Pro získávání energie ze slunečního záření pro menší zařízení (např. rodinné domy) jsou v současnosti bezdůvodně preferovány fotoVOLTAICKÉ kolektory (většinou ve formě plochých panelů, ale může jít i o fólie či šindele a střešní tašky), tedy výroba elektřiny (byť ve většině těchto instalací jde současně i o výrobu teplé vody), před fotoTERMICKÝMI, tedy klasickými teplovodními (zpravidla plochými či trubkovými) solárními kolektory. Jaká je tedy pravda? Nejde opět o neefektivní využití dotační politiky, jak tomu bylo při preferenci zateplování oproti mnohem účinnější výměně kotlů v programu Zelená úsporám? Pokusil jsem se to na základě vlastních 20letých zkušeností a prospektů jednotlivých výrobců shrnout do následujících bodů:
Nevýhody fotovoltaických kolektorů
-
Výrobci uváděná jmenovitá účinnost přeměny slunečního záření na energii samotných fotovoltaických panelů se pohybuje od 17 do 20 %, tedy hluboko pod účinností termických solárních kolektorů, která je běžně až 4x vyšší.
-
Výrobci uváděná jmenovitá účinnost platí až při slunečním záření přes 500 W/m2, při nižší intenzitě záření klesá až k 85 % původních hodnot.
-
A každoročně ubývá kolem 0,5 % jmenovitého výkonu panelu, tedy za 10 let kolem 5 %, za 20 let je to už i přes 10 % (pokud nedojde k jejich degradaci dalšími vlivy) kdežto fototermické kolektory mají prakticky po celou dobu své životnosti (až 30 let, já je mám už 20 let) stále plnou jmenovitou účinnost.
-
Pokud nejsou panely zapojeny optimálně, tedy s tzv. sledovačem maxima (nejedná se o natáčení panelů kolmo k paprskům!), tak se nevyužije až přes 10 % dopadající energie. Na druhé straně tzv. sledovač maxima stojí i pro malé instalace přes 20 000 Kč, nicméně bez něj fotovoltaika už vůbec nedává smysl.
-
Dalších až několik % účinnosti se ztrácí se stoupající teplotou panelu, tedy v létě (až o 0,4 % /°C) – i proto vznikly tzv. hybridní solární kolektory, kdy ty fotovoltaické jsou na straně přivrácené ke Slunci a z druhé strany jsou ochlazovány fototermickými kolektory (toto komplikované technické řešení se neosvědčilo, fotovoltaická část sice získala pár procent účinnosti navíc, ale fototermická část pracovala s hluboce nízkou účinností skoro na úrovni jejích tepelných ztrát, přičemž investiční náklady byly dvojnásobné. Jejich použití by tak bylo snad vhodné jen u rekreační samoty s malou střechou, kam se nevyplatí zavést elektřinu, pak ale vyvstává otázka, kdo bude v zimě shrnovat sníh z fotovoltaických panelů v době nepřítomnosti majitele, aby se dobíjely baterie či nahřívala voda?
-
Dalších až 5 % z vyrobené elektrické energie se ztrácí ve střídačích a rozvodech, takže celková skutečná účinnost je ještě minimálně o 1 % nižší.
-
Ale i ve stand-by stavu, tedy když nesvítí Slunce a střídač je mimo provoz, tak se ztrácí kolem 1 % elektrické energie (cca 5 W na zařízení).
-
Pokud slouží i k ohřevu teplé vody, tak je třeba mít navíc jednak elektrické topné těleso, a především drahou akumulační nádrž a též expanzní nádrž neboli je tu jeden mezičlánek mezi Sluncem a vodou zbytečně navíc, a bohužel dost drahý.
-
Bez optimalizace přímé spotřeby solární energie se může ztratit dalších až 30 % energie.
-
Musí mít zpravidla drahou baterii.
-
Nabití a vybití baterie (tedy jeden cyklus) spotřebuje dalších 5 % vyrobené energie za podmínky teploty 25 0C, při vyšší teplotě nebo vyšších proudech se tyto ztráty dále zvyšují
-
Při vybíjení baterie pod 20 % její kapacity se účinnost cyklů snižuje až o dalších 10 %
-
Skutečná účinnost přeměny slunečního záření na elektřinu se tak ve fotovoltaických zařízeních v součtu všech výše uvedených ztrát pohybuje od 90 % u těch nejlepších nových za ideálních podmínek až někdy i jen k 50 % JMENOVITÉ ÚČINNOSTI udávané výrobcem méně kvalitních starších kolektorů při zhoršených podmínkách, tedy mezi 13 až pouhých 5 % CELKOVÉ ÚČINNOSTI!
-
Životnost Li-ion akumulátorů se pohybuje od 800 do 8000 cyklů v závislosti na druhu, kvalitě, a především hloubce vybíjení baterie (nejvhodnější je proto okamžité dobíjení mezi 20 a 80 % kapacity). Takže někdy je bude nutné vyměnit i po pár letech.
-
Jmenovitá kapacita baterií se i při kvalitní péči časem snižuje a účinnost jejich dobíjení též klesá (zvláště pak při rychlém vybíjení či dobíjení velkými proudy, kdy se část elektrické energie mění na teplo) – velmi dobře to všichni známe např. z baterií mobilních telefonů.
-
Je naprosto iluzorní si myslet, že se budou moci pro fotovoltaické instalace používat starší, vyřazené baterie z elektromobilů – ty nevyhovují jak sníženou kapacitou a sníženou účinností nabíjení, ale především jejich tvarem, kopírujícím různou podvozkovou platformu automobilů, který se nevejde do běžných bateriových boxů.
-
Podobně iluzorní je i často výrobci panelů uváděná možnost domácího dobíjení baterií elektromobilů, neboť přes den, kdy svítí slunce, je elektromobil většinou mimo dům na cestách či v práci, a navíc dopředu nikdo spolehlivě neví, jak a zda vůbec bude příští den slunce svítit
-
V létě, kdy je více slunečního svitu, není kam ukládat přebytky elektřiny (pokud nejsou připojeny k veřejné elektrické síti, což ale znamená další komplikace s povolováním připojení a vhodnými střídači).
-
Pokud při připojení k veřejné síti vypadne proud, ne každá instalace dokáže pracovat i v tzv. ostrovní izolaci.
-
Záruka na fotovoltaické panely se sice papírově pohybuje od 8 do 25 let, ale samozřejmě se sníženým výkonem na cca 80 % původního jmenovitého výkonu.
-
Pokud se neodebírá proud, tak při silném oslunění se fotovoltaický kolektor silně zahřívá a rychleji degraduje.
-
Existuje riziko úrazu elektrickým proudem (napětí může dosahovat až 1000 V!).
-
K jejich údržbě je nutné mít elektrotechnické znalosti.
-
Existuje riziko požáru střechy ze zkratu elektrické instalace fotovoltaických kolektorů a následný problém s hašením elektrického zařízení pod proudem, který nejde jednoduše vypnout, jako u veřejné sítě!
-
Napadaný sníh z nich sám nesjíždí a je nutno ho ručně shazovat.
-
Tenká vnější vrstva fotovoltaického kolektoru hůře odolává velkým kroupám.
-
Hůře se recyklují (mají několik vrstev), recyklát je prakticky nepoužitelný, takže za jejich zpětný odběr je nutno platit.
-
Odolávají hůře vandalismu.
-
Na stejný výkon jako mají fototermické kolektory, je třeba mít podstatně větší plochu
Výhod je podstatně méně
-
Elektrická energie je oproti tepelné ušlechtilejší energie, univerzálněji využitelná.
-
Nízkými teplotami se účinnost fotovoltaických kolektorů zvyšuje, byť jen mírně
-
Vyprodukovanou elektřinou lze nahřát vodu i v zimních měsících na vyšší teplotu, než u termických plochých kolektorů, nicméně srovnatelně s vakuovými trubicovými termickými kolektory.
-
I při vzdálených instalacích od úložiště dochází v elektrických vodičích k minimálním ztrátám.
-
Lze je využít i jako částečné přistínění místností.
-
Lze je využít i esteticky, jak pro jejich tvar, tak i, byť omezenou barevnost
Samozřejmě i fotoTERMICKÉ kolektory mají své nevýhody:
-
Mají větší tloušťku a jsou těžší.
-
Musí být z odvrácené strany tepelně izolovány.
-
Pokud není použita mrazuvzdorná kapalina, mohou zamrzat.
-
U trubicových vakuových sníh sám nesjede, u plochých ale ano (případně lze tomu pomoci krátkodobým obrácením toku kapaliny z akunádrže zpět do kolektorů).
-
Při poškození těsnosti kapalina může vytéct (je ale nejedovatá, lze s ní i hnojit).
-
Soustava musí mít malá teplovodní čerpadla.
-
Nekvalitní kolektory se mohou poškodit vysokou teplotou při neodebírání tepla – tzv. stagnační stav (kvalitním to nevadí, vyzkoušel jsem několikrát i přes 200 0C a tlakovou akunádrž jsem zahříval až do 130 0C, z armatur mi šla pára, přesto kvalitní termické kolektory mi stále fungují bez poškození, navíc moderní solární regulátory mají funkci tzv. vychlazování, tedy že v noci obrátí automaticky chod kapaliny zpět do kolektorů a tím v akumulační nádrži částečně sníží teplotu.
-
Teplonosná kapalina se má pravidelně po několika letech měnit (kvůli korozi trubek – já jsem ji vyměnil až po 15 letech, zatím bez problému).
-
Musí mít zpravidla drahou akumulační nádrž (existují ale i mnohem levnější beztlaké nerezové akumulační nádrže).
-
Musí mít tlakovou expanzní nádobu (těm beztlakým stačí menší beztlakové).
-
Pro ohřev teplé užitkové vody musí mít tepelný výměník (výhodou ale je, že nemůže dojít k rozmnožení a šíření smrtelně nebezpečné bakterie Legionelly, jak je tomu v málo využívaných bojlerech s teplotou vody pod 50 oC.
-
Pokud jsou umístěny daleko od místa spotřeby či akumulace, je přívodní potrubí dražší než elektrické vodiče u fotovoltaických panelů, a i přes dobrou izolaci existují v něm nemalé tepelné ztráty.
-
V zimním období ploché kolektory mají vysoké tepelné ztráty a nízkou účinnost, takže nevyhřejí teplonosnou kapalinu na potřebnou vyšší teplotu (lze ale použít trubicové vakuové, které mají vysokou účinnost i v zimě).
Ale jejich výhody převažují:
-
Jsou podstatně účinnější než fotovoltatické panely.
-
Stačí jim proto ke stejnému výkonu tedy až 5x menší plocha.
-
Pokud se použijí vestavné typy a zakomponují přímo do střechy, tak esteticky nehyzdí dům a mají navíc o dalších několik % vyšší účinnost, neboť nejsou ochlazovány ze spodní strany, a ještě se ušetří spousta peněz za tepelnou izolaci a krytinu.
-
Lépe odolávají kroupám i vandalismu.
-
Při ohřevu topné vody nemusí mít drahý mezičlánek (baterii), jen levnější výměník.
-
K jejich provozu nejsou třeba žádné elektroinstalační zkoušky
-
Jsou tzv. blbuvzdorné.
-
Jejich provoz není nebezpečný.
-
Existují i samotížné sestavy, které ke svému provozu nepotřebují žádné čerpadlo ani elektřinu.
-
Stačí jim minimální údržba (ani čistit se nemusí, neboť sníh, když při oteplení sjíždí dolů, tak je sám vyčistí).
-
Při jejich ekologické likvidaci lze získat zpět nemalé peníze za jejich měděné či hliníkové části (absorbér, trubky)
-
V létě je více slunečního svitu, jehož přebytky je možno s výhodou ukládat např. do ohřevu vody v bazénu.
Závěry
Pro menší instalace (rodinné domky) je ve většině případů vhodnější fototermika, zvláště pokud v nich bydlí více osob (takže mají větší spotřebu teplé vody), či již mají akumulační nádrž kvůli krbu, kotli, tepelnému čerpadlu, nebo dokonce mají bazén, kam je možné ukládat přebytky tepla v létě.
Fotovoltaika je vhodná pro rodinné domky či chalupy pouze tam, kde často vypadává veřejná elektrická síť nebo jejím výpadkem či kolísáním napětí dochází k nežádoucímu přerušování nějaké důležité činnosti, nebo kolektory nelze umístit na střechu či jsou velmi vzdálené od domku, takže by byly vysoké ztráty ve vedení potrubí. Jinak samotný ohřev užitkové vody fotovoltaikou je méně efektivní, a tudíž nesmyslný, a to ani při nízkých teplotách – zkrátka když slunce i v zimě svítí, při nízkoteplotním vytápění či ohřevu vody z vodovodu trochu tepla vyprodukují i fototermické kolektory (zvláště pak ty vakuové trubicové) a když nesvítí, tak jsou na tom oba typy kolektorů zhruba stejně, neboť mají minimální výkon.
Jiná situace je samozřejmě u velkých průmyslových instalací, kde vysoké fixní náklady se rozmělní vysokým počtem panelů a existuje jejich pravidelná profesionální údržba (např. fotovoltaické elektrárny), či ty s velkými bateriemi lze s výhodou požít tam, kde případné přerušení výrobního procesu výpadkem veřejné sítě je nepřijatelné (např. nemocnice, lakovny) či pomocí vykrytím špiček ve spotřebě elektřiny z bateriového úložiště lze podstatně snížit tzv. rezervovaný příkon z veřejné sítě a tím i platby za něj.
Naopak výstavbu obrovských a drahých bateriových úložišť pro účely regulace veřejné sítě považuji za obrovské a zbytečné mrhání peněžními i materiálními prostředky distributorů elektrické energie (ČEZ apod., nakonec to ale v ceně elektřiny zaplatíme stejně my všichni). Tzv. blackoutům veřejné sítě zabránit nemohou, protože mají přes obrovskou cenu a rozměry kapacitu pouze na pár minut provozu, a několikasekundové výpadky párkrát do měsíce, kvůli nimž jsou prý stavěny, lze okamžitě řešit jednak využitím naakumulované mechanické energie roztočených těžkých turbín a generátorů a následně okamžité krátkodobé zvýšení jejich výkonu až o desítky procent ve stávajících tepelných elektrárnách, v budoucnu pak levnějšími ultrakapacitory (kondenzátory), a přečerpávací či akumulační vodní elektrárny jsou schopny najet na plný výkon během půl minuty. Udržování těchto baterií nabíjením stále na plné kapacitě a jejich vybíjení obrovskými proudy během pár sekund maximálně párkrát do měsíce způsobuje navíc vysoké ztráty, a především snižuje rychle jejich kapacitu. A upřímně řečeno, tyto krátké výpadky zdrojů (havarijní odpojení elektrárny či poškození vedení vysokého napětí) mívají díky zakruhování a připojení k ostatním sítím v sousedních zemích za následek zpravidla pouze krátké miniaturní snížení běžné frekvence sítě 50 Hz, což nikdo z nás kromě dispečinku nepozná (a televize nám kvůli tomu rozhodně nevypne, neboť většina spotřební elektroniky má stejně hned na začátku usměrňovač, a tepelným spotřebičům či motorům to nevadí), takže podle mne jde spíše o odůvodnění „dobrých“ obchodů s „výbornou provizí“ pro solventního plátce výrobci baterií. A když shoří transformátor vysokého napětí, jako před pár lety v Praze v rozvodně na Chodově, tak je stejně půlka Prahy i několik hodin zcela bez proudu. Takže problém je asi úplně někde jinde….
Pokud máme splnit program úspor energií a snížení oxidů uhlíku, k nimž jsme se zavázali na úrovni Evropské komise a k roku 2020 nesplnili o 20 %, tak z výše uvedeného jasně vyplývá, že jednou z hlavních a rychlých cest je podstatně vyšší podpora fototermických soustav pro občany, kteří by byli pak schopni během pár let uvést do provozu a řádně využívat desetitisíce dalších fototermických soustav a dostat nás tak na úroveň sousedního Rakouska nebo Německa.
Je nepochopitelné, proč Státní fond životního prostředí podporuje pro občany neefektivní fotovoltaické panely s drahými bateriovými úložišti, které se jim ani se státní dotací nemohou nikdy vyplatit, natož pak státu, na úkor fototermických kolektorů. Dělá se tak podobná chyba jako při masivní podpoře statisíci Kč mnohem méně efektivního zateplování či výstavby nízkoenergetických rodinných domů na úkor účinnějších kotlíkových dotací, které by přinesly několikanásobné energetické úspory a bez nichž se nepodaří splnit schválené zákonné limity. Nezbývá než doufat, že se to v budoucnu změní.
JUDr. Ing. et Ing. Mgr. Petr Měchura
Zdroj: CzechIndustry 2/2021
