Historie solárních termických kolektorů a soustav – 5. část dokončení
Seriál přiblížil začátek a vývoj solární fototermiky v bývalém Československu a částečně v sousedních státech. V poslední páté části dokumentuje vlastní i převzaté koncepce provozního řádu, kvality obsluhy aj. a naznačuje možnosti využití internetové koncepce IoT (internet věcí). Předchozí části viz Topin č. 7/2016, 8/2016, 1/2017 a 2/2017.
Úvod
V minulých čtyřech částech jsme si popsali nejvýznamnější souvislosti, které provázely realizace solárních soustav. Aby soustavy pracovaly podle návrhu projektanta a ke spokojenosti majitele, musí být též řešeny podmínky jejich sledování a údržby – u velkých zařízení pak i kvalita jejich obsluhy. V závěru se zamyslíme nad jejich historickým vývojem a nastíníme cestu do budoucna.
10. NÁVRH PROVOZNÍHO ŘÁDU
Součástí každého spotřebiče musí být návrh ke správnému použití, což platí dvojnásob v případech, kdy při jeho provozu hrozí možné nebezpečí. To se týká i solárních soustav. Dnes již o fototermice víme hodně, ale v minulosti často stáli investoři před neobvyklými a složitými situacemi. Automobil si uměl svépomocí opravit leckdo, ale obsluhy daleko jednodušší solární soustavy se bál.
Proto byly provozní řády vyžadované a investoři si jich velmi cenili. Takový řád musel obsahovat základní schéma primárního i sekundárního okruhu, veškeré technické údaje použitých komponentů, podmínky provozu a údržby. Protože se využití sluneční energie během roku mění, byla i záruční doba stanovena na minimálně 12 měsíců, aby se soustava otestovala ve všech ročních obdobích. Nejnáročnější bylo samozřejmě léto (přehřívání kolektorů) a zima (sníh, mráz).
Z toho důvodu měl vypracovaný provozní řád platnost pouze pro zkušební období. Pokud se v něm nevyskytly nějaké mimořádné stavy, na které by musel projektant i dodavatel reagovat, byl po roce projektantem prohlášen jako trvalý.
Došlo-li k nějakým změnám, vypracoval se po roce provozní řád nový, definitivní.
Provozní řád visel v solární strojovně, jeden měl k dispozici vedoucí provozu a další výtisk se uložil do archivu – minimálně tedy byly potřeba tři výtisky. Na závěr obsahoval pár volných listů na doplňování informací o případných opravách, revizích (např. i výměna nemrznoucí kapaliny) a obdobích, ve kterých se o zařízení starala konkrétní obsluha. Toto se zapisovalo do výtisku u vedoucího provozu. Samozřejmě v něm musela být konkrétní spojení na projektanta i dodavatele, aby se s nimi v případě mimořádných událostí bylo možné spojit.
Řád se např. řešil i tím způsobem, že se na schématu očíslovaly vybrané uzávěry a v případě nutnosti byl uveden tabulkový postup, které uzávěry zavřít, a které naopak otevřít. Někdy byl řád doplněn i o fotografie z realizace a nejsložitějších uzlů.
11. VÝBĚR OBSLUHY
Investor by měl vybrat spolehlivého člověka znalého místních poměrů a profese elektro, sanita nebo topenář. Takový člověk by se měl osobně účastnit montáže, být u předání a za tuto činnost být také patřičně honorován.
Neměli bychom se setkávat s případy, kdy je zařízení provozováno bez zodpovědného pracovníka obsluhy. Případné havárie se snaží napravit každý, kdo je poblíž a „má v kapse šroubovák“. To pak vzniká více škod nežli užitku. Stal se i extrémní případ, kdy chtělo být JZD se „soláry“ první v okrese, získat nějaké výhody. Po odjezdu dodavatele a velké slávě se však strojovna zamkla a tím byla otázka údržby „vyřešena“!
Ideální je zaměstnat na zkrácený úvazek technického pracovníka firmy, který odchází do důchodu. V jednom případě si takovýto inženýr elektro nové práce natolik vážil, že chodil soustavu kontrolovat i během víkendu. Vše se stalo novým smyslem jeho života.
12. MALÁ REKAPITULACE
Správně bychom se měli zabývat také ekologickou likvidací fototermiky. V naprosté většině se vždy jedná o železo, klasické barevné kovy, sklo a elektroinstalace. Svým způsobem mohou přinést majiteli ještě určitý zisk. Nemrznoucí kapalinu likviduje výrobce nebo je biologicky odbouratelná.
Podívejme se nyní zpětně na zkrácený fototermický vývoj. Roky 1891 a 1930 přinesly v USA zásadní solární patenty (viz Topin 7/2016).
Až v roce 1973 fototermiku nastartovala první světová ropná krize. Stav v ČSSR ve druhé polovině 70. let charakterizuje výstižný článek z Technického týdeníku č. 34/1979:
„Na teplotu až 60 °C se ohřeje voda ve slunečních kolektorech, které smontovali v dopravním závodě ČSAD v Šale. Zařízení umístili na střeše kotelny, které se skládá z 11 navzájem svařených vyřazených plošných radiátorů, má plochu 12 m2 a materiál na jeho výrobu stál jen 2 600 Kčs. Ze slunečních kolektorů stéká ohřátá voda v primárním okruhu samoprouděním do kotle, ve kterém ohřeje další vodu v sekundárrním okruhu na 40 °C. Slunečního záření se dá využít také v zimě, kdy namísto čisté vody, která by mohla zamrznout, naplní absorbéry Fridexem nebo netuhnoucím transformátorovým olejem. Zařízení o této velikosti ušetří měsíčně na 20 q hnědého uhlí.“
Co k tomu dodat? Možná slova „chtělo se, ale nevědělo se jak a z čeho“. Začátkem 80. let se už deskové radiátory, Fridex a transformátorový olej přestaly používat. Vývoj a výzkum pomalu převzal žezlo, i když často pouze díky nadšencům.
K roku 1993 autor registroval používané profily absorbérů uvedené na obr. 12.
Dnes, téměř po 35 letech, můžeme na portálu Nová zelená úsporám nalézt v rámci České republiky 1 750 odborných dodavatelů plochých nebo trubicových kolektorů. Solární fototermika se stala běžným oborem studijním, výrobním i dodavatelským.
Vývoj však nespí ani v současnosti. Výkonově se už dopředu nějakým razantním skokem neposuneme (tím posledním byly ploché vakuové kolektory a spektrálně selektivní vrstva na absorbéru), ale měli bychom být vděčni i za menší posuny v procentuálním zvyšování výkonu.
Připomeňme některé poslední novinky:
- kombinované kolektory fotovoltaika a fototermika,
- zdvojené zasklení s vakuovou mezerou,
- samočinná změna parametrů spektrálně selektivní vrstvy na absorbéru při přehřívání kolektorů.
A jaké novinky přinesou roky následující? Sluneční záření je nekonečné, nezná zemské hranice, je přístupné zdarma všem. Možná se objeví i vhodné optimalizované kombinace vzájemného doplňování fototermiky a fotovoltaiky. Střechy a fasády domů jsou připraveny všude.
13. VĚČNÝ PROBLÉM
Plochý nebo trubicový?
Existuje stálý problém, který začal vstupem vakuových trubic na domácí trh. Kdy použít na střechu to či ono zařízení? Vzhledově efektivnější zářící trubice nebo „matnější“ ploché kolektory?
Fakt, že by otázka vzhledu zařízení nikdy neměla dostat přednost před kritériem technickým, snad ani netřeba zmiňovat. Vakuum v kolektorech i trubicích omezuje tepelné ztráty a zvyšuje jejich výkon. V létě, kdy je sluneční energie nadbytek, by postačily kolektory obyčejné. V zimě je záření málo a potřeba tepla velká, vakuum je zde na místě. Zaměňovat během roku kolektory však nelze.
Odpověď můžeme nalézt v grafu obr. 13. Chceme-li ohřát kapalinu o 40 °C nad teplotu vzduchu kolem kolektoru nebo trubice a přiřadíme-li ploše kolektoru č. 1 100 %, potom vidíme, o kolik procent jsou „vyšší typy“ plošně naddimenzované. Při rozdílu 80 °C může být plocha trubic 4 proti kolektoru 1 dokonce poloviční.
Ale i vakuum má své problémy. Časem může zaniknout, což se dá poznat pohmatem (sklo trubice je teplé, zatímco ostatní trubice jsou při slunečním svitu chladné) nebo na trubicích taje a sjíždí z nich sníh. Významné slovo při rozhodování by měly mít i pořizovací náklady, které ale neodpovídají grafu na obr. 13.
Ideální řešení tu bylo před lety, kdy se vakuum u plochých vakuových kolektorů zajišťovalo automaticky pevnou vývěvou u každé realizace. V létě se do kolektorů mohl vpustit vzduch a na zimu se kolektory vyvakuovaly. Dnes vakuum u těchto kolektorů kontroluje a zajišťuje firma pouze v rámci servisu.
Jednoduchý závěr je asi takovýto: pro celoroční přípravu TV postačí plochý kolektor, pro totéž a zimní přitápění jsou vhodné vakuové výrobky. Konkrétní realizace je však nutné řešit odborně a podle místních podmínek (např. i nadmořská výška a sníh).
Známe dráhy Slunce?
Orientace kolektorů by měla být technicky optimálně na jih. Vzhledem k vyšší účinnosti kolektorů během odpoledne (vliv vyšší teploty vzduchu a často také rozpuštěné dopolední oblačnosti) je „natáčíme“ od jihu k jihozápadu – po léto více, celoročně méně. Přesné číslo neexistuje. Měli bychom sledovat i možné stínění okolními překážkami. K tomu poslouží graf na obr. 16 (stojíme v místě realizace a díváme se k jihu).
Pro letní slunovrat zjišťujeme výšku Slunce nad obzorem pro 50° severní zeměpisné šířky např. v 15 hodin SEČ (16 hodin letního času) 45° s azimutem 249°. Jiné výšky Slunce odměříme mezi kruhem obzoru a konkrétní drahou Slunce v konkrétní čas (rovnodennosti, slunovraty).
14. PRŮMYSL 4.0
Jedná se o nový pojem, Internet of Things (IoT = internet věcí), který oficiálně prezentovala před německou veřejností v roce 2013 kancléřka Angela Merkelová. V podstatě nahrazuje nedávné pojmy technologie 21. století nebo Smart-technologie.
Představme si pod tím chytrý proces výroby, ale podobně chytře budou rozvíjeny domy, doprava, úřady, města apod. Symbolem je opravdu internet, který propojí vše, co bude potřeba řídit optimálně. Stačilo např. sledovat letošní brněnský veletrh AMPER nebo německý ISH.
V solární fototermice dojde k dalšímu zkvalitnění výroby kolektorů pomocí robotizace, sníží se negativní lidské vlivy na životní prostředí a sníží se energetická náročnost.
Když se posuneme ještě dál, může s námi naše solární soustava pomocí internetu kdykoliv komunikovat, sdělovat svůj stav a žádat o naše rozhodnutí (pokud ho nenaprogramujeme předem) jak a kam uložit např. nadbytečnou energii v domě anebo ji prodat teplárenské společnosti, jak se již zavádí v Dánsku. Je zřejmé, že se musí vytvořit i formy sezonní akumulace tepla, třeba i s využitím objemu našeho „zatepleného“ bazénu na podzim.
Závěr
Co si přát na závěr? Aby nekonečné lidské vědění vymyslelo ještě účinnější formy využívání tepelné sluneční energie a ještě účinnější koncepce akumulace i rekuperace tepla. K tomu vám přeji dobré nápady, odvahu, šťastnou ruku při výběru projektanta i dodavatele a hlavně úspěch.
Na konferenci Alternativní zdroje energie 2016 v Kroměříži přednesl Ing. Jaroslav Peterka, CSc. příspěvek na téma Historie solárních termických kolektorů a soustav, na nějž následně aktivně navázal stejnojmenným pětidílným seriálem pro čtenáře Topinu.
Náhoda tomu chtěla, že v měsíci vydání tohoto čísla uplyne přesně 40 let, kdy sluneční energie profesně ovlivnila autorův život. Protože tímto seriálem zároveň završuje svoji kariéru v aktivním projektování solárních soustav a propagaci solární fototermiky, bude jistě na místě poděkování za letitou spolupráci a pár slov o profesní kariéře pana inženýra.
V roce 1961 vystudoval Jaroslav Peterka Průmyslovou školu stavební v Hradci Králové, obor TZB. Na doporučenku musel nastoupit do libereckého Stavoprojektu, kde si vybral obor ZT a Liberec se mu tak stal novým celoživotním domovem. Později dálkově vystudoval katedru zdravotního inženýrství ČVUT v Praze. V roce 1977 se zúčastnil podnikového semináře o sluneční energii a právě to byl moment, kdy, básnicky řečeno, podlehl kouzlu sluneční energie, která se mu stala pracovní náplní po celý další život. Takto bylo „postiženo“ i několik dalších kolegů. K dispozici tehdy měli jen minimum podkladů, ale o to větší zápal prokázat výhody sluneční energie v praxi. Proto si také na ČVUT Praha vybral pro externí kandidaturu téma Řešení závislostí dopadající energie slunečního záření na obecnou plochu v prostoru ukončenou řadou počítačových programů (SLEN) pro tehdy ještě sálový počítač EC1010 s děrnými štítky. V roce 1982 na veletrhu Pragotherm navázal desetiletou aktivní vývojovou a realizační spolupráci se Závodem SNP n. p. ve Žiaru nad Hronom (hliníkárna a výroba slunečních kolektorů typu SALK).
Po rozpadu Stavoprojektu v roce 1990 pokračoval ve stejné práci jako OSVČ s názvem Solar Dynamics – počet jeho solárních realizací od těch nejmenších až po ty největší se přiblížil stovce. Od roku 1995 vyučuje obor TZB na nově vzniklé Fakultě umění a architektury TU v Liberci, ke kterému dodatečně přidal výuku předmětu Alternativní energetické zdroje.
V roce 1998 spoluzaložil časopis Alternativní energie, kde působil ve funkci šéfredaktora a později také jako odborný redaktor. Časopis vycházel celých 16 let až do jeho sloučení s periodikem Energie 21, pro který do současnosti rovněž pracuje jako stálý spolupracovník redakce. Jaroslav Peterka stál u zrodu Československé společnosti pro sluneční energii, kde je dodnes čestným členem.
Redakce
- Historie solárních termických kolektorů a soustav – mimořádné pokračování. Zemřel pan Jaromír Sum
- Historie solárních termických kolektorů a soustav – 4. část
- Historie solárních termických kolektorů a soustav – 3. část
- Historie solárních termických kolektorů a soustav – 2. část
- Historie solárních termických kolektorů a soustav – 1. část