Solárny ohrev ako doplnok ku kotlu

Slnko dopadá na strechu domu zadarmo každý deň, no drvivá väčšina domácností ho na ohrev vody vôbec nevyužíva – kotol alebo tepelné čerpadlo tak musí naskočiť aj v horúci júlový deň len preto, aby ohrialo pár desiatok litrov teplej úžitkovej vody na sprchovanie. Solárny ohrev ako doplnok ku kotlu je presne o tomto: nejde o náhradu hlavného zdroja tepla, ale o rozumné doplnenie, ktoré v teplých mesiacoch prevezme veľkú časť ohrevu TÚV a odľahčí kotol od zbytočného cyklovania.

Solárny systém na ohrev vody (teplovodná solárna zostava) pozostáva zo solárnych kolektorov umiestnených na streche, ktoré ohrievajú teplonosnú kvapalinu – zmes vody a nemrznúcej látky – ďalej zo solárneho zásobníka s výmenníkom tepla, z čerpadlovej jednotky, ktorá zabezpečuje obeh kvapaliny, a z riadiacej jednotky, ktorá celý proces vyhodnocuje a spína. Všetky tieto komponenty tvoria uzavretý, samostatný okruh, ktorý sa napája na existujúci vykurovací systém domácnosti len v bode solárneho zásobníka.

V tomto článku si rozoberieme, z čoho sa solárna zostava reálne skladá, aký je rozdiel medzi plochými a vákuovými kolektormi, ako funguje solárny zásobník, riadiaca jednotka aj čerpadlová skupina, akým spôsobom sa rieši rozvod potrubia a uchytenie kolektorov na rôzne typy striech, a napokon aj to, prečo solárny okruh potrebuje vlastnú expanznú nádobu a pravidelné plnenie. Ak zvažujete solárny doplnok ku svojmu kotlu, tento prehľad vám pomôže pochopiť, do čoho reálne investujete a čo od takého systému môžete a nemôžete očakávať.

Solárna zostava pozostáva zo štyroch vzájomne prepojených komponentov.

Čo presne obsahuje solárna zostava a ako spolupracuje s kotlom

Solárny systém nie je jedno zariadenie, ale súčet viacerých vzájomne prepojených komponentov. Na streche sú umiestnené solárne kolektory, ktorých úlohou je zachytiť slnečné žiarenie a premeniť ho na teplo v teplonosnej kvapaline – zmesi vody a nemrznúcej látky, ktorá musí odolávať mrazu v zime aj vysokým teplotám v lete, keď kolektor nie je odoberaný (napríklad počas dovolenky). Táto kvapalina cirkuluje uzavretým okruhom smerom do technickej miestnosti, kde odovzdá teplo cez výmenník v solárnom zásobníku.

Solárny zásobník je centrálnym bodom, kde sa stretáva solárny okruh s existujúcim vykurovacím systémom domácnosti. Kotol (plynový, elektrický alebo iný zdroj tepla) do zásobníka naďalej dokuruje vodu na požadovanú teplotu vždy, keď slnečného tepla nie je dostatok – v praxi to znamená, že systém dopĺňa hlavný zdroj tepla, no plnohodnotne ho nenahrádza. Najviac dokáže solárna zostava pokryť práve ohrev teplej úžitkovej vody v letných mesiacoch, kedy je slnečného žiarenia dostatok a spotreba tepla na vykurovanie miestností je minimálna alebo nulová.

Riadiaca jednotka je „mozgom" celej zostavy – porovnáva teplotu na kolektore s teplotou v zásobníku a na základe tohto rozdielu rozhoduje, kedy má zmysel spustiť obeh. Čerpadlová jednotka je zase „srdcom" – fyzicky zabezpečuje pohyb kvapaliny okruhom. Bez ktoréhokoľvek z týchto prvkov by systém buď vôbec nefungoval, alebo by fungoval neefektívne (napríklad by čerpadlo bežalo aj vtedy, keď je kolektor chladnejší ako zásobník, čím by teplo naopak odoberalo namiesto dodávania). Kompletný prehľad toho, ako si vybrať vhodnú zostavu pre konkrétny dom, nájdete v článku Ako vybrať solárny systém na ohrev vody.

Výber typu kolektora závisí od toho, či ide hlavne o letný ohrev alebo o výkon aj mimo sezóny.

Ploché alebo vákuové kolektory – ako si vybrať

Pri výbere kolektora sa takmer vždy rieši otázka, či zvoliť plochý alebo vákuový (rúrkový) typ. Ploché kolektory majú absorpčnú plochu krytú tvrdeným sklom uloženým v izolovanom ráme. Ich hlavnou výhodou je nižšia obstarávacia cena a väčšia mechanická odolnosť – znesú napríklad krupobitie lepšie než krehkejšie vákuové rúrky. Pre bežný ohrev teplej úžitkovej vody v našich klimatických podmienkach ploché kolektory spravidla plne postačujú a sú preto najčastejšou voľbou pri doplnkovom solárnom ohreve ku kotlu.

Vákuové (rúrkové) kolektory naopak dosahujú vyššiu účinnosť najmä pri nízkych vonkajších teplotách a pri nižšej intenzite slnečného žiarenia – teda typicky v zime, na jar alebo na jeseň, keď slnko nesvieti tak silno a vzduch je studený. Táto vlastnosť má však svoju cenu doslova aj obrazne: vákuové kolektory sú drahšie a krehkejšie ako ploché varianty. Pri rozhodovaní preto záleží najmä na tom, akú úlohu má solárny systém v konkrétnej domácnosti zohrávať – ak je cieľom najmä lacný letný ohrev TÚV ako doplnok ku kotlu, ploché kolektory sú logickou a ekonomickejšou voľbou. Ak je naopak snaha získať čo najviac slnečnej energie aj mimo letných mesiacov, vákuové kolektory ponúkajú lepší výkon za cenu vyššej investície a nutnosti opatrnejšieho zaobchádzania pri montáži aj počas prevádzky (napríklad pri čistení snehu zo strechy).

Podrobnejšie porovnanie oboch typov kolektorov vrátane ich vhodnosti pre rôzne typy budov nájdete v samostatnom článku Ploché vs. vákuové solárne kolektory. Tam sa dozviete aj to, na čo všetko myslieť pri výbere konkrétneho modelu.

Solárny zásobník – zásobník s dvoma výmenníkmi tepla

Bežný elektrický bojler nie je pre solárny ohrev vhodný, pretože nemá výmenník napojený na solárny okruh. Solárny zásobník má oproti štandardnému bojleru navyše aspoň jeden výmenník tepla, ktorý je pripojený práve na solárny okruh – veľmi často má dokonca dva výmenníky, pričom druhý slúži na dokurovanie kotlom, keď solárna energia nestačí. Vďaka tomuto usporiadaniu sa voda v zásobníku ohrieva nepriamo: solárna teplonosná kvapalina cirkuluje oddelene vo svojom uzavretom okruhu a nikdy neprichádza do priameho kontaktu s úžitkovou vodou, ktorú si doma pustíte z kohútika.

Toto oddelenie je dôležité hneď z dvoch dôvodov. Po prvé, teplonosná kvapalina v solárnom okruhu obsahuje nemrznúcu zložku a nie je určená na priamy kontakt s pitnou vodou. Po druhé, vďaka dvom nezávislým výmenníkom môže zásobník prijímať teplo súčasne z dvoch rôznych zdrojov – zo slnka cez solárny okruh a z kotla cez klasický vykurovací okruh – a inteligentne kombinovať oba zdroje podľa toho, ktorý je v danej chvíli k dispozícii. V praxi to znamená, že v slnečný letný deň dodá teplo takmer výhradne solárny okruh, zatiaľ čo v zamračený zimný deň prevezme takmer celú záťaž kotol cez druhý výmenník – zásobník sám osebe medzi týmito režimami neprepína manuálne, len fyzicky prijíma teplo z toho zdroja, ktorý je v danom momente teplejší.

Výber správnej veľkosti a konfigurácie solárneho zásobníka závisí od počtu členov domácnosti, od plochy kolektorov aj od toho, či má zásobník slúžiť len na TÚV, alebo má čiastočne prispievať aj k vykurovaniu. Detailný návod na výber konkrétneho zásobníka nájdete v článku Aký solárny zásobník potrebujem.

Riadiaca jednotka a čerpadlová skupina – mozog a obeh systému

Riadiaca (solárna) jednotka nepretržite porovnáva teplotu na kolektore a teplotu v zásobníku pomocou čidiel umiestnených na oboch miestach. Akonáhle je kolektor teplejší ako zásobník o vopred nastavený teplotný rozdiel, riadiaca jednotka zapne obehové čerpadlo solárnej skupiny a teplo sa začne prenášať do zásobníka. Keď sa rozdiel zmenší pod nastavenú hranicu (napríklad večer, keď slnko zapadá, alebo keď je zásobník už dostatočne nahriaty), čerpadlo sa opäť vypne – systém tak pracuje automaticky, bez nutnosti manuálneho zásahu.

Čerpadlová jednotka fyzicky zabezpečuje obeh teplonosnej kvapaliny a v jednom kompaktnom bloku spravidla obsahuje samotné obehové čerpadlo, uzatváracie ventily, teplomery a manometre na kontrolu teploty a tlaku v okruhu, a poistný ventil pre prípad nadmerného tlaku. Toto kompaktné riešenie výrazne uľahčuje montáž aj následný servis – všetky dôležité prvky sú prehľadne na jednom mieste namiesto rozptýlených komponentov po celej technickej miestnosti.

Práve preto, že riadiaca jednotka aj čerpadlová skupina musia byť navzájom kompatibilné a správne nastavené, sa oplatí venovať ich výberu rovnakú pozornosť ako výberu samotných kolektorov. Viac o tom, ako tieto dva komponenty spolu fungujú a na čo si dať pozor pri ich kombinovaní, nájdete v článku Riadiace jednotky a čerpadlové skupiny solárnych systémov.

Rozvody medzi kolektorom a technickou miestnosťou

Teplonosná kvapalina musí prekonať cestu od kolektorov na streche až po solárny zásobník v technickej miestnosti, často cez povalu, šachtu alebo fasádu domu. Na tento rozvod sa tradične používa klasické medené alebo nerezové potrubie, ktoré sa následne izoluje priamo na mieste montáže – teda montážnik musí potrubie najprv uložiť a až potom ho krok za krokom zaizolovať proti tepelným stratám a poveternostným vplyvom.

Alternatívou je predizolovaná flexi rúrka 2v1, ktorá v jednom ohybnom plášti vedie súčasne prívodné aj vratné (spiatočkové) potrubie, pričom je už z výroby izolovaná. Táto konštrukcia výrazne skracuje čas montáže, keďže sa nemusí nič dodatočne izolovať ani na streche, ani v šachte – stačí rúrku natiahnuť z bodu A do bodu B a napojiť. Pre montážne firmy aj pre domácnosti, ktoré riešia rekonštrukciu strechy alebo majú obmedzený čas na inštaláciu, je to praktická voľba, ktorá znižuje riziko chyby pri izolovaní na streche vo výškach.

Kratšie úseky rozvodu, napríklad priamo v technickej miestnosti pri napojení na čerpadlovú jednotku alebo zásobník, sa často riešia pomocou ohybného nerezového potrubia (vlnovca), ktoré je odolné voči vysokým teplotám, aké sa v solárnom okruhu bežne vyskytujú, najmä keď kolektor nie je odoberaný a kvapalina v ňom môže dosahovať vysoké teploty.

Voľba medzi klasickým potrubím a flexi rúrkou 2v1 závisí najmä od dĺžky trasy, od prístupnosti strechy a od toho, koľko času má montážna firma na inštaláciu vyhradené. Podrobný rozbor oboch riešení nájdete v článku Solárne potrubie a nerezové vlnovce – ako fungujú.

Uchytenie kolektorov podľa typu strechy

Kolektory sa nedajú len tak položiť na strechu – potrebujú špecializovanú montážnu konštrukciu, ktorá zodpovedá presne typu strechy aj rozmerom konkrétneho kolektora. Na šikmej streche sa konštrukcia líši podľa druhu krytiny – škridla, plech alebo bobrovka si vyžadujú odlišný spôsob kotvenia, aby sa krytina pri montáži nepoškodila a uchytenie zostalo dlhodobo stabilné aj pri silnom vetre a snehovej záťaži.

Na plochej streche sa naopak používa montážna konštrukcia s nastaviteľným sklonom, spravidla aspoň 15 stupňov. Tento minimálny sklon nie je náhodný – zabezpečuje, že sa kolektor dokáže prirodzene samočistiť dažďovou vodou, ktorá po šikmej ploche kolektora steká a odplavuje prach a nečistoty. Bez dostatočného sklonu by sa na povrchu kolektora mohla dlhodobo držať špina, čo by znižovalo jeho výkon. Okrem šikmej a plochej strechy je možné kolektory umiestniť aj na fasádu alebo priamo na zem, ak to konfigurácia pozemku a orientácia na slnečnú stranu umožňujú.

Kľúčové je, aby montážna konštrukcia presne zodpovedala rozmerom konkrétneho typu kolektora – nejde o univerzálny diel, ktorý pasuje na hocičo, ale o komponent navrhnutý pre presne definovaný model a spôsob strechy.

Ak riešite montáž na netypickú strechu alebo neviete, aká konštrukcia je pre váš kolektor vhodná, prehľad jednotlivých riešení podľa typu strechy nájdete v článku Uchytenie kolektorov – šikmá strecha, plochá strecha, fasáda.

Ceny jednotlivých komponentov solárnej zostavy sa výrazne líšia podľa typu a funkcie.

Expanzomat, plnenie a tlak v solárnom okruhu

Solárny okruh je uzavretý, tlakový systém, čo znamená, že teplonosná kvapalina v ňom cirkuluje stále dokola bez kontaktu s okolitým vzduchom. Pri vysokých teplotách, ktoré kvapalina v lete na kolektore dosahuje, sa jej objem zväčšuje – a práve na kompenzáciu tejto objemovej rozťažnosti slúži vlastná expanzná nádoba solárneho okruhu. Bez nej by narastajúci tlak v systéme mohol spôsobiť poškodenie potrubia, spojov alebo samotného kolektora.

Systém sa plní a odvzdušňuje pomocou ručnej alebo elektrickej plniacej pumpy cez plniace ventily, podobne ako je to zvykom pri bežnom vykurovacom okruhu domu. Toto plnenie nie je jednorazová záležitosť len pri inštalácii – v priebehu prevádzky systému môže byť potrebné okruh doplniť alebo odvzdušniť opäť, napríklad po servisnom zásahu alebo ak sa v systéme objaví vzduchová bublina, ktorá bráni správnemu obehu kvapaliny.

Kontrola tlaku v solárnom okruhu patrí medzi základné úkony, ktoré by mal používateľ solárneho systému sledovať – čerpadlová jednotka je práve preto vybavená manometrom, aby bol aktuálny tlak vždy na očiach. Podrobnejšie informácie o servise, plnení a najčastejších poruchách solárnych systémov nájdete v článku Servis, plnenie a časté poruchy solárnych systémov.

Solárny ohrev počas roka – leto, prechodné obdobia, zima

Prínos solárneho systému sa výrazne líši podľa ročného obdobia. V lete, keď je slnečného žiarenia najviac a súčasne sa dom nevykuruje, dokáže solárna zostava prevziať veľkú časť ohrevu teplej úžitkovej vody – kotol vtedy naskakuje len zriedka, prípadne vôbec, pretože zásobník je dostatočne nahrievaný priamo zo slnka. Práve toto je hlavný a najreálnejší prínos solárneho doplnku ku kotlu, na ktorý by mal každý záujemca primárne myslieť pri rozhodovaní o investícii.

V prechodných obdobiach, teda na jar a na jeseň, je slnečného žiarenia menej a jeho intenzita kolíše podľa počasia – solárny systém v týchto mesiacoch prispieva k ohrevu vody čiastočne, no kotol musí pravidelne dokurovať cez druhý výmenník v solárnom zásobníku. V zime, keď je slnečného svitu najmenej a súčasne je potreba tepla na vykurovanie najvyššia, preberá takmer celú záťaž ohrevu vody aj vykurovania hlavný zdroj tepla – kotol alebo tepelné čerpadlo. Solárny systém teda nie je a ani nemá byť navrhnutý ako náhrada kotla, ale ako doplnok, ktorý najviac ušetrí práve v mesiacoch, keď by inak kotol bežal neefektívne len kvôli malému odberu teplej vody.

Presný postup, ako sa taká zostava montuje krok za krokom – od kotvenia kolektorov cez rozvod potrubia až po zapojenie zásobníka, čerpadlovej jednotky a riadiacej jednotky – nájdete v článku Montáž solárneho systému – postup krok za krokom.

Reálne príklady z praxe

Rodinný dom so šikmou strechou orientovanou na juh. Štvorčlenná rodina v rodinnom dome používala na ohrev teplej úžitkovej vody výhradne existujúci kondenzačný kotol so zásobníkovým ohrievačom. V lete kotol napriek nulovej potrebe vykurovania stále pravidelne naskakoval len kvôli dohrievaniu vody na sprchovanie a umývanie. Pri rekonštrukcii strechy sa rodina rozhodla doplniť systém o ploché solárne kolektory, ktoré sa vzhľadom na šikmú strechu s krytinou zo škridly uchytili pomocou montážnej konštrukcie určenej presne pre tento typ strechy. Existujúci zásobníkový ohrievač bol nahradený solárnym zásobníkom s dvoma výmenníkmi – jedným pre solárny okruh, druhým pre dokurovanie kotlom. Riadenie čerpadla prevzala solárna regulácia, ktorá porovnáva teplotu kolektora a zásobníka a spína obehové čerpadlo len vtedy, keď má zmysel teplo prenášať. Keďže rekonštrukcia strechy prebiehala súčasne s výmenou krytiny, na rozvod medzi kolektormi a technickou miestnosťou sa použila predizolovaná flexi rúrka 2v1, ktorá umožnila rýchlejšiu montáž bez nutnosti dodatočnej izolácie na streche vo výškach. Výsledkom je, že počas letných mesiacov kotol v tejto domácnosti prakticky prestal naskakovať kvôli ohrevu vody – teplo dodáva takmer výhradne solárny okruh, kotol slúži len ako záloha pre zamračené dni.

Bungalov s plochou strechou. Majiteľ bungalova s plochou strechou riešil doplnenie existujúceho elektrického kotla o solárny ohrev TÚV. Keďže strecha bola plochá, bolo potrebné zvoliť montážnu konštrukciu s nastaviteľným sklonom aspoň 15°, aby sa kolektor dokázal prirodzene samočistiť dažďovou vodou a nezanášal sa prachom zo strechy. Krátky úsek rozvodu v samotnej technickej miestnosti, kde sa potrubie napájalo na čerpadlovú jednotku a zásobník, sa vyriešil pomocou ohybného nerezového potrubia (vlnovca), ktoré dobre znáša vysoké teploty, aké teplonosná kvapalina v lete pri nízkom odbere dosahuje. Riadenie prevzala solárna regulácia zapojená na čidlá kolektora aj zásobníka. Pri prvom spustení systému bolo potrebné okruh naplniť a odvzdušniť plniacou pumpou cez plniace ventily – bežný úkon, ktorý montážna firma vykonala priamo pri odovzdaní systému. Majiteľ tak získal doplnkový zdroj ohrevu vody bez zásahu do existujúceho elektrického kotla, ktorý naďalej slúži ako hlavný zdroj tepla mimo letných mesiacov.

Časté otázky o solárnom ohreve ako doplnku ku kotlu

Nahradí solárny systém úplne môj kotol?
Nie. Solárny systém dopĺňa hlavný zdroj tepla – kotol alebo tepelné čerpadlo – no plnohodnotne ho nenahrádza. Najviac dokáže pokryť ohrev teplej úžitkovej vody v letných mesiacoch, keď je slnečného žiarenia dostatok. V zime a počas vykurovacej sezóny preberá hlavnú záťaž naďalej kotol.

Aký typ kolektora je vhodnejší – plochý alebo vákuový?
Ploché kolektory sú lacnejšie a mechanicky odolnejšie, napríklad voči krupobitiu, a pre bežný ohrev TÚV v našich klimatických podmienkach spravidla postačujú. Vákuové (rúrkové) kolektory majú vyššiu účinnosť pri nízkych teplotách a slabšom slnečnom žiarení, sú však drahšie a krehkejšie. Výber závisí od toho, či chcete najmä lacný letný ohrev, alebo výkon aj mimo leta.

Čo je solárny zásobník a prečo nestačí bežný bojler?
Solárny zásobník má oproti bežnému bojleru navyše aspoň jeden výmenník tepla napojený na solárny okruh, často aj druhý výmenník na dokurovanie kotlom. Voda sa ohrieva nepriamo – solárna kvapalina cirkuluje oddelene v uzavretom okruhu a neprichádza do kontaktu s úžitkovou vodou. Bežný bojler takýto výmenník nemá, preto naň nie je možné solárny okruh jednoducho napojiť.

Riadiaca jednotka automaticky spína a vypína čerpadlo podľa rozdielu teplôt medzi kolektorom a zásobníkom.

Ako riadiaca jednotka vie, kedy zapnúť čerpadlo?
Riadiaca jednotka porovnáva teplotu na kolektore a v zásobníku pomocou čidiel. Keď je kolektor teplejší ako zásobník o nastavený rozdiel, zapne obehové čerpadlo solárnej skupiny. Keď sa rozdiel zmenší, čerpadlo sa vypne, aby sa teplo neodovzdávalo opačným smerom.

Aký je rozdiel medzi klasickým potrubím a flexi rúrkou 2v1?
Klasické medené alebo nerezové potrubie sa musí po uložení dodatočne izolovať priamo na mieste montáže. Predizolovaná flexi rúrka 2v1 vedie prívod aj spiatočku v jednom už izolovanom ohybnom plášti, takže sa nemusí nič dodatočne izolovať ani na streche, ani v šachte – montáž je tak rýchlejšia.

Ako sa kolektory kotvia na rôzne typy striech?
Kolektory sa kotvia špecializovanou montážnou konštrukciou podľa typu strechy: na šikmej streche podľa druhu krytiny (škridla, plech, bobrovka), na plochej streche pomocou konštrukcie s nastaviteľným sklonom, zvyčajne aspoň 15° kvôli samočisteniu dažďom, prípadne na fasáde alebo na zemi. Konštrukcia musí presne zodpovedať rozmerom konkrétneho typu kolektora.

Prečo solárny okruh potrebuje expanznú nádobu?
Solárny okruh je uzavretý, tlakový systém. Pri vysokých teplotách teplonosnej kvapaliny sa jej objem zväčšuje a expanzná nádoba túto objemovú rozťažnosť kompenzuje – bez nej by v okruhu mohol vzniknúť nadmerný tlak, ktorý by mohol poškodiť potrubie, spoje alebo kolektor.

Ako sa solárny systém plní a odvzdušňuje?
Solárny okruh sa plní a odvzdušňuje ručnou alebo elektrickou plniacou pumpou cez plniace ventily, podobne ako vykurovací okruh domu. Ide o úkon, ktorý je potrebný nielen pri prvej montáži, ale príležitostne aj neskôr, napríklad po servisnom zásahu.

Musím riešiť servis solárneho systému samostatne od kotla?
Solárny okruh je samostatný uzavretý systém s vlastnou čerpadlovou jednotkou, ktorá obsahuje aj manometre na kontrolu tlaku – tie umožňujú jednoducho sledovať stav systému. Podrobnosti o servise, plnení a najčastejších poruchách nájdete v samostatnom článku venovanom tejto téme, odkaz je uvedený nižšie v súvisiacich témach.

Súvisiace témy

• Ako vybrať solárny systém na ohrev vody
• Ploché vs. vákuové solárne kolektory
• 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
• 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