mieste, inštalatér nemusí jednotlivé prvky zháňať a zapájať samostatne, a pri prípadnej údržbe alebo poruche je aj diagnostika jednoduchšia.

Podrobnejšie o tom, ako presne riadiace jednotky a čerpadlové skupiny fungujú a na čo si dať pri výbere pozor, píšeme v samostatnom článku Riadiace jednotky a čerpadlové skupiny solárnych systémov.

Solárny zásobník – kde sa teplo zo slnka stretáva s vodou z kohútika

Solárny zásobník sa na prvý pohľad podobá klasickému bojleru, no má jednu podstatnú konštrukčnú odlišnosť – oproti bežnému bojleru má navyše aspoň jeden výmenník tepla napojený na solárny okruh. Veľmi často má dokonca výmenníky dva: jeden pre solárny okruh a druhý pre dokurovanie kotlom, keď slnečnej energie nie je dosť.

Princíp je pritom nepriamy – teplonosná kvapalina zo solárneho okruhu neprichádza nikdy do priameho kontaktu s úžitkovou vodou. Cirkuluje oddelene, v uzavretom okruhu, a teplo odovzdáva úžitkovej vode výlučne cez stenu výmenníka. Vďaka tomu sa nemrznúca zmes z kolektorov nikdy nezmieša s vodou, ktorú si pustíte z kohútika alebo zo sprchy – ide o dva úplne oddelené okruhy, ktoré sa len „stretávajú" na výmenníku tepla.

Voľba správnej veľkosti a konštrukcie solárneho zásobníka (napríklad či bude mať jeden alebo dva výmenníky) závisí od veľkosti domácnosti, spotreby teplej vody a od toho, akým spôsobom bude systém dokurovaný. Tejto téme sa podrobne venujeme v článku Aký solárny zásobník potrebujem.

Rozvody: potrubie a izolácia medzi kolektorom a technickou miestnosťou

Dve bežné riešenia rozvodu medzi kolektorom a technickou miestnosťou.

Kolektor na streche a zásobník v technickej miestnosti musí niečo prepojiť – a práve táto, na prvý pohľad nenápadná časť systému, má priamy vplyv na to, koľko tepla sa cestou stratí a ako dlho montáž potrvá. V princípe existujú dve bežné riešenia:

Klasické medené alebo nerezové potrubie

Tradičný spôsob je klasické medené alebo nerezové potrubie, ktoré sa následne izoluje samostatne priamo na mieste montáže – teda na streche, v šachte aj v technickej miestnosti. Nerezové potrubie vo forme vlnovca (ohybná rúrka s vlnitým povrchom) sa pritom oceňuje najmä pre svoju odolnosť voči vysokým teplotám, ktoré môže solárna kvapalina v lete pri plnom slnku dosahovať, a pre flexibilitu pri prechode cez rohy a prestupy v konštrukcii budovy.

Predizolovaná flexi rúrka 2v1

Druhou možnosťou je predizolovaná flexi rúrka 2v1, ktorá spája prívod aj spiatočku v jednom ohybnom, už izolovanom plášti. Výhoda tohto riešenia je predovšetkým v rýchlosti montáže – keďže izolácia je súčasťou rúrky už z výroby, montážna firma ju nemusí dodatočne izolovať na streche ani v šachte, čo pri klasickom riešení vie zabrať citeľný čas (a teda aj náklady na prácu).

Ktoré riešenie zvoliť, závisí od konkrétnej stavebnej situácie (dĺžka trasy, počet prestupov, prístupnosť strechy) a od preferencií montážnej firmy. Viac o oboch variantoch, vrátane toho, čo znamená označenie „vlnovec" a prečo sa v solárnej technike používa práve nerez, nájdete v článku Solárne potrubie a nerezové vlnovce – ako fungujú.

Uchytenie kolektorov podľa typu strechy

Kolektor sám osebe je len polovica úlohy – potrebuje aj spoľahlivé uchytenie, ktoré vydrží desiatky rokov vystavené vetru, dažďu, snehu aj teplotným výkyvom. Montážna konštrukcia sa preto vždy volí podľa typu strechy (alebo inej montážnej plochy):

• Šikmá strecha – rôzne typy krytiny (škridla, plech, bobrovka) vyžadujú rôzne kotviace prvky, ktoré sa upevňujú priamo do krokvy alebo laty pod krytinou.
• Plochá strecha – tu sa používa konštrukcia s nastaviteľným sklonom, zvyčajne aspoň 15°. Tento sklon nie je náhodný – zabezpečuje, aby sa kolektor dokázal prirodzene samočistiť dažďom (na úplne rovnej ploche by sa naopak držala špina a prípadne aj voda).
• Fasáda alebo terén (zem) – alternatívne riešenie tam, kde strecha z rôznych dôvodov nie je vhodná alebo dostupná.

Dôležité je, že montážna konštrukcia musí presne zodpovedať rozmerom konkrétneho typu a modelu kolektora – nejde teda o univerzálny diel, ale o riešenie „na mieru" danej kombinácii kolektor + typ strechy.

Práve táto konkrétna sada je dobrým príkladom toho, ako úzko spolu montážne príslušenstvo a typ kolektora súvisia – je určená presne pre plochý kolektor KS 2100F s plochou 1,82 m² a plochú strechu so sklonom do 15°. Ak riešite montáž na iný typ strechy alebo iný model kolektora, budete potrebovať inú konštrukciu. Podrobný prehľad možností uchytenia pre všetky typy striech nájdete v článku Uchytenie kolektorov – šikmá strecha, plochá strecha, fasáda.

Expanzomat, tlak a plnenie solárneho okruhu

Solárny okruh je uzavretý, tlakový systém – to znamená, že teplonosná kvapalina v ňom cirkuluje v uzavretej slučke pod tlakom, podobne ako klasický vykurovací okruh. Keďže sa kvapalina počas horúcich letných dní zohreje na vysoké teploty, jej objem sa tepelnou rozťažnosťou zväčšuje. Aby táto rozťažnosť nespôsobila poškodenie potrubia alebo komponentov, je súčasťou okruhu expanzná nádoba (expanzomat), ktorá dokáže tento nárast objemu bezpečne pojať.

Plnenie a odvzdušnenie solárneho okruhu prebieha cez plniace ventily pomocou ručnej alebo elektrickej plniacej pumpy – princípom je to veľmi podobné ako pri plnení bežného vykurovacieho okruhu. Tento krok je dôležitý najmä preto, že vzduchové bubliny v okruhu by bránili správnemu obehu teplonosnej kvapaliny a znižovali by účinnosť prenosu tepla medzi kolektorom a zásobníkom.

Servis a pravidelná kontrola tlaku v okruhu, prípadne dopĺňanie alebo výmena teplonosnej kvapaliny, patria medzi bežné úkony údržby solárneho systému. Čo všetko servis solárneho systému obnáša a aké poruchy sa vyskytujú najčastejšie, sa dočítate v článku Servis, plnenie a časté poruchy solárnych systémov.

Ako sa rozhodnúť: zhrnutie pre ploché a vákuové kolektory

Ak by sme mali celé rozhodovanie zhrnúť do niekoľkých viet: ploché kolektory sú spoľahlivá, cenovo dostupná a mechanicky odolná voľba, ktorá v našich klimatických podmienkach bežne postačuje na ohrev teplej úžitkovej vody – najmä ak je hlavným cieľom pokryť leto a prechodné obdobia a doplniť tak hlavný zdroj tepla. Vákuové kolektory majú svoje miesto tam, kde je potrebná vyššia účinnosť aj pri nižších teplotách a slabšom slnečnom žiarení, za cenu vyššej obstarávacej ceny a väčšej krehkosti konštrukcie.

Bez ohľadu na to, ktorý typ kolektora zvolíte, výsledný komfort a životnosť systému rovnako závisia od kvality ostatných komponentov – solárneho zásobníka, riadiacej jednotky, čerpadlovej skupiny, rozvodov aj montážnej konštrukcie. Práve preto odporúčame pozerať sa na solárny systém vždy ako na celok, nie len ako na výber jedného komponentu. Ak plánujete montáž svojpomocne alebo len chcete vedieť, čo vás čaká, prejdite si aj náš postup Montáž solárneho systému – postup krok za krokom.

Reálne príklady z praxe

Orientačné ceny vybraných komponentov spomínaných v článku.

Príklad 1: Rodinný dom so sedlovou strechou a plynovým kotlom

Štvorčlenná rodina v rodinnom dome so sedlovou (šikmou) strechou kryta škridlou vykuruje plynovým kotlom a rovnaký kotol im doteraz ohrieval aj celoročne teplú úžitkovú vodu. Majitelia sa rozhodli doplniť ohrev vody o solárny systém s cieľom znížiť spotrebu plynu najmä v letných mesiacoch, keď kotol beží prakticky výhradne kvôli ohrevu vody a nie kvôli vykurovaniu priestoru.

Vzhľadom na sedlovú strechu s bežným sklonom bola voľba montážnej konštrukcie jednoduchá – kotviace prvky určené priamo pre škridlovú krytinu, upevnené do krokiev pod strechou. Pri výbere typu kolektora sa rodina rozhodla pre ploché kolektory – hlavným dôvodom bola nižšia cena a fakt, že primárnym cieľom bolo pokryť práve letné mesiace, kedy ploché kolektory bežne postačujú. Do zostavy pribudol solárny zásobník s dvoma výmenníkmi (jeden pre solárny okruh, druhý pre dokurovanie existujúcim plynovým kotlom), čerpadlová jednotka a riadiaca jednotka, ktorá porovnáva teplotu kolektora a zásobníka a podľa toho spína obeh. Rozvod medzi kolektormi na streche a technickou miestnosťou v suteréne bol riešený klasickým nerezovým potrubím vo forme vlnovca, keďže trasa viedla cez už existujúcu inštalačnú šachtu, kde bola dodatočná izolácia na mieste rýchlo realizovateľná.

Príklad 2: Bungalov s plochou strechou a novostavbou v prechodnom období

Pri novostavbe bungalovu s plochou strechou riešili majitelia otázku uchytenia kolektorov inak než v predchádzajúcom príklade – plochá strecha si vyžaduje montážnu konštrukciu s nastaviteľným sklonom (v tomto prípade nastavenú na 15°, aby sa kolektor dokázal prirodzene samočistiť dažďom a nezachytávala sa na ňom voda ani nečistoty). Keďže investor plánoval využívať dom celoročne vrátane chladnejších prechodných mesiacov (jar, jeseň) a chcel z investície vyťažiť čo najviac aj mimo najteplejších letných týždňov, po zvážení oboch možností sa rozhodol pre vákuové kolektory – teda variantu s vyššou obstarávacou cenou, ale lepším výkonom práve pri nižších vonkajších teplotách a slabšom slnečnom žiarení.

Pri rozvode medzi strechou a technickou miestnosťou zvolil investor predizolovanú flexi rúrku 2v1 – hlavným argumentom bola rýchlosť montáže počas výstavby, kedy bola trasa cez strop a stenu prístupná len počas krátkeho okna pred zateplením a dokončovacími prácami. Vďaka tomu, že rúrka je izolovaná už z výroby, sa montážna firma vyhla dodatočnej izolácii na mieste a inštaláciu stihla v rámci plánovaného harmonogramu.

Časté otázky (FAQ)

Aký je hlavný rozdiel medzi plochým a vákuovým kolektorom?

Ploché kolektory majú absorpčnú plochu krytú tvrdeným sklom v izolovanom ráme – sú lacnejšie a mechanicky odolnejšie, napríklad voči krupobitiu. Vákuové (rúrkové) kolektory majú vyššiu účinnosť pri nízkych vonkajších teplotách a nižšej intenzite slnečného žiarenia, sú však drahšie a krehkejšie.

Ktorý typ kolektora je vhodnejší pre bežný rodinný dom na Slovensku?

Pre bežný ohrev teplej úžitkovej vody v našich klimatických podmienkach ploché kolektory zvyčajne postačujú – kombinujú nižšiu cenu a vyššiu mechanickú odolnosť s dostatočným výkonom. Vákuové kolektory dávajú väčší zmysel tam, kde je dôležitý výkon aj mimo letných mesiacov.

Dokáže solárny systém úplne nahradiť kotol alebo tepelné čerpadlo?

Nie. Solárny systém dopĺňa hlavný zdroj tepla, neplnohodnotne ho nahrádza. Najviac pokryje ohrev teplej úžitkovej vody v lete, kým v zime a pri nižšej intenzite slnečného žiarenia zostáva hlavným zdrojom tepla naďalej kotol alebo tepelné čerpadlo.

Odolajú ploché kolektory krupobitiu?

Ploché kolektory sú vďaka konštrukcii s tvrdeným sklom v izolovanom ráme mechanicky odolnejšie, napríklad práve voči krupobitiu, v porovnaní s vákuovými kolektormi, ktorých sklenené rúrky sú krehkejšie.

Prečo solárna kvapalina neprichádza do kontaktu s vodou, ktorú pijeme alebo v ktorej sa sprchujeme?

Pretože sa v solárnom zásobníku ohrieva voda nepriamo, cez výmenník tepla. Teplonosná (solárna) kvapalina cirkuluje oddelene, v uzavretom okruhu, a s úžitkovou vodou sa nikdy nezmieša.

Prečo sa čerpadlo v solárnej zostave nezapína neustále, len keď svieti slnko?

Pretože riadiaca (solárna) jednotka pomocou čidiel priebežne porovnáva teplotu na kolektore a v zásobníku. Čerpadlo obehovej solárnej skupiny sa zapne až vtedy, keď je kolektor teplejší ako zásobník o vopred nastavený teplotný rozdiel – inak by čerpadlo mohlo zásobník naopak zbytočne ochladzovať.

Aký je rozdiel medzi klasickým potrubím a flexi rúrkou 2v1?

Klasické medené alebo nerezové potrubie (napríklad vo forme vlnovca) sa izoluje dodatočne priamo na mieste montáže. Predizolovaná flexi rúrka 2v1 spája prívod aj spiatočku v jednom ohybnom, už izolovanom plášti, čím skracuje čas montáže, keďže sa nemusí izolovať dodatočne na streche ani v šachte.

Prečo majú konštrukcie na plochú strechu nastaviteľný sklon 15° a viac?

Kolektor uchytený na plochej streche potrebuje aspoň minimálny sklon (zvyčajne 15° alebo viac), aby sa dokázal prirodzene samočistiť dažďom – na úplne rovnej ploche by sa naopak držala špina a voda.

Čo je expanzomat a prečo ho solárny okruh potrebuje?

Expanzomat je expanzná nádoba, ktorá je súčasťou uzavretého, tlakového solárneho okruhu. Kompenzuje objemovú rozťažnosť teplonosnej kvapaliny pri vysokých teplotách, ktoré kolektor dosahuje najmä počas slnečných letných dní.

Súvisiace témy

• Ako vybrať solárny systém na ohrev vody
• Aký solárny zásobník potrebujem
• Solárne potrubie a nerezové vlnovce – ako fungujú
• Riadiace jednotky a čerpadlové skupiny solárnych systémov
• Uchytenie kolektorov – šikmá strecha, plochá strecha, fasáda
• Solárny ohrev ako doplnok ku kotlu
• Montáž solárneho systému – postup krok za krokom
• Servis, plnenie a časté poruchy solárnych systémov
• Časté otázky o solárnych zostavách a kolektoroch

Máte otázku k solárnym systémom alebo kolektorom?

Neviete sa rozhodnúť alebo riešite konkrétnu situáciu vo vašej domácnosti? Napíšte nám – radi poradíme.

Meno a priezvisko Nevypĺňajte toto pole:

Email

Správa