Aktivní využití pasivního tepla

Instalace zařízení na přípravu teplé pitné vody pomocí sluneční energie je vzhledem k výši investičních nákladů a jejich návratnosti jednou z nejlepších aplikací solárních systémů. Jde totiž o relativně malé systémy s plochou kolektorů asi 1-2 m2 na jednoho člena domácnosti, které však zabezpečí výraznou úsporu spotřeby energie na ohřev vody. Při optimálně dimenzovaném systému, který má v letním období jen malé přebytky nevyužitého tepla, dosahuje tato úspora asi 50-60 procent celkové potřeby energie za rok. Zvětšením plochy kolektorů je možné zvýšit také tuto úsporu, avšak na úkor vyšších investičních nákladů a menšího celkového využití kolektorů. Zbylou část energie na ohřev vody především v zimním období dodáváme z vytápěcího systému domu anebo elektrickým ohřevem.

Základní předpoklad: izolace
Nízkoenergetické stavby jsou vhodným objektem k instalaci solárního systému, který kromě ohřevu vody zajistí i podporu vytápění budovy. Jednou z podmínek efektivního využití topného systému je ovšem velmi dobrá tepelná izolace objektu a instalovaný nízkoteplotní vytápěcí systém (například podlahové nebo stěnové vytápění). V zimních měsících totiž solární systém dodává nízkopotenciální teplo, které by se při vytápění vyžadujícím vyšší teploty nedalo využívat. Jádrem takového systému je centrální zásobník tepla s vytápěcí vodou o objemu asi 600 až 2000 litrů. Ten je napojen na hlavní zdroj tepla v budově (kotel, krb s výměníkem, tepelné čerpadlo a podobně) a navíc je ohříván slunečními kolektory, které představují doplňkový zdroj tepla. Ze zásobníku je teplo distribuováno do jednotlivých místností. Kvůli velkému objemu a tedy i rozměrům zásobníku je třeba zohlednit jeho umístění už ve fázi plánování výstavby, respektive rekonstrukce objektu. Na jeden kilowatt tepelných ztrát budovy se při takovémto systému instalují asi dva metry čtvereční kolektorové plochy. Celková kolektorová plocha je tedy podstatně větší než při solárním systému určeném jen pro přípravu teplé vody a její využití mimo topnou sezónu je nízké. Vysoké letní přebytky tepla je pak možné využít na ohřev bazénu.
Investičně náročnější, avšak energeticky zajímavá je spolupráce solárního systému a tepelného čerpadla při vytápění domu. Solární systém odevzdává vyprodukované teplo do centrálního zásobníku tepla, který je připojen na vstup tepelného čerpadla. V období, kdy sluneční kolektory nedokáží ohřát zásobník na teplotu dostatečnou pro účely vytápění, slouží jako zdroj tepla pro tepelné čerpadlo. Centrální zásobník je tedy ohříván kolektory a zároveň je ochlazovaný tepelným čerpadlem. Toto má za následek vyšší účinnost solárního systému i tepelného čerpadla. Při takovém systému je ale potřeba instalovat ploché vakuové kolektory. U nich může nastat kondenzace vodních par ze vzduchu na povrchu absorbéru kolektoru (teplota absorbéru, který je přes centrální zásobník nepřímo chlazen tepelným čerpadlem, může být nižší než teplota venkovního vzduchu) a zároveň se dokáží rychleji zbavit sněhové pokrývky než vakuové trubicové kolektory.

Teplovzdušné sluneční kolektory
Teplovzdušné sluneční kolektory slouží jako doplňkový zdroj ohřevu nebo předehřevu vzduchu při teplovzdušném vytápění. Oběh vzduchu v kolektorech zajišťují ventilátory. Jakousi obdobou teplovzdušných slunečných kolektorů je tak zvaná Trombeho stěna. Je to vlastně jižně orientovaná tmavá stěna, která je překryta sklem. Mezi sklem a stěnou je vzduchová mezera široká několik centimetrů. V horní a dolní části stěny jsou otvory, které umožňují prodění vzduchu mezi interiérem a vzduchovou mezerou. Sluncem ohřátý povrch stěny předává teplo vzduchu, který přes horní průduchy ve stěně prochází do interiéru. Dolní otvory zajišťují přívod chladného vzduchu z interiéru. Stěna zároveň slouží jako akumulátor tepla vydávaného do interiéru.
Vývoj v oblasti využití sluneční energie jde neustále kupředu a kromě zvyšování energetického zisku solárních systémů nabírá nový kurz, kterým je solární chlazení. Myšlenka využití intenzivního slunečního záření v letních měsících na chlazení interiéru budov zní možná paradoxně, ale technicky je naprosto realistická. Některé chladicí technologie totiž potřebují pro svoji činnost zdroj tepla. A sluneční kolektory právě v letních měsících, kdy je potřeba chlazení nejvyšší, dokáží vyprodukovat nejvíce tepla. Ve světě již funguje několik pilotních zařízení tohoto druhu a v budoucnu se snad dočkáme širšího využití této technologie.

Pasivně na sluneční energii
Vliv slunečního záření na tepelnou bilanci budovy závisí významnou měrou na jejím tvaru a umístění oken. Jižně orientovaná nestíněná okna mohou díky nízkému zimnímu slunci přinést výraznou úsporu energie v nízkoenergetických budovách. V letním období, když je Slunce vysoko na obloze, by měla být tato okna zastíněna, aby nedocházelo k přehřívání budovy a následné potřebě chlazení, což může být energeticky velmi náročné.
Instalace světlovodů nebo prosklených částí střech může přinést úsporu elektrické energie potřebné na osvětlení interiéru. Je ale třeba zvážit, zda opět v létě tato zařízení nebudou způsobovat přehřívání interiéru.
Škála možností využití sluneční energie je široká – sahá od pasivních řešení až po solární systémy využívající termické kolektory, které patří k ekologicky nejčistším způsobům získávání tepelné energie.