Plochý alebo vákuový solárny kolektor? Experimentálna zostava na ich porovnanie pri ohreve teplej vody
Přehrát audio verzi
Plochý alebo vákuový solárny kolektor? Experimentálna zostava na ich porovnanie pri ohreve teplej vody
00:00
00:00
1x
- 0.25x
- 0.5x
- 0.75x
- 1x
- 1.25x
- 1.5x
- 2x
Článok opisuje návrh a realizáciu experimentálnej zostavy, ktorá umožňuje dlhodobo merať a porovnávať plochý a vákuový rúrkový solárny kolektor pri ohreve teplej vody (TV) v bežnej prevádzke. Zostava bola vybudovaná v areáli Centrálnych laboratórií Stavebnej fakulty STU v Bratislave. Okrem teplôt sa meria slnečné žiarenie, počasie, spotreba elektriny na dohrev a odber TV. Teplo, ktoré dodá každý kolektor, sa meria samostatne v jeho okruhu s nemrznúcou zmesou pomocou merača tepla na spiatočke a dvojice snímačov teploty. Namerané údaje poslúžia na porovnanie oboch typov kolektorov a na overenie výpočtových modelov v podmienkach Slovenska.
1. Úvod
Slnko je najväčším zdrojom obnoviteľnej energie na Zemi. Na zemský povrch dopadne ročne približne 3,767 × 106 EJ energie a rastliny z nej fotosyntézou viažu rádovo 3 000 EJ [1, 2]. Celosvetová spotreba energie je pritom približne 600 EJ za rok [3], teda toľko, koľko Slnko dodá na zemský povrch za necelých 90 minút.
Rastúce ceny energií a prísnejšie požiadavky na ochranu životného prostredia menia spôsob navrhovania budov. Staršie budovy s potrebou tepla na vykurovanie nad 70 kWh/(m²·rok) nahrádzajú nízkoenergetické, pasívne a takmer nulové budovy, v ktorých majú solárne systémy dôležité miesto. Napríklad solárny systém s plochou kolektorov 6 m² vyrobí ročne približne 1 400 kWh tepla [1]; o koľko sa tým znížia emisie CO2, závisí od zdroja energie, ktorý nahradí.
Na ohrev teplej vody (TV) sa v domácnostiach aj v priemysle používajú najmä dva typy kolektorov: ploché a vákuové rúrkové. Líšia sa účinnosťou, tepelnými stratami aj cenou, a preto je užitočné overovať ich správanie meraním v skutočných podmienkach [4, 5, 6].
Výsledky doterajších porovnaní nie sú jednoznačné. Štúdia [7] porovnávala ploché kolektory s absorbérom z hliníka, medi a nehrdzavejúcej ocele s vákuovými kolektormi; vákuové kolektory majú menšie tepelné straty, a preto sú vhodnejšie do chladnejších podmienok, pri prepočte na celkovú plochu kolektora sa však ich výhoda zmenšuje. Podľa ročnej simulácie pre mesto Tianjin v Číne [8] dosahovali ploché kolektory priemernú účinnosť 47 % a vákuové 43 %, pričom účinnosť plochých kolektorov viac klesala pri nízkych vonkajších teplotách. Trojmesačné meranie v Palestíne [9] naopak ukázalo vyšší denný zisk vákuového kolektora (1 854 Wh/m² pri účinnosti systému 49 %) než plochého (1 415 Wh/m² pri 38 %). Celoročné meranie dvoch systémov v Írsku [10] potvrdilo vyšší ročný zisk vákuových kolektorov (681 kWh/m²) oproti plochým (496 kWh/m²). Porovnanie v ustálených podmienkach podľa EN 12975-2 a pri dennej prevádzke [11] ukázalo, že ploché kolektory sú účinnejšie pri malom rozdiele medzi teplotou kolektora a okolia, kým vákuové pri veľkom rozdiele teplôt a slabom žiarení. Vo všeobecnosti sú teda vákuové kolektory výhodnejšie v zime a pri vyšších požadovaných teplotách vody, ploché kolektory pri priaznivom počasí a nižšej cene.
Dlhodobých meraní oboch typov kolektorov v podmienkach Slovenska je však stále málo. Preto bola vybudovaná experimentálna zostava, ktorá umožní dlhodobo merať a porovnávať plochý a vákuový kolektor pri ohreve TV v zásobníkovom ohrievači vody. Tento článok opisuje jej návrh, realizáciu a spôsob merania; výsledky prevádzky sú spracované v samostatných vedeckých článkoch, ktoré sú v recenznom konaní [12, 13].
2. Druhy solárnych kolektorov a princíp ich činnosti
Slnečnú energiu možno v budovách využiť pasívne alebo aktívne. Pasívne využitie spočíva vo vhodnom tvare a orientácii budovy či v presklení, bez ďalšej techniky. Aktívne solárne energetické systémy (SES) premieňajú slnečné žiarenie na elektrinu (fotovoltické panely) alebo na teplo (solárne termické kolektory). Hlavnou časťou kolektora je absorbér – kovová plocha so špeciálnym povrchom, ktorá pohlcuje žiarenie a mení ho na teplo. Teplo odvádza teplonosná kvapalina do zásobníkového ohrievača vody (ZOV). Absorbér sa vyrába z kovov, ktoré dobre vedú teplo (najčastejšie z medi alebo hliníka), a má selektívny povrch, ktorý dobre pohlcuje slnečné žiarenie a málo vyžaruje teplo späť do okolia [1, 14].
Solárne termické kolektory sa delia na ploché, vákuové (rúrkové alebo ploché), koncentračné, plastové absorbéry (napr. na ohrev bazénov) a kolektory so zabudovaným zásobníkom. Na ohrev TV a podporu vykurovania sa v praxi používajú najmä ploché a vákuové rúrkové kolektory.
Plochý kolektor tvorí tepelne izolovaná skriňa. Boky a dno sú izolované minerálnou vlnou, horná strana je zakrytá solárnym sklom s nízkym obsahom železa, ktoré dobre prepúšťa slnečné žiarenie a zároveň zadržiava teplo vyžarované absorbérom (skleníkový efekt). Absorbér má tenkú selektívnu vrstvu nanesenú vo vákuu na medený alebo hliníkový plech; bežný matný povrch by odrážal približne 10 % žiarenia. Na absorbér sú pripojené medené rúrky, v ktorých prúdi teplonosná kvapalina. Priemerná ročná účinnosť plochých kolektorov je približne 50 %, teda viac, než dosahujú fotovoltické panely [1]. Vákuový rúrkový kolektor sa skladá z radu sklenených rúr z odolného borosilikátového skla. V každej rúre je absorbér a priestor okolo neho je vyčerpaný (vákuum), takže teplo takmer neuniká vedením ani prúdením vzduchu. Podľa spôsobu odvodu tepla sa rozlišujú kolektory, v ktorých kvapalina prúdi priamo rúrou (Direct Flow), a kolektory s tepelnou rúrkou (Heat-Pipe). V tepelnej rúrke sa pri ohreve odparí malé množstvo kvapaliny, para vystúpi do hlavice v zberači, tam odovzdá teplo teplonosnej kvapaline, skondenzuje a stečie späť. Rúry sú k zberaču pripojené „nasucho“, takže ich možno vymeniť aj pri naplnenom systéme. Oba typy kolektorov sú na obr. 1.
![Obr. 1 Konštrukčné riešenie solárno-termických kolektorov: a) plochý doskový kolektor, b) rúrkový vákuový kolektor typu Heat-Pipe [1]. a1 – plášť kolektora, a2 – tepelná izolácia z minerálnej vlny, a3 – zberné medené potrubie teplonosnej kvapaliny, a4 – absorbér vyrobený z medeného alebo hliníkového plechu, a5 – sklenený kryt znižuje straty tepla a zároveň umožňuje prestup slnečného žiarenia. b1 – sklenená rúrka s vákuom, b2 – tepelná rúrka „Heat-Pipe“, b3 – absorbér, b4 – výmenník tepla (kondenzátor), b5 – zberná medená rúrka teplonosnej kvapaliny, b6 – tepelná izolácia.](/docu/clanky/0306/030635o2.jpg)
Obr. 1 Konštrukčné riešenie solárno-termických kolektorov: a) plochý doskový kolektor, b) rúrkový vákuový kolektor typu Heat-Pipe [1]
a1 – plášť kolektora, a2 – tepelná izolácia z minerálnej vlny, a3 – zberné medené potrubie teplonosnej kvapaliny, a4 – absorbér vyrobený z medeného alebo hliníkového plechu, a5 – sklenený kryt znižuje straty tepla a zároveň umožňuje prestup slnečného žiarenia
b1 – sklenená rúrka s vákuom, b2 – tepelná rúrka „Heat-Pipe“, b3 – absorbér, b4 – výmenník tepla (kondenzátor), b5 – zberná medená rúrka teplonosnej kvapaliny, b6 – tepelná izolácia.
Vákuové kolektory dosahujú vysoké teploty a dobre pracujú aj pri slabom žiarení a nízkych vonkajších teplotách, najmä v zime. Sú však drahšie. Ploché kolektory sú lacnejšie a pri ohreve TV do 60 °C a priaznivom počasí dosahujú porovnateľné ročné zisky [1]. Výhodou vákuových rúrkových kolektorov pri osadení na budovu je, že absorbéry v rúrach možno pootočiť až o 25°. Kolektor tak môže byť osadený priamo na fasádu bez šikmej nosnej konštrukcie. Pri bytových a výškových budovách je to dôležité, pretože šikmé konštrukcie pre ploché kolektory zvyšujú zaťaženie vetrom a vyžadujú masívne kotvenie alebo priťaženie [1].
3. Návrh meracej zostavy
Pre meraciu zostavu bola vypracovaná projektová dokumentácia pre ohlásenie stavby. Solárny energetický systém (SES) je určený pre výskumné laboratóriá v objekte Centrálnych laboratórií Stavebnej fakulty STU na Technickej ulici 5 v Bratislave (parcely č. 16953/5 a 4309/3, C KN). Cieľom je dlhodobý výskum solárnych kolektorov na ohrev TV. Pri návrhu sa vychádzalo z výkresov objektu, platných technických noriem a podkladov výrobcu zariadení [15]. Na juhovýchodnú fasádu haly boli osadené dva solárne kolektory, ktoré sú na obr. 2 vyznačené červenou farbou.

Obr. 2 Plán umiestnenia slnečných kolektorov: a) axonometria (zdroj: projektová dokumentácia, spracoval Martin Jamnický), b) pohľad zhora (podklad: © Google)
Navrhnutý bol plochý kolektor VITOSOL 100-FM, typ SH1F (plocha absorbéra 2,31 m²; obr. 3, pol. 7) a vákuový rúrkový kolektor VITOSOL 300-TM, typ SP3C (plocha absorbéra 1,51 m², 12 rúr; obr. 3, pol. 8) [15]. Plochý kolektor má na absorbéri vrstvu ThermProtect: keď teplota absorbéra prekročí približne 75 °C, vrstva začne viac vyžarovať teplo do okolia. Kolektor sa tak sám chráni pred prehriatím a v systéme nevzniká para. Vákuový kolektor má podobnú ochranu v tepelných rúrkach, ktoré pri vysokej teplote prestanú odovzdávať teplo. Výrobca uvádza najvyššiu teplotu kolektora bez odberu tepla (stagnačnú teplotu) 145 °C pre plochý a 150 °C pre vákuový kolektor [15]. Kolektory sú pripojené medeným potrubím Cu 22 × 1,0 k existujúcemu zásobníku TV s objemom 250 l (obr. 3, pol. 1) cez doskový výmenník tepla (pol. 4) a solárne čerpadlové skupiny (pol. 3 a 9). Potrubie je tepelne izolované podľa vyhlášky č. 14/2016 Z. z. [16] a v exteriéri chránené oplechovaním. Vedie po streche nad vstupom do objektu, v zadnej časti klesá a prechádza do miestnosti so sprchami a umývadlami, kde stojí zásobník TV. Trasa potrubia (červenou) a miestnosť so zásobníkom (zelenou) sú vyznačené na obr. 2b. Na 1 m² plochy absorbérov (spolu 3,82 m²) pripadá približne 65 l objemu zásobníka, čo stačí na to, aby sa voda v zásobníku rýchlo neprehriala. Existujúce rozvody studenej a teplej vody zostávajú bez zmeny. Na výstup TV zo zásobníka bol osadený termostatický zmiešavací ventil R 3/4 (pol. 2), ktorý udržiava teplotu TV v nastaviteľnom rozsahu 35 až 65 °C a chráni užívateľov pred obarením.
Napojenie SES na existujúcu prípravu TV tvoria tieto časti:
- Dohrev TV: V zásobníku (obr. 3, pol. 1) je elektrické vykurovacie teleso, ktoré dohrieva vodu, keď slnko nestačí. Jeho spotreba sa meria samostatným elektromerom (kapitola 4).
- Prenos tepla: Okruh kolektorov je naplnený nemrznúcou zmesou a rozdelený na dve samostatné vetvy. Každý kolektor má vlastné obehové čerpadlo vo svojej spiatočke: plochý kolektor je napojený cez dvojvetvovú solárnu čerpadlovú skupinu (pol. 9), vákuový kolektor cez jednovetvovú skupinu (pol. 3); otáčky čerpadiel riadi solárny regulátor. Prívody od oboch kolektorov sa spájajú ešte pri kolektoroch a spoločné prívodné potrubie vedie cez dvojvetvovú skupinu do doskového výmenníka tepla (pol. 4), ktorý odovzdáva teplo vode a zároveň oddeľuje nemrznúcu zmes od pitnej vody. Medzi výmenníkom a zásobníkom obieha voda pomocou samostatného čerpadla (pol. 5).
Celé zapojenie vrátane armatúr a prístrojov je na schéme na obr. 3. Zjednodušená schéma meracích bodov je na obr. 10.

Obr. 3 Technologická schéma zapojenia meracej zostavy (projektová dokumentácia, výkres UK-1). Zdroj: autori.
4. Realizácia a prístrojové vybavenie
Montáž prebiehala v niekoľkých krokoch. Najskôr sa vykonali stavebné úpravy: drážky a jadrové vŕtania cez obvodové steny haly pre medené potrubie z juhovýchodnej fasády do miestnosti so sprchami, kde stojí zásobníkový ohrievač vody (ZOV). Stavebné úpravy dokumentuje obr. 4.
Potom boli osadené kolektory. Vákuový kolektor s 12 rúrami bol pripevnený rovnobežne s fasádou, teda zvislo; absorbéry v rúrach boli pootočené smerom k Slnku. Plochý kolektor bol osadený na nosnú konštrukciu z hliníkových profilov so sklonom 45° (obr. 5). Oba kolektory sú na tej istej juhovýchodnej fasáde, ale majú rozdielny sklon, preto na ne dopadá rozdielne množstvo žiarenia. Pri ich porovnaní sa to musí zohľadniť (kapitola 5).
Kolektory boli na potrubie pripojené cez pripojovacie sady s odvzdušňovacími kolenami a automatickými odvzdušňovacími ventilmi v najvyššom bode okruhu (obr. 6). Po skúške tesnosti bol okruh prepláchnutý a naplnený hotovou nemrznúcou zmesou vody a propylénglykolu TYFOCOR LS s ochranou proti zamrznutiu do −28 °C [17]. Tlakové a funkčné skúšky sa vykonali podľa STN EN 12828+A1 a STN EN 14336 v znení platnom v čase realizácie.
Elektroinštalácia zahŕňala napojenie solárnych čerpadiel a čerpadla sekundárneho okruhu (pol. 5) na sieť 230 V / 50 Hz, ochranné pospájanie a uzemnenie potrubí. Na výstupe zo zásobníka bol osadený termostatický zmiešavací ventil (obr. 7).
Systém riadi solárny regulátor VITOSOLIC 200, typ SD4 (obr. 8) [18]. Regulátor meria teploty na výstupe z oboch kolektorov (snímače S1 a S9) a teplotu v zásobníku (S2), podľa nich zapína čerpadlá a mení ich otáčky. Namerané hodnoty ukladá na kartu SD približne v 1-minútovom intervale; prevádzka zostavy sa takto zaznamenáva od septembra 2024. Regulátor zároveň vyhodnocuje dva merače tepla, ktoré merajú teplo z jednotlivých kolektorov (kapitola 5).
Okrem regulátora boli pre výskum doplnené ďalšie meracie prístroje.
Slnečné žiarenie: V rovine plochého kolektora (sklon 45°) bol osadený pyranometer EKO MS-410 (podľa výrobcu trieda First Class, ISO 9060), ktorý meria dopadajúce slnečné žiarenie Gt (W/m²). Je pripojený na meraciu ústredňu Keysight 34980A, ktorá ukladá údaje v 5-minútovom intervale (obr. 9).
Obr. 9 Umiestnenie pyranometra a exteriérovej meteostanice. Zdroj: autori; technické údaje meteostanice podľa [19].
Počasie: Meteostanica meria teplotu vonkajšieho vzduchu θe, jeho vlhkosť a rýchlosť vetra; údaje bezdrôtovo posiela do svojej základňovej stanice.
Spotreba elektriny na dohrev: Elektrické vykurovacie teleso v zásobníku má samostatný elektromer. Vďaka nemu možno oddeliť teplo zo Slnka od tepla z elektriny, najmä v prechodnom období a v zime.
Odber TV: Na prívode studenej vody do zásobníka bol osadený vodomer DN 15 (Q3 = 2,5 m³/h). Spolu s teplotou studenej vody a teplotou TV umožňuje určiť, koľko tepla sa spotrebuje na prípravu TV a akú časť z neho pokryje Slnko.
5. Ako sa meria teplo z jednotlivých kolektorov
Aby bolo možné kolektory porovnať, treba vedieť, koľko tepla dodá každý z nich. Oba kolektory však ohrievajú vodu v tom istom zásobníku, takže na strane TV sa to zistiť nedá. Okruh kolektorov je ale rozdelený na dve samostatné vetvy (kapitola 3). Teplo sa preto meria v každej vetve zvlášť, priamo v okruhu s nemrznúcou zmesou (obr. 10).

Obr. 10 Schéma merania tepla z jednotlivých kolektorov, zjednodušená podľa obr. 3 (čísla pozícií zhodné s obr. 3; V1, V2 – merače tepla s impulzným výstupom na spiatočke; S1, S9 – snímače teploty na výstupe z kolektorov; θr,1, θr,2 – snímače teploty spiatočky; θsp – snímač teploty na spoločnom prívode; VM – vodomer; MT1, MT2 – vyhodnotenie meračov tepla v regulátore). Zdroj: autori.
Na spiatočke oboch vetiev je pod solárnou čerpadlovou skupinou osadený merač tepla RESOL V40 (V1 – plochý kolektor, pod dvojvetvovou skupinou pol. 9; V2 – vákuový kolektor, pod jednovetvovou skupinou pol. 3). Jeho súčasťou je prietokomer, ktorý po pretečení určitého objemu kvapaliny vyšle elektrický impulz. Je určený pre vodu aj nemrznúce zmesi do 120 °C [20] a je osadený na spiatočke, kde je kvapalina najchladnejšia. Merače tepla boli do zostavy doplnené v júni 2026. Teplotu kvapaliny na výstupe z kolektorov merajú snímače S1 a S9 v ponorných puzdrách kolektorov, teplotu spiatočky snímače θr,1 a θr,2 pri meračoch tepla. Na spoločnom prívode do výmenníka je pod dvojvetvovou skupinou osadený snímač teploty θsp v ponornom puzdre. Impulzy z meračov tepla a teploty vyhodnocuje regulátor samostatne pre každý kolektor (MT1 – plochý kolektor, MT2 – vákuový kolektor); v regulátore sa nastaví druh a koncentrácia nemrznúcej zmesi [18]. Na kartu SD sa ukladá vypočítané teplo aj pôvodné údaje (počet impulzov a teploty), takže teplo je možné neskôr prepočítať aj nezávisle od regulátora. Montáž meračov tepla a snímača teploty dokumentuje obr. 11.
Obr. 11 Montáž merania tepla: a) montážne práce pri zásobníku TV, b), c) merače tepla na spiatočke oboch vetiev a snímač teploty v ponornom puzdre na spoločnom prívode pod dvojvetvovou skupinou. Zdroj: autori.
Tepelný výkon kolektora v i-tej vetve (i = 1 plochý, i = 2 vákuový kolektor) sa vypočíta zo vzťahu
kde je
- Φi
- tepelný výkon [W],
- qV,i
- prietok kvapaliny vo vetve [m³/s],
- ρ
- hustota nemrznúcej zmesi pri teplote v merači tepla [kg/m³],
- cp
- jej merná tepelná kapacita pri priemernej teplote θm,i = (θs,i + θr,i)/2 [J/(kg·K)],
- θs,i
- teplota na výstupe z kolektora [°C],
- θr,i
- teplota spiatočky [°C].
Prietok sa určí z počtu impulzov ni za časový úsek Δτ a objemu na jeden impulz vimp: qV,i = ni · vimp / Δτ. Teplo dodané za dlhšie obdobie a účinnosť kolektora sú
kde je
- Qi
- teplo dodané kolektorom [J, resp. kWh],
- Ai
- plocha absorbéra [m²] (2,31 m² plochý, resp. 1,51 m² vákuový kolektor),
- Gt,i
- slnečné žiarenie dopadajúce na kolektor [W/m²].
Fasáda je čiastočne zatienená okolitými budovami a stromami, preto sa žiarenie neberie z databáz určených pre nezatienenú plochu (napr. PVGIS), ale meria sa priamo na mieste [13]. Pri plochom kolektore sa Gt meria pyranometrom v jeho rovine. Vákuový kolektor je osadený zvislo, takže žiarenie na jeho plochu sa dá z týchto údajov určiť len približne; pre presnejšie porovnanie sa uvažuje s doplnením druhého pyranometra vo zvislej rovine fasády.
Nemrznúca zmes má iné vlastnosti ako voda. Hustota a merná tepelná kapacita zmesi TYFOCOR LS sa preto berú z tabuľky výrobcu podľa aktuálnej teploty (tab. 1) [17]. Ak by sa počítalo s vlastnosťami vody, vypočítané teplo by bolo pri teplotách 20 až 100 °C vyššie o 5,5 až 12 %. Koncentrácia zmesi sa kontroluje refraktometrom pri uvedení do prevádzky a pri pravidelných kontrolách, pretože riedením alebo prehriatím sa jej vlastnosti menia.
| θ [°C] | ρ [kg/m³] | cp [kJ/(kg·K)] | ρ·cp [kJ/(m³·K)] | ρ·cp voda [kJ/(m³·K)] | rozdiel [%] |
|---|---|---|---|---|---|
| 20 | 1034 | 3,60 | 3 722 | 4 176 | 12,2 |
| 40 | 1021 | 3,68 | 3 757 | 4 146 | 10,4 |
| 60 | 1008 | 3,76 | 3 790 | 4 115 | 8,6 |
| 80 | 993 | 3,84 | 3 813 | 4 079 | 7,0 |
| 100 | 977 | 3,92 | 3 830 | 4 041 | 5,5 |
Teplota na výstupe sa meria priamo pri kolektore, teplota spiatočky v miestnosti so zásobníkom. Namerané teplo je preto o tepelné straty spiatočného potrubia na ceste ku kolektoru menšie, než je skutočný výkon kolektora. Na presné určenie výkonu samotného kolektora podľa STN EN ISO 9806 [21] by bolo potrebné merať teplotu aj priamo na vstupe do kolektora; preto sa navrhuje doplniť tam snímače teploty napojené na meraciu ústredňu. Snímač θsp na spoločnom prívode umožňuje určiť aj celkové teplo odovzdané do výmenníka z prietoku oboch vetiev a rozdielu teplôt θsp − θr. Rozdiel medzi súčtom tepla z oboch kolektorov (Q1 + Q2) a týmto celkovým teplom zodpovedá tepelným stratám prívodného potrubia od kolektorov po miestnosť so zásobníkom.
Presnosť výpočtu tepelného výkonu sa odhadne zo vzťahu
kde u je neistota príslušnej veličiny a Δθ = θs,i − θr,i. Najväčší vplyv má zvyčajne rozdiel teplôt: ak sa rozdiel teplôt meria s neistotou 0,3 K, pri Δθ = 10 K to znamená neistotu 3 %, pri Δθ = 3 K už 10 %. Merač tepla meria prietok podľa výrobcu s presnosťou ±3 %, pri veľmi malých prietokoch však menej presne [20]. Prietok sa navyše určuje z impulzov: napríklad pri 1 l na impulz a prietoku 60 l/h príde len jeden impulz za minútu. Výkon sa preto počíta ako priemer za dlhší časový úsek a na vyhodnotenie účinnosti sa použijú len obdobia s ustálenou prevádzkou, bežiacim čerpadlom a dostatočným rozdielom teplôt. Požiadavky na merače tepla stanovuje STN EN 1434-1 [22]; snímače na výstupe a v spiatočke sa pred osadením porovnajú pri rovnakej teplote.
6. Záver
Článok opísal návrh a realizáciu experimentálnej zostavy so solárnymi kolektormi v areáli Centrálnych laboratórií SvF STU v Bratislave. Zostava obsahuje dva rozdielne kolektory – plochý a vákuový rúrkový, ktoré ohrievajú vodu v spoločnom zásobníku TV. Teplo z každého kolektora sa meria samostatne meračom tepla na spiatočke a dvojicou snímačov teploty v jeho okruhu, pričom sa zohľadňujú vlastnosti nemrznúcej zmesi. Spolu s meraním slnečného žiarenia, počasia, spotreby elektriny na dohrev a odberu TV vznikne súbor údajov, z ktorého bude možné určiť účinnosť oboch kolektorov, vplyv počasia na ich tepelné straty a podiel Slnka na ohreve TV. Výsledky prvého obdobia prevádzky sú spracované v samostatných vedeckých článkoch [12, 13]; údaje zo zostavy poslúžia aj na overenie prediktívneho riadenia solárnych systémov [23]. V ďalšej etape sa uvažuje s doplnením fotovoltických panelov, ktoré by ohrievali vodu v tom istom zásobníku cez elektrické vykurovacie teleso, prípadne fotovolticko-termických (PVT) panelov. Tak bude možné porovnať ohrev vody priamo slnečným teplom a ohrev elektrinou z fotovoltiky.
Poďakovanie
Tento výskum bol podporený Agentúrou na podporu výskumu a vývoja na základe zmluvy č. APVV-21-0144 a Vedeckou grantovou agentúrou MŠVVaM SR a SAV v rámci projektu VEGA č. 1/0475/24. Ďakujeme spoločnosti Viessmann, s. r. o., za dodanie a montáž komponentov zostavy.
Vyhlásenie o použití nástrojov umelej inteligencie
Pri jazykovej úprave textu a pri vyhľadávaní literatúry boli použité nástroje umelej inteligencie. Autori všetky výstupy skontrolovali a upravili a za obsah článku zodpovedajú. Návrh a realizácia zostavy, projektová dokumentácia aj fotografie sú prácou autorov.
Literatúra
- SKALÍK, Lukáš. Obnoviteľné zdroje energie: slnečné energetické systémy. 1. vyd. Bratislava: Spektrum STU, 2022. 305 s. Edícia vedeckých monografií. ISBN 978-80-227-5222-0.
- PETRÁŠ, Dušan, LULKOVIČOVÁ, Otília, TAKÁCS, Ján, FÜRI, Belo. Obnoviteľné zdroje energie pre nízkoteplotné systémy. 1. vyd. Bratislava: Jaga Group, 2009. 224 s. ISBN 978-80-8076-075-5.
- ENERGY INSTITUTE. Statistical Review of World Energy 2026. London: Energy Institute, 2026. Dostupné z:
https://www.energyinst.org/statistical-review. Citované: 27.10.2026. - OBSTAWSKI, Paweł, BAKOŃ, Tomasz, CZEKALSKI, Dariusz. Comparison of Solar Collector Testing Methods—Theory and Practice. Processes, 2020, 8(11), 1340. https://doi.org/10.3390/pr8111340.
- SABATELLI, V., MARANO, D., BRACCIO, G., SHARMA, V. K. Efficiency test of solar collectors: uncertainty in the estimation of regression parameters and sensitivity analysis. Energy Conversion and Management, 2002, 43(17), s. 2287–2295. https://doi.org/10.1016/S0196-8904(01)00180-7.
- ROJAS, D., BEERMANN, J., KLEIN, S. A., REINDL, D. T. Thermal performance testing of flat-plate collectors. Solar Energy, 2008, 82(8), s. 746–757. https://doi.org/10.1016/j.solener.2008.02.001.
- KOYUNCU, Turhan. Thermal Efficiency Comparison of Flat Plate and Evacuated Tube Solar Water Collectors. Tarım Makinaları Bilimi Dergisi, 2017, 13(3), s. 133–139. Dostupné z:
https://dergipark.org.tr/en/pub/tarmak/article/377070. Citované: 27.10.2026. - ZHOU, Zhihua, LIU, Junwei, HUANG, Xin. Research on the heat collecting efficiency of flat-plate collector and evacuated tube collector. In: 7th International Conference on Energy, Environment and Sustainable Development (ICEESD 2018). Advances in Engineering Research, vol. 163. Atlantis Press, 2018. Dostupné z:
https://www.atlantis-press.com/proceedings/iceesd-18/25894646. Citované: 27.10.2026. - IBRIK, Imad. Experimental Analysis of Different Solar Water Heating Systems According to Palestinian Environmental Conditions. International Journal of Engineering Research and Technology, 2019, 12, s. 1901–1906.
- AYOMPE, L. M., DUFFY, A., MC KEEVER, M., CONLON, M., MCCORMACK, S. J. Comparative field performance study of flat plate and heat pipe evacuated tube collectors (ETCs) for domestic water heating systems in a temperate climate. Energy, 2011, 36(5), s. 3370–3378. https://doi.org/10.1016/j.energy.2011.03.034.
- ZAMBOLIN, E., DEL COL, D. Experimental analysis of thermal performance of flat plate and evacuated tube solar collectors in stationary standard and daily conditions. Solar Energy, 2010, 84(8), s. 1382–1396.
https://doi.org/10.1016/j.solener.2010.04.020. - SKALÍK, Lukáš. Dlhodobé monitorovanie paralelne zapojeného plochého a vákuového kolektora a modelové porovnanie technológií prípravy TV. Rukopis vedeckého článku v recenznom konaní.
- SKALÍK, Lukáš. Vplyv orientácie, zatienenia a stagnácie na solárny termický systém osadený na budove. Rukopis vedeckého článku v recenznom konaní.
- STN EN ISO 9488:2023. Slnečná energia. Slovník (ISO 9488:2022).
- VIESSMANN. Projekční podklad VITOSOL 100-FM, 200-FM, 300-TM. 5825 440 CZ, 04/2021.
- Vyhláška Ministerstva hospodárstva Slovenskej republiky č. 14/2016 Z. z., ktorou sa ustanovujú technické požiadavky na tepelnú izoláciu rozvodov tepla a teplej vody.
- TYFOROP CHEMIE GmbH. TYFOCOR® LS® – technický list (Datenblatt). Hamburg. Dostupné z:
https://www.resol.de/produktdokumente/TYFOCOR-LS.daten.pdf. Citované: 27.10.2026. - VIESSMANN. Návod k montáži a servisu VITOSOLIC 200, typ SD4. 5516930, 10/2023.
- TFA DOSTMANN. WeatherHub – SmartHome Weather Station System. Dostupné z: https://www.conrad.sk. Citované: 27.05.2026.
- RESOL. V40 – objemový prietokomer s impulzným výstupom, technický list (Datenblatt). Hattingen. Dostupné z:
https://www.resol.de/produktdokumente/11216442_V40.daten.pdf. Citované: 27.10.2026. - STN EN ISO 9806. Solárna energia. Tepelné solárne kolektory. Skúšobné metódy (ISO 9806:2025).
- STN EN 1434-1:2023. Merače tepelnej energie. Časť 1: Všeobecné požiadavky.
- SKALÍK, Lukáš. Digitalizácia a smart riadenie termických solárnych energetických systémov. TZB Haustechnik, 2026, 34(1), s. 26–30. ISSN 1210-356X.
Článek velmi podrobně popisuje instalaci solární termické soustavy pro dlouhodobé sledování dvou typů fototermálních kolektorů – plochých a trubkových. V úvodní části je popsán princip přeměny slunečního záření na tepelnou energii. V další části je podrobný popis instalace celého systému. Plochý kapalinový kolektor je instalován pod trubkovým kolektorem (obr. 6, 7, 9) a bude tak docházet k ovlivnění celkového dopadlého ozáření na trubkový kolektor vlivem odrazu od plochého kolektoru v určitých polohách Slunce nad obzorem, a tím k ovlivnění výsledků měření. Vhodnější by bylo instalovat kolektory vedle sebe.
Z hlediska dlouhodobého měření je systém trochu nešťastně rozdělen pouze na okruhu s nemrznoucí směsí a případný monitoring je tedy nutné provádět právě na nemrznoucí směsi s nutností znalosti její měrné tepelné kapacity.
Doporučil jsem článek doplnit o kapitolu měření energie z jednotlivých kolektorů, výhrady byly akceptovány. Článek doporučuji k vydání.
The article describes the design and implementation of an experimental setup that allows long-term measurement and comparison of flat-plate and evacuated tube solar collectors for heating domestic hot water under normal operation. The setup was built at the Central Laboratories of the Faculty of Civil Engineering at STU in Bratislava. In addition to temperatures, solar radiation, weather, electricity consumption for auxiliary heating, and hot water consumption are measured. The heat output from each collector is measured separately in its own circuit with an antifreeze mixture using a heat meter on the return line and a pair of temperature sensors. The measured data will be used to compare both types of collectors and to validate calculation models under Slovak conditions.















![Obr. 9a Umiestnenie pyranometra a exteriérovej meteostanice. Zdroj: autori; technické údaje meteostanice podľa [19].](/docu/clanky/0306/030635o36.jpg)
![Obr. 9b Umiestnenie pyranometra a exteriérovej meteostanice. Zdroj: autori; technické údaje meteostanice podľa [19].](/docu/clanky/0306/030635o38.jpg)
![Obr. 9c Umiestnenie pyranometra a exteriérovej meteostanice. Zdroj: autori; technické údaje meteostanice podľa [19].](/docu/clanky/0306/030635o40.jpg)


