Skúsenosti už existujú: Pri NED s teplovzdušným vykurovaním a vetraním sa ukazuje už výhodné neprivádzať do domu elektrickú energiu a plyn spoločne. Elektrické pripojenie sa musí robiť vždy a keď je potreba tepla na vykurovanie a prípravu TV malá, prečo nevyužiť len túto energiu? Plynová prípojka s ďalšou technológiou (kotol, komín) len zvyšuje obstarávacie náklady. Aby sa ešte ušetrila jediná platená elektrická energia, využíva sa celoročne slnečná energia (fototermálna premena) a zemný výmenník tepla. Pri tejto koncepcii sa už dostávame na hodnotu mernej ročnej spotreby energie na vykurovanie na15 kWh/m2 za rok, teda do kategórie energeticky pasívnych domov (EPD).
Ďalšie možnosti?
Ako postupovať v prípade, keď užívateľ teplovzdušné vykurovanie odmietne, chce byť závislý len na elektrickej energii a uvažuje o využití slnečnej energie? Tu sa už dostávame do stretu záujmov:
- kto má dostatok finančných prostriedkov, môže si celú južnú strechu pokryť fotovoltaickými panelmi (FVP) a elektrickú energiu predávať do verejnej siete. Realizuje podnikateľský zámer. Dom môže vlastne vykurovať čímkoľvek a akoukoľvek sústavou. Ak to bude elektrické vykurovanie, za energiu platí zníženú sadzbu.
- kto má prostriedky alebo len vhodnú strechu na obstaranie niekoľkých FVP, vyrobená vlastná elektrická energia mu šetrí nakupovanú elektrickú energiu. S efektívnym využitím tejto energie už to je horšie.
Vlastnosti FVP
Fotovoltaické panely vyrábajú len jednosmerný prúd 12 alebo 24 V. Varianty riešenia sú:
- využiť jednosmerný prúd len na výrobu tepla (marenie výkonu panelov)
- pomocou regulátora nabíjať akumulátor 12 alebo 24 V a používať rovnaké jednosmerné spotrebiče a žiarovky (vlastný rozvod po dome)
- pomocou akumulátora a napäťového striedača napájať bežné sieťové spotrebiče 230 V/50 Hz (bežný rozvod po dome)
Varianty sú finančne rôzne náročné a zložité.
Vlastnosti slnečného žiarenia
V Alternativní energii o ňom píšeme už desať rokov, tak len stručne:
- nestabilný zdroj s premenlivým výkonom počas dňa aj roku
- so vzrastajúcou cenou elektrickej energie a neobnoviteľných palív získava na význame
- pri vhodnom využití v dome výrazne znižuje ročné náklady (na teplú vodu cca 2/3, na vykurovanie cca 1/3)
Elektrické vykurovanie
Rodinné domy, ktoré sa vykurujú len elektrickou energiou (podlahové vodiče) existujú a z rôznych dôvodov sa budú stavať naďalej. Ak elektrická energia pochádza z fosílnych zdrojov, tým sa zaoberať nebudeme. Pokúsme sa však formulovať podmienky, ako pomôcť znížiť energetickú náročnosť aj týchto domov pomocou fotovoltaických panelov. Vodičové vykurovacie systémy sa vyrábajú buď pre striedavý alebo jednosmerný prúd. Určite by sa vyplatila kombinácia vykurovacích vodičov pre striedavý aj jednosmerný prúd, teda nie jediný okruh, ale dva nezávislé okruhy v jednej rohoži.
Výhody riešenia
Kombinované vodičové vykurovacie systémy by sa inštalovali v severných, od slnka tienených miestnostiach alebo kúpelniach. Za bežnej prevádzky s oblačným počasím by boli vykurované elektrickým prúdom z verejnej siete. Ak si investor neskôr alebo hneď pri stavbe zaobstará fotovoltaické panely, urobí sa vodičové prepojenie strechy s vybranými miestnosťami vodičmi pre jednosmerný prúd (je možné urobiť už pri stavbe objektu), môže s ich pomocou temperovať alebo podľa dostatočnej plochy FVP tieto miestnosti v slnečných dňoch aj vykurovať a tým šetriť za neodobratú energiu zo siete. Južné miestnosti sú slnečnou energiou oknami vyhrievané a boli by v nich použité len vodičové vykurovacie systémy 230V/50 Hz. Pri slnečnom počasí od jesene do jari by sa severné miestnosti vykurovali klasicky energiou zo siete. So vzrastom teploty miestností prevádzkou vodičov ohrievaných FVP by termostat prívod zo siete odpojil. S premenlivou oblačnosťou by sa tento cyklus denne niekoľkokrát opakoval.
Množstvo usporenej energie
Množstvo môžeme odvodiť z fototermálnej premeny slnečného žiarenia. Ta má oproti fotovoltaickej premene asi 5x vyššiu účinnosť. To znamená, že z jednotky plochy FVP usporíme ročne na vykurovaní severných miestností 20% z 1/3 t.j. 6,6%. Aby sme usporili práve 1/3, musela by byť plocha FVP oproti slnečným kolektorom 5 x väčšia. Popísaná koncepcia nahráva pri väčších domoch s viacerými severnými miestnosťami skôr úplnému pokrytiu strechy FVP. Problémom potom je, že je výhodnejšie toto väčšie množstvo elektrickej energie predávať za vysokú cenu do verejnej siete. Kto by chcel vykurovať len jednu miestnosť týmto výpomocným spôsobom, plocha FVP a realizačné náklady by mohli byť pre niektorých investorov prijateľné.
Čo s energiou v lete?
Ako už bolo uvedené, zvyšujúci sa počet letných tropických dní môže byť dôvodom zaobstarania elektrického chladenia (klimatizácie). Tá by bola poháňaná zdarma pomocou inštalácie napäťového striedača fotovoltaickými panelmi. Jej výkon by bol poplatný veľkosti slnečného žiarenia. V noci by bolo všetko bez energie a tým aj bez nebezpečia porúch. Kto by mal väčšie prebytky prúdu, mohol by ich počas dňa akumulovať do akumulátora a počas nasledujúcej noci osvetľovať schodište, predsieň, záhradu, bezpečnostné zariadenie (ochrana objektu by bola nezávislá na výpadku z verejnej siete). Na tomto vlastnom prúde, pri výpadku verejnej siete, by nakoniec bola nezávislá aj denná klimatizácia.
Záver
Navrhnutá koncepcia sa môže javiť ako finančne náročná, ale so vzrastajúcou cenou elektrickej energie, zvyšujúcou sa účinnosťou FVP, znižujúcou sa ich cenou a globálnym otepľovaním ako zmysluplná. Prečo ju v malom merítku nevyskúšať už dnes a pripraviť sa na budúcnosť včas? Určite je nutný ďalší technický a ekonomický rozbor, výber vhodného objektu, projekt od špecialistu atď., ale je popísaná ďalšia z viacerých ciest znižovania oxidu uhličitého v atmosfére, zvyšovaní využitia OZE a aspoň udržania, keď už nie zlepšenia doterajšieho stavu životného prostredia.
Na vytvorenie okamžitého názoru čitateľov súčasne uvádzame
technické stanovisko výrobcu vodičových vykurovacích systémov.
Martin Smital, Technický riaditeľ Fenix Group a.s.: Ako technický zástupca českého výrobcu elektrických vykurovacích systémov môžem vety z článku Fotovoltaické vykurovanie a chladenie Ing. Jaroslava Peterku, CSc. potvrdiť, nakoľko využitie takto získanej elektrickej energie pre elektrické vykurovanie je veľmi jednoducho a lacno aplikovateľné v kombinácii s hlavným a stabilným zdrojom tepla.
Výhody
Hlavnou výhodou systému s využitím vykurovacieho vodičového okruhu VVO alebo vykurovacej fólie VF môže byť úspora obstarávacích nákladov akumulačných článkov - batérií alebo meniča z malého jednosmerného napätia na 230V striedavých, ktoré musíme pri väčšine spotrebičov použiť. Je potrebné vyvrátiť niektoré mylné predstavy ľudí, že vyrobenú elektrickú energiu pomocou meniča pripoja do zásuvkového obvodu, kde sa zmieša s elektrickou energiou dodávanou z rozvodných sietí. VVO a VF majú veľkú výhodu, že dodanú elektrickú energiu bezo zvyšku premenia na teplo pri priamom napojení na fotovoltaický článok.
Použitie
Ako už bolo povedané, fotovoltaický zdroj elektrickej energie je nestabilný a preto potrebujeme v objekte inštalovať štandardný zdroj vykurovania, teda napájaný elektrickou energiou nakúpenou z rozvodných sietí. V miestnosti teda budeme mať dva VVO v podlahe. VVO na napätie 230V a termostat s kombináciou podlahovej a priestorovej sondy, vedľa tohto vodiča nainštalujeme VVO na napätie 12V alebo 24V s plošným príkonom max. 60 W/m2 (pri tomto príkone nepresiahneme hygienickú hranicu teploty povrchu podlahy 27°C). VVO napájaný z rozvodných sietí a zapojený cez termostat vykuruje, alebo lepšie povedané prikuruje, len v okamihu, kedy solárny článok nie je schopný pokryť celkovú potrebu tepla v miestnosti. Uložením vykurovacieho článku napájaného fotovoltaickým zdrojom do betónu v hĺbke cca 40 mm od povrchu môžeme dosiahnuť, že teplo vyrobené cez deň sa nám k povrchu podlahy dostáva neskôr. Toto uloženie je vhodné v kombinácii s uložením VVO napájaného z rozvodných sietí priamo pod dlažbu alebo VF uloženej priamo pod drevenou alebo laminátovou plávajúcou podlahou. Je nutné podotknúť, že oba VVO alebo VVO s VF sa nesmú krížiť ani dotýkať navzájom.
Technické možnosti
Vykurovacie vodičové okruhy VVO ECOFLOOR samostatné v zvitkoch s prívodným vodičom alebo nalepené, poprípade našité na sklenú tkaninu, tzv. podlahové vykurovacie rohože, sme schopní v súčasnej dobe vyrábať pre napätie 12V s príkonmi 4,5 - 200W a pre napätie 24V s príkonmi 9 - 400W. VVO pre tieto napätia vyrábame, avšak zatiaľ len ako atypické zákazky presne na mieru na účely bezpečného vyhrievania sprchových kútov, pre chovateľov drobného zvieratstva, kedy zákazníkmi požadované príkony sa zatiaľ pohybujú od 20 do 100W. Pri väčšom záujme o tieto výrobky sme schopní pružne vytvoriť novú výrobnú radu s pevne stanovenými parametrami i cenou, ktorá môže mať aj vyššie príkony, než je 200 alebo 400W. V prípade okamžitého záujmu o vyšší príkon sme schopní ponúknuť riešenie niekoľkými VVO umiestených vedľa seba s paralelným zapojením. Vykurovacie fólie VF ECOFILM je možné vyrábať s obdobnými parametrami ako VVO, avšak zatiaľ štandardne vyrábame len fólie pre napätie 48, 110 a 230V.
Záver
Nakoľko v aplikáciách fotovoltaických článkov v NED a PD vidíme budúcnosť, sme naklonení všetkým projektom, ktoré sa v tejto oblasti budú riešiť a realizovať a radi by sme našli užívateľov fotovoltaických článkov, ktorí by naše zdarma poskytnuté VVO inštalovali vo svojom objekte, ako našu referenčnú aplikáciu.
Ing. Jaroslav Peterka, CSc.
Článok bol prevzatý z časopisu Alternativní energie (3/2007)