Charakteristické parametry solárních soustav

Základním parametrem solárních soustav jsou celkové využité tepelné zisky, z nichž je možné odvodit další parametry pro hodnocení.

Využité tepelné zisky

Za využité tepelné zisky solární soustavy Q_ss,u v kWh/rok nebo GJ/rok jsou považovány ty, které solární soustava včetně zohlednění všech svých ztrát dodá do dané aplikace pro krytí potřeby tepla. Tepelné zisky solární soustavy je vhodné v optimálním případě stanovit na skutečné hranici mezi vlastní solární soustavou a danou aplikací (viz obr. 1). Stanovení solárních zisků pouze kolektorového pole, resp. kolektorového okruhu před vstupem do solárního zásobníku nezohledňuje tepelné ztráty kolektorového okruhu Q_z,ko, resp. solárního zásobníku Q_z,sz a může nadhodnocovat reálné přínosy solární soustavy do dané aplikace. V řadě případů však s ohledem na jednoduchost a spolehlivost měření se zisky solární soustavy stanovují jako teplo Q_k dodané z kolektorového okruhu do solárního zásobníku.

Využité solární zisky nejsou závislé pouze na kvalitě navržených komponent (kolektor, zásobník), na tepelných ztrátách soustavy (rozvod potrubí, solární zásobník) a na orientaci a sklonu solárních kolektorů, ale především na návrhu plochy solárních kolektorů vzhledem k potřebě tepla, tzn. využitelnosti tepelných zisků kolektorů pro krytí potřeby tepla.

Obr. 1 - Zjednodušené schéma solární soustavy pro přípravu TV a její energetická bilance

Roční úspora energie

Samotné využité solární zisky nemusí mít o skutečné úspoře instalací solární soustavy dostatečnou vypovídající schopnost. Vyšší přínos instalací solárních soustav je patrný především tam, kde svými zisky uspoří produkci tepla zdrojem s nízkou provozní účinností, např. předimenzovaný a cyklující kotel spalující fosilní palivo (plyn) svázaný s vysokou spotřebou paliva a produkcí emisí. Pro stanovení úspory paliva, resp. úspory primární energie instalací solární soustavy je proto nezbytné předně určit provozní účinnost nahrazovaného zdroje tepla. Na druhé straně, pokud má solární soustava nahradit účinný kotel na spalování biomasy, který má relativně nízký negativní dopad na životní prostředí, bude taková instalace vykazovat nízké snížení spotřeby primárních paliv a emise znečišťujících látek.

Měrné využité tepelné zisky solární soustavy

Měrné využité tepelné zisky solární soustavy q_ss,u v kWh/(m².rok), tzn. celkové roční zisky vztažené k instalované účinné ploše solárního kolektoru (zpravidla ploše apertury), jsou ve své podstatě ekonomickým parametrem. Roční měrný zisk, resp. úsporu z 1 m2 instalované plochy kolektorů lze potom porovnat s měrnými investičními náklady na pořízení solární soustavy pro rychlý náhled na ekonomické parametry. Měrné tepelné zisky q_ss,u jsou nejčastěji hodnoceným kritériem energetické kvality solárních soustav.

Dodatková energie

Dodatkový zdroj tepla slouží pro dohřev v solární soustavě v případě, že energie produkovaná solárními kolektory nedokáže pokrýt potřebu tepla. Z dodatkové energie Q_d se stanovuje provozní spotřeba konvenční energie dodatkového zdroje tepla a provozní náklady při známé ceně konvenční energie.

Při výpočtovém hodnocení se dodatková energie stanoví jako rozdíl mezi předpokládanou potřebou tepla a využitými tepelnými zisky solární soustavy v dané aplikaci. Při provozním měření a hodnocení solárních soustav se dodatková energie měří, neboť skutečná celková spotřeba tepla Q_p,c není známá. Stanovit celkovou spotřebu tepla v dané aplikaci provozním měřením je nerealizovatelné vzhledem k praktické nemožnosti stanovit tepelné ztráty měřením a proto se vyhodnocuje jako součet naměřených hodnot tepla dodaného solární soustavou a dodatkovým zdrojem energie.

Solární pokrytí, solární podíl

Solární pokrytí (měsíční, roční) je procentní pokrytí potřeby tepla Q_p,c tepelnými zisky solární soustavy Q_ss,u

V případě provozního měření dodatkové energie Q_d se solární pokrytí vyhodnocuje podle vztahu

Provozní účinnost solární soustavy

Vzhledem k nestejným klimatickým podmínkám a různým úrovním dopadající sluneční energie se bude v různých lokalitách a v různých letech hodnota celkových využitých tepelných zisků solární soustavy lišit. Pomocným kritériem pro charakterizaci energetické kvality solární tepelné soustavy je její provozní účinnost η_ss, tzn. roční tepelné zisky vztažené k dopadlé sluneční energii Q_s na plochu solárních kolektorů. Účinnost solární soustavy je závislá jak na kvalitě použitých prvků (kolektor, zásobník, výměník, tepelné izolace, regulace, hydraulické zapojení), provedení montáže, tak na návrhu plochy kolektorů vůči potřebě tepla (využitelnosti zisků solární soustavy). Podle druhu soustavy se účinnost může pohybovat od 30 % do 60 %.

Pomocná elektrická energie pro pohon soustavy

Pro stanovení celkové energetické bilance a vyhodnocení reálných přínosů (úspor primární energie, úspor emisí) solární soustavy je vhodné hodnotit také spotřebu pomocné elektrické energie na provoz solární soustavy Q_pom,el. U solárních soustav s nuceným oběhem je zapotřebí dodat elektrickou energii pro oběhová čerpadla, pohony ventilů, regulaci, aj. Pro orientační stanovení spotřeby pomocné energie z elektrického příkonu prvků je možné uvažovat dobu provozu solární soustavy cca 2000 h/rok.

Zatímco u maloplošných solárních soustav pro rodinné domy dosahuje podíl pomocné elektrické energie na využitých tepelných ziscích solární soustavy 3 až 5 %, u velkoplošných solárních soustav se podíl pomocné energie pohybuje zpravidla do 1 %.

Výkonové číslo (COP)

Výkonové číslo solární soustavy vyjadřuje, podobně jako u tepelných čerpadel topný faktor, poměr tepla dodaného solární soustavou k pomocné elektrické energii pro pohon solární soustavy. Udává kolik kWh využitelného tepla bylo vyprodukováno solární soustavou na kWh spotřebované elektrické energie. Zatímco u tepelných čerpadel se reálný provozní COP běžně pohybuje okolo hodnoty 2,8, solární soustavy vykazují hodnoty COP od 20 (maloplošné) do hodnot vyšších než 100.