Ideální akumulace sluneční energie? Pokud možno ve formě tepla
© Fotolia.com
Když si domácnost pořídí vlastní zdroj elektřiny, pravděpodobně v úvahách dojde i k myšlence, zda by šlo sluneční energií i topit. Je to zcela na místě, na topení a přípravu teplé vody připadá největší podíl spotřeby energie v domácnostech – až 80 %. Jak si lze při vytápění pomocí sluneční energií?
Několik odpovědí přinesla konference Fotovoltaika, solární architektura, akumulace energie a energetická nezávislost budov v ČR 2018 pořádaná společností Solární panely.cz na veletrhu Amper 2018.
1) Využití sluneční energie přímo
Sluneční energie dopadá na zemi v podobě záření a nákladově nejefektivnější způsob, jak ji lze využít, je se jí prostě vystavit. S takto zdánlivě banálním principem pracuje koncepce budov zvaných „Zeměloď“ (anglicky „earthship“) nebo „zemědům“ vymyšlený Michaelem Reynoldsem. Cílem zemělodí je vysoká míra soběstačnosti ve spojení s nízkými náklady na stavbu. Koncepce zahrnuje velkou prosklenou plochu (kolektor) obrácenou (převážně) na jih, která přivádí do domu světlo i teplo. Zbytek domu orientovaný (převážně) na sever je obsypán hlínou, ze které jsou vytvořeny i stěny budovy. „Zapuštění podlahy pod úroveň okolního terénu a obsypání domu ze studených světových stran výrazně přispívá k redukci tepelných ztrát a celkové tepelné stabilitě objektu. Zemina okolního masivu má teplotu vždy bližší návrhové teplotě interiéru, než teplotě okolního vzduchu. V zimě bude teplejší než vzduch, v létě přesně naopak,“ říká o zemělodích Michal Přikryl, jednatel projekční kanceláře Cohab, která podobné domy navrhuje.
Díky vysokým tepelným ziskům a nízkým teplotním ztrátám má budova nižší potřebu energie na vytápění. Energie slunečního záření je využita v největší míře přímo, průchodem prosklenou plochou sluneční záření ohřívá interiér i stěny budovy, které mají díky své šířce a materiálu (hlína) vysokou akumulační a izolační schopnost. Dalšími zdroji v zemělodích bývají solární kolektory k ohřevu teplé vody nebo fotovoltaická elektrárna a jako doplňkový zdroj tepla kamna nebo kotel na dřevo.
Vizualizace zemělodě u Tábora, která již získala stavební povolení.
Zdroj: Cohab
Ukázka další stavby s užitím principů návrhu solární architektury.
Zdroj: Cohab
Při navrhování a stavbě je kladen důraz na jednoduchá řešení, která zajistí dlouhodobou soběstačnost jak při provozu domu, tak z hlediska zásobování energií a vodou. Low-tech konstrukce a technologie umožňují snadnou opravu nebo výměnu v případě poruchy i po mnoha letech.
2) Solární kolektory
Další relevantní technologií pro využití slunečního záření k ohřevu teplé vody jsou solární kolektory. A protože jim na konferenci nebyla věnována samostatná přednáška, zmíníme alespoň několik textů k tomuto tématu na TZB-info:
- Solární systém s dlouhodobou akumulací tepla – simulační analýza
- Malé solární soustavy pro přípravu teplé vody v rodinných domech
- Porovnání solárního fototermického a fotovoltaického ohřevu vody
- Vliv klimatických podmínek na zisky solárních soustav
3) Elektrický akumulátor a přímotopy
Moderní elektrická baterie má vysokou účinnost ukládání i slušný výkon. Při správné instalaci a odpovídajícímu chování obyvatel domu dokáže baterie spolu s fotovoltaikou pokrýt většinu spotřeby elektřiny v domácnosti. Zdánlivě tak není nic jednoduššího, než k baterii připojit přímotop (klimatizaci, elektrokotel/topnou patronu atp.) a začít topit. Ale ač je tento způsob technicky možný, není ve většině případů výhodný. Největší potřeba vytápění je v zimě, kdy je nejméně slunečního svitu a baterie se z fotovoltaiky často ani přes den plně nenabije. Elektrické přímotopy mají vysoký příkon a topný faktor 1, baterii tak vybijí během pár hodin a takto vysoká zátěž navíc vede k jejímu hloubkovému vybíjení a rychlejšímu opotřebení.
Svou domácí baterii představila na konferenci česká společnost OlifeEnergy. Ve svých přístrojích kladou důraz na prověřené značky a technologie.
Vytápění fotovoltaikou přímo může dávat smysl v domech s velmi nízkou potřebou tepla na vytápění, tedy v pasivních nebo nulových domech. Ani zde se ale nebude jednat o hlavní zdroj vytápění, ale jen o doplňkový zdroj s relativně nízkou účinností.
4) Elektrický akumulátor a tepelné čerpadlo s vodním zásobníkem
Využití tepelného čerpadla jak pro topení, tak pro akumulaci tepla, je výhodnější, protože tato technologie pracuje s vyšším topným faktorem. Přes den, kdy je venku vyšší teplota, může tepelné čerpadlo využít přebytečnou elektřinu z fotovoltaiky přímo a ukládat energii ve formě tepla do vodního zásobníku, odkud ji může v noci vzít zpět (opět s vyšším topným faktorem). Místo baterie tak cykluje vodní zásobník, který může cyklovat neomezeně. Elektřina z baterie pak nemusí být využívána na vytápění, ale tam, kde je nenahraditelná. Baterie zároveň díky tomuto přístupu šetří svou životnost a nemusí být tak velká.
Lineární řízení výkonu tepelného čerpadla umožňuje plně využít výrobu z fotovoltaiky během dne.
Toto řešení poskytuje vysokou míru soběstačnosti po celý rok, jeho nevýhodou je vyšší cena. Počítá totiž se dvěma nákladnými technologiemi a to s hybridní fotovoltaickou elektrárnou a s tepelným čerpadlem. Malou výhodou je zde možnost využití menší baterie a její nižší opotřebení.
5) Elektrický akumulátor a tepelné čerpadlo se zemním zásobníkem
Oproti předchozímu řešení nabízí tato varianta i sezónní akumulaci energie, které kromě vodního zásobníku zahrnuje i zemní kolektor. Za slunných letních dnů, kdy je elektřiny z fotovoltaiky dostatek a zároveň je venku teplo, je nahříván zemní kolektor. Nahříván může být jak pomocí pasivního chlazení, tak aktivním chodem tepelného čerpadla. Je-li v daném místě vhodné podloží, nahřátý kolektor si uchová vyšší teplotu i v řádu měsíců a lze ho tak využít v zimě. Robert Mořkovský ze společnosti Solární panely.cz uvádí, že v takovém případě lze topit až topným faktorem COP 8. Zároveň zdůraznil, že se jedná o již řadu let vyzkoušenou technologii.
Samozřejmě se nabízí otázka, proč si vedle domu nahřívat kolektor, když můžeme teplo akumulovat přímo v konstrukci budovy bez složitých technologií. Tomu ale dům musí být přizpůsobený a tím se dostáváme zpět k bodu 1.
Další způsoby tepelné akumulace
Konference byla věnována hlavně skladování elektřiny ve vlastním domě a během jednoho dne nemohla obsáhnout všechny možnosti akumulace. Pro zajímavost uvádíme tedy i některé další varianty skladování energie ve formě tepla: