Vadí vakuovým trubkovým kolektorům led a sníh?
Zájem o instalaci solárních soustav se v současnosti přesunul od investorů, kteří jej jednoznačně podmiňovali získáním velké státní dotace, k těm, kteří již takto zásadní kritérium nevolí. Tito zájemci uvažují v dlouhodobém horizontu, neboť obvyklá návratnost solárních soustav rozhodně přesahuje komerčně často zmiňovaný limit 3 až 4 let a pohybuje se v okolí 10 let.
Potřeba dlouhé životnosti solárních soustav jednoznačně odklání zájem od nejlevnějších řešení. Mnohem více se hledí na povinné, ale i další dobrovolné certifikace, například Keymark, které může výrobce ke svým zařízením předložit a garantovat tak uživateli, že zakoupené zařízení bude mít slíbené parametry nejen do skončení zákonné záruční doby. Za uspokojivé řešení lze považovat garanci výrobce, který přesně stanoví přípustné snížení parametrů s perspektivou na přibližně deset let nebo záruku na parametry v této době. Z tohoto pohledu je zřejmé, že sortiment výrobků a výrobců, mezi kterými lze vybírat, se znatelně zúží. V zúženém výběru zůstanou kvalitní ploché a trubkové vakuové kolektory. Jedním z kritérií, která rozhodnou o konečné volbě, bude odpověď na otázku, jak si obě varianty kolektorů poradí s případnou námrazou nebo vrstvou sněhu.
Předně je nutné stanovit, po jak dlouhou dobu se může na obou typech kolektorů námraza, nebo vrstva sněhu, vyskytovat, a jak významně toto období sníží možný zisk tepla?
Zásadní vliv má četnost nepříznivých klimatických podmínek, které se v místě instalace kolektorů vyskytují. Pomohou například údaje o výskytu sněhových srážek, údaje Českého hydrometeorologického ústavu, Mapa zatížení sněhem atd.
Pokud necháme vše jen na přírodě, tak bude rozhodovat vlastní tepelná ztráta kolektoru, která způsobí roztání námrazy či sněhu, nebo přísun tepla z jeho okolí. Je zřejmé, že vysoce kvalitní vakuové kolektory se v tomto směru mohou jevit jako méně výhodné. I když i mezi nimi je nutné rozlišovat. Zda jde o jednostěnné trubice s absorbérem ve vakuu nebo o trubice dvoustěnné, mezi kterými je vakuum (Sydney) a absorbér je v prostoru s běžným atmosférickým tlakem. Uvážit se musí také vybavenost trubic zadním reflektorem.
V diskuzním příspěvku uvedeném v časopise SHT č. 8/2014, je k tomuto tématu citována zpráva Solarenergienutzung bei Eis und Schnee auf dem Kollektor vydaná Univerzitou Stuttgart, Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik (ITW, 2004), jejímž autorem je S. Fischer.
Diskutující, Dr. Rolf Meißner, fyzik, který se podílí na vývoji solárních systémů, včetně zařízení pro ukládání tepla, od roku 1990 (Ritter XL Solar GmbH), rozporuje názor, že tepelné solární kolektory nemohou mít v celoroční bilanci větší zisk než kombinace fotovoltaických kolektorů s tepelnými čerpadly. Tento názor snad platí na méně kvalitní ploché tepelné kolektory v soustavách se směsí glykol/voda, ale nikoliv na vysoce kvalitní vakuové trubicové, navíc s reflektorem. Obecně s těmito kolektory nemá moc techniků vlastní zkušenosti, a tak o nich často poskytují informace bohužel jen na základě toho, co někde slyšeli.
Skutečnost je taková, že reflektor i pod vrstvou sněhu o tloušťce 5 cm urychluje tání sněhu, neboť v prostoru nad ním, pod vrstvou sněhu, dosahuje teplota při slunečním svitu až k 50 °C.
Efektivitu trubicového vakuového kolektoru, na kterém je námraza, potvrdila výše zmíněná práce testovacího centra ITW Stuttgart. Na připojeném obrázku je kolektor s vrstvou námrazy na trubicích dne 26. 1. 2004. Kolektor byl provozován se střední intenzitou slunečního záření 140 W·m-2 s teplotním rozdílem proti teplotě okolí 28 K. Přes ledovou námrazu poskytoval v době od 11:30 do 15:30 hodin 92 % svého jmenovitého výkonu.
Lze předpokládat, že funkci reflektoru pro urychlení tání sněhu může částečně nahradit vhodná střešní krytina pod kolektory, která bude více jímat sluneční záření s vlnovou délkou v rozsahu tepelného záření. Mohlo by jít o krytinu plechovou, která navíc svým vyšším koeficientem vedení tepla bude lépe transportovat teplo z míst, kam více pronikne sluneční záření, tedy kde je menší sněhová vrstva, nebo kde již roztála, do okolí. Tak urychlí odtání sněhu a zkrátí dobu, po kterou by vakuové trubicové kolektory nemohly poskytovat plný výkon. V této souvislosti by jistě bylo dobré mít, při volbě krytiny pod trubicovými vakuovými kolektory, možnost opřít se o výsledky podrobných výzkumů provedených s různými střešními krytinami s cílem omezit výskyt sněhu a námrazy.
Odpověď na otázku položenou v nadpisu tedy zní: Ano, vadí, ale negativní vliv není zásadní a ve srovnání s plochými kolektory může být stejný, dokonce i menší.
Základním tématem zmíněné diskuze však nebyla problematika vlivu sněhové vrstvy nebo námrazy na zisk tepelného solárního kolektoru, ale srovnání efektivity soustavy využívající jen tepelné solární kolektory a soustavy, která k výrobě tepla využívá kolektory fotovoltaické, jimiž vyrobená elektřina je na teplo transformována s využitím tepelného čerpadla, tedy s dodatečným ziskem tepla ze vzduchu. Stručný překlad této diskuze rovněž zpracujeme.
podle SHT 5/2014, 7/2014, 8/2014 upravil a doplnil JH