Ploché versus vákumní solární kolektory

Solární energie je jediný zdroj tepla, za který neplatíte žádnému dodavateli – stačí ji jen zachytit a předat do vody, kterou doma skutečně spotřebujete. Právě na to slouží solární systém na ohřev teplé užitkové vody (TÚV): soubor kolektorů na střeše, solárního zásobníku, čerpadlové jednotky a řídicí elektroniky, která celý proces automaticky vyhodnocuje a spouští. Systém doplňuje, nenahrazuje plně hlavní zdroj tepla – kotel nebo tepelné čerpadlo – ale hlavně v letních měsících dokáže pokrýt většinu ohřevu TÚV bez toho, aby se hlavní zdroj vůbec zapnul.

Při návrhu takové sestavy padne brzy či později jedna klíčová otázka: plné, nebo vákumné (trubkové) kolektory? Odpověď rozhoduje nejen o ceně celé investice, ale i o tom, jak se systém bude chovat v zimě, na jaře a v podzim, jak dlouho vydrží bez poruchy a zda přežije i nepříjemné počasí typu krupobití. V tomto článku si rozdíl mezi oběma typy vysvětlíme do detailu, ukážeme si i ostatní komponenty, se kterými kolektor musí spolupracovat (zásobník, řízení, potrubí, uchycení, expanzomat), a na závěr se podíváme na dva reálné příklady z praxe.

Pokud řešíte solární systém poprvé, doporučujeme si při tomto článku přečíst i náš obecný průvodce Jak vybrat solární systém na ohřev vody, kde najdete širší kontext výběru celé sestavy. Tady se soustředíme především na samotné kolektory a na to, co k nim patří.

Co je solární systém na ohřev vody a ze čeho se skládá

Solární systém na ohřev vody, někdy nazývaný i teplovodní solární sestava, není jedno zařízení, ale soubor několika komponentů, které musí navzájem spolupracovat:

• Solární kolektory na střeše – zachytávají sluneční záření a ohřívají jím tepelnou kapalinu (směs vody a nemrznoucí látky, aby okruh nezmrazl ani v zimě).
• Solární zásobník s výměníkem tepla – zde se teplo z tepelné kapaliny předá užitkové vodě, kterou si potom pustíte z kohoutku.
• Čerpadlová jednotka – zajišťuje obeh tepelné kapaliny mezi kolektorem a zásobníkem.
• Řídicí (solární) jednotka – vyhodnocuje teploty a rozhoduje, kdy se má čerpadlo zapnout a kdy vypnout.

Důležité je hned na začátku zdůraznit jednu věc, kterou si mnozí zákazníci mýlící: solární systém doplňuje hlavní zdroj tepla, nenahrazuje ho. V praxi to znamená, že v létě, kdy je slunečního záření dostatek a spotřeba teplé vody není extrémní, dokáže solární sestava pokrýt ohřev TÚV téměř samostatně. V zimě, kdy je slunce málo a dní je krátko, se váha automaticky přesouvá zpět na kotel nebo tepelné čerpadlo – solární systém jen „doplňuje“ teplo, kdykoliv je k dispozici. Právě proto se solární systém nejčastěji kombinuje s existujícím zdrojem tepla, nikoli jako samostatné řešení.

Tato kombinace dvou zdrojů tepla (slunce + kotel/tepelné čerpadlo) je i důvod, proč má smysl investovat do kvalitního řízení a vhodně zvoleného zásobníku – více o tom najdete v článku Solární ohřev jako doplněk k kotlu.

Plné vs. vákumné kolektory: hlavní rozdíl

Porovnání hlavních rozdílů mezi plnými a vákumnými kolektory.

Toto je jádro celého rozhodování a stojí za to mu věnovat více prostoru. Na trhu existují v zásadě dva typy slunečních kolektorů na ohřev vody – plné a vákumné (trubkové). Oba dělají v podstatě to samé (zachytávají sluneční záření a mění ho na teplo), ale konstrukčně i provozně se výrazně liší.

Plné kolektory

Plné kolektory mají absorpční plochu (tmavou kovovou desku, která pohlcuje sluneční záření) pokrytou tvrzeným sklem, celé uložené v izolovaném hliníkovém rámci. Tato konstrukce má několik praktických výhod:

• Nižší nákupní cena – plné kolektory jsou obvykle levnější než vákumné, a to nejen na kus, ale i včetně montážního příslušenství.
• Vyšší mechanická odolnost – tvrzené sklo v pevném rámci lépe odolá například krupobiti, pádu konárů nebo mechanickému namáhání při montáži, než tenčí skleněné trubky vákumného kolektoru.
• Dostatečný výkon pro běžné podmínky – v našich klimatických podmínkách (tedy na Slovensku) plné kolektory běžně postačují na spolehlivý ohřev TÚV, zejména pokud je hlavním cílem pokrýt léto a přechodná období.

Přesně kombinace nižší ceny, vyšší odolnosti a dostatečného výkonu je důvod, proč jsou plné kolektory na Slovensku nejčastější volbou pro běžnou rodinnou domácnost, která chce v první řadě ušetřit na ohřevu TÚV bez zbytečně komplikované a drahé technologie.

Vákumné (trubkové) kolektory

Vákumné kolektory fungují na jiném principu – absorpční plocha je uzavřena ve vákumně izolované skleněné trubce, která funguje podobně jako termoska. Vákuum výrazně omezí únik tepla zpět do okolí, což přináší jinou sadu vlastností:

• Vyšší účinnost při nízkých venkovních teplotách a nižší intenzitě slunečního záření – tedy právě v těchto případech, kdy plné kolektory mají těžkosti (chladné dny, nižší slunce na obloze, zatažené počasí).
• Vyšší cena – vákumné kolektory jsou dražší než plné, a to platí i pro porovnatelnou plochu.
• Větší křehkost – skleněné vákumné trubky jsou citlivější na mechanické poškození než celoplošné tvrzené sklo plného kolektoru.

Vákumné kolektory tedy dávají největší smysl tam, kde je důležitý výkon i mimo letních měsíců – například pokud má systém okrom TÚV částečně přispět i k vytápění, nebo pokud je lokalita/orientace střechy z hlediska slunečního záření méně příznivá a potřebujete z každého paprsku vytěžit co nejvíce.

Který typ si vybrat?

Pokud je vaším hlavním cílem co nejjednodušší a cenově dostupné pokrytí ohřevu teplé vody hlavně v létě a v přechodných měsících, plné kolektory jsou ve většině případů rozumnější volbou – nižší cena, vyšší odolnost a v našich podmínkách dostatečný výkon. Vákumné kolektory mají své opodstatnění tam, kde potřebujete maximalizovat výnos i v období slabšího slunečního záření a jste ochotni za to zaplatit vyšší cenu a počítat s větší křehkostí konstrukce.

Pokud se v této fázi rozhodování cítíte nejistě, doporučujeme si projít i náš obecnější návod Jak vybrat solární systém na ohřev vody, kde je tato téma zasazena do širšího kontextu výběru celé sestavy (nejen kolektoru, ale i zásobníku, řízení a rozvodů).

Řídicí jednotka a čerpadlová skupina – jak systém rozhoduje, kdy hříti

Řídicí jednotka rozhoduje o zapnutí a vypnutí obehového čerpadla podle teplotního rozdílu.

Nech zvolíte kterýkoliv typ kolektoru, sám o sobě by bez zbytku systému nebyl na nic. Klíčovou úlohu tu hraje řídicí (solární) jednotka. Ta pomocí čidel neustále porovnává teplotu na kolektoru a teplotu v zásobníku. Akoonáhle je kolektor teplejší než zásobník o vopred nastavený teplotní rozdíl, řídicí jednotka zapne obehové čerpadlo solární skupiny – teplonosná kapalina se dá do pohybu, přenese teplo z kolektoru do zásobníku a celý cyklus se opakuje. Když rozdíl teplot klesne pod nastavenou hranici (například večer, když slunce zapadne), čerpadlo se automaticky vypne, aby zbytečně neobíhalo studenou kapalinu a neochlazoval tak zásobník zpět.

Samotné čerpadlo v praxi nebývá osamocené – dodává se jako součást takzvané čerpadlové jednotky (solární čerpadlové skupiny). Ta v jednom kompaktním bloku obsahuje obehové čerpadlo, uzavírací ventily, teploměry a manometry na kontrolu teploty a tlaku v okruhu, a pojistný ventil. Výhoda tohoto řešení je především v montáži a servisu – vše potřebné je na jednom místě, instalatér nemusí jednotlivé prvky hledat a zapojovat samostatně, a při případné údržbě nebo poruše je i diagnostika jednodušší.

Podrobněji o tom, jak přesně řídicí jednotky a čerpadlové skupiny fungují a na co si dát při výběru pozor, píšeme v samostatném článku Řídicí jednotky a čerpadlové skupiny solárních systémů.

Solární zásobník – kde se teplo ze slunce střetá s vodou z kohoutku

Solární zásobník se na první pohled podobá klasickému bojleru, ale má jednu podstatnou konstrukční odlišnost – oproti běžnému bojleru má navíc aspoň jeden výměník tepla napojený na solární okruh. Velmi často má dokonce výměníky dva: jeden pro solární okruh a druhý pro dohřev kotel, když sluneční energie není dost.

Princip je přitom nepřímý – teplonosná kapalina ze solárního okruhu nikdy nepřichází do přímého kontaktu s užitkovou vodou. Cirkuluje odděleně, v uzavřeném okruhu, a teplo předává užitkové vodě výlučně přes stěnu výměníku. Díky tomu se nemrznoucí směs z kolektorů nikdy nesmíchejí s vodou, kterou si pustíte z kohoutku nebo ze sprchy – jde o dva úplně oddělené okruhy, které se jen „střetávají“ na výměníku tepla.

Výběr správné velikosti a konstrukce solárního zásobníku (například zda bude mít jeden nebo dva výměníky) závisí na velikosti domácnosti, spotřebě teplé vody a od toho, jakým způsobem bude systém dohřeván. Této tématu se podrobně věnujeme v článku Jaký solární zásobník potřebujeme.

Rozvody: potrubí a izolace mezi kolektorem a technickou místností

Dvě běžná řešení rozvodu mezi kolektorem a technickou místností.

Kolektor na streche a zásobník v technické místnosti musí něco spojit – a právě tato, na první pohled nenápadná část systému, má přímý vliv na to, kolik tepla se cestou ztratí a jak dlouho montáž potrvá. V zásadě existují dvě běžná řešení:

Klasické měděné nebo nerezové potrubí

Tradiční způsob je klasické měděné nebo nerezové potrubí, které se následně izoluje samostatně přímo na místě montáže – tedy na střeše, ve šachtě a v technické místnosti. Nerezové potrubí ve formě vlnovce (ohybná trubka s vlnitým povrchem) se přitom odměňuje především svou odolností vůči vysokým teplotám, které může solární kapalina v létě při plném slunci dosahovat, a pro flexibilitu při průchodu rohy a přechody ve konstrukci budovy.

Předizolovaná flexi trubka 2v1

Druhou možností je předizolovaná flexi trubka 2v1, která spojuje přívod i spiatočku v jednom ohybném, už izolovaném plášti. Výhoda tohoto řešení je především v rychlosti montáže – protože izolace je součástí trubky už z výroby, montážní firma ji nemusí dodatečně izolovat na střeše ani ve šachtě, což při klasickém řešení může zabrat výrazný čas (a tedy i náklady na práci).

Které řešení zvolit, závisí od konkrétní stavby (délka trasy, počet přechodů, přístupnost střechy) a od preferencí montážní firmy. Více o obou variantách, včetně toho, co znamená označení „vlnovec" a proč se ve solární technice používá právě nerez, najdete v článku Solární potrubí a nerezové vlnovce – jak fungují.

Přichycení kolektorů podle typu střechy

Kolektor sám o sobě je jen polovina úkolu – potřebuje i spolehlivé přichycení, které vydrží desítky let vystavené větru, dešti, sněhu a teplotním výkyvům. Montážní konstrukce se proto vždy volí podle typu střechy (nebo jiné montážní plochy):

• Šikmá střecha – různé typy krytiny (škridla, plech, bobrovka) vyžadují různé kotvicí prvky, které se upevňují přímo do krokvě nebo laty pod krytinou.
• Plochá střecha – zde se používá konstrukce s nastavitelným sklonem, zvyčejně aspoň 15°. Tento sklon není náhodný – zajišťuje, aby se kolektor dokázal přirozeně samočistit deštěm (na úplně rovině by se naopak držela špina a případně i voda).
• Fasáda nebo terén (zem) – alternativní řešení tam, kde střecha z různých důvodů není vhodná nebo dostupná.

Důležité je, že montážní konstrukce musí přesně odpovídá rozměrům konkrétního typu a modelu kolektoru – nejde tedy o univerzální díl, ale o řešení „na míru" dané kombinaci kolektor + typ střechy.

Právě tato konkrétní sada je dobrým příkladem toho, jak úzce spolu montážní příslušenství a typ kolektoru souvisí – je určena přesně pro plochý kolektor KS 2100F s plochou 1,82 m² a plochou střechu se sklonem do 15°. Pokud řešíte montáž na jiný typ střechy nebo jiný model kolektoru, budete potřebovat jinou konstrukci. Podrobný přehled možností přichycení pro všechny typy střech najdete v článku Přichycení kolektorů – šikmá střecha, plochá střecha, fasáda.

Expanzomat, tlak a plnění solárního okruhu

Solární okruh je uzavřený, tlakový systém – to znamená, že tepelně přenášející kapalina v něm cirkuluje v uzavřené smyčce pod tlakem, podobně jako klasický vytápěcí okruh. Protože se kapalina během horkých letních dní zahřeje na vysoké teploty, její objem se tepelnou roztažností zvětší. Aby tato roztažnost nezpůsobila poškození potrubí nebo komponentů, je součástí okruhu expanzní nádoba (expanzomat), která dokáže tento nárůst objemu bezpečně pojmout.

Plnění a odvzdušnění solárního okruhu probíhá přes plnicí ventily pomocí ruční nebo elektrické plnicí pumpy – princip je velmi podobný jako při plnění běžného vytápěcího okruhu. Tento krok je důležitý především proto, že vzduchové bubliny v okruhu by bránily správnému oběhu tepelně přenášející kapaliny a snižovaly by účinnost přenosu tepla mezi kolektorem a zásobníkem.

Služba a pravidelná kontrola tlaku v okruhu, případně doplnění nebo výměna tepelně přenášející kapaliny, patří mezi běžné úkony údržby solárního systému. Co všechno služba solárního systému zahrnuje a jaké poruchy se nejčastěji vyskytují, se dočtete v článku Služba, plnění a časté poruchy solárních systémů.

Jak se rozhodnout: zhrnutí pro ploché a vakuové kolektory

Pokud bychom měli celé rozhodování zhrnout do několika vět: ploché kolektory jsou spolehlivá, cenově dostupná a mechanicky odolná volba, která v našich klimatických podmínkách běžně postačuje na ohřev teplé užitkové vody – zejména pokud je hlavním cílem pokrýt léto a přechodná období a doplnit tak hlavní zdroj tepla. Vakuové kolektory mají své místo tam, kde je potřeba vyšší účinnosti i při nižších teplotách a slabším slunečním záření, za cenu vyšší nákupní ceny a větší křehkosti konstrukce.

Bez ohledu na to, který typ kolektoru zvolíte, výsledný komfort a životnost systému závisí rovněž na kvalitě ostatních komponentů – solárního zásobníku, řídicí jednotky, čerpadlové skupiny, rozvodů i montážní konstrukce. Právě proto doporučujeme pohlížet na solární systém vždy jako na celek, ne jen jako na výběr jednoho komponentu. Pokud plánujete montáž vlastnoručně nebo jen chcete vědět, co vás čeká, projděte si také náš postup Montáž solárního systému – postup krok za krokem.

Reální příklady z praxe

Orientační ceny vybraných komponentů zmíněných v článku.

Příklad 1: Rodinný dům se sedlovou střechou a plynovým kotlem

Čtyřčlenná rodina v rodinném domě se sedlovou (šikmou) střechou krytou štěrkem využívá plynový kotel k vytápění a stejný kotel dodatečně ohříval i celoroční teplou užitkovou vodu. Vlastníci se rozhodli doplnit ohřev vody o solární systém s cílem snížit spotřebu plynu, zejména v letních měsících, kdy kotel běží prakticky výhradně kvůli ohřevu vody a ne kvůli vytápění prostoru.

Vzhledem ke sedlové střeše se běžným sklonem byla volba montážní konstrukce jednoduchá – kotvicí prvky určené přímo pro štěrkovou krytinu, upevněné do krokví pod střechou. Při výběru typu kolektoru se rodina rozhodla pro ploché kolektory – hlavním důvodem byla nižší cena a fakt, že primárním cílem bylo pokrýt právě letní měsíce, kdy ploché kolektory běžně postačují. Do sestavy přibyl solární zásobník s dvěma výměníky (jeden pro solární okruh, druhý pro dokurování existujícím plynovým kotlem), čerpadlová jednotka a řídicí jednotka, která porovnává teplotu kolektoru a zásobníku a podle toho spíná obeh. Rozvod mezi kolektory na střeše a technickou místností v suterénu byl řešen klasickým nerezovým potrubím ve formě vlnovce, protože trasa vycházela z už existující inštalační šachty, kde byla dodatečná izolace na místě rychle realizovatelná.

Příklad 2: Bungalov s plochou střechou a novostavbou v přechodném období

Při novostavbě bungalovu s plochou střechou řešili vlastníci otázku uchycení kolektorů jinak než v předchozím příkladě – plochá střecha si vyžaduje montážní konstrukci s nastavitelným sklonem (v tomto případě nastavený na 15°, aby se kolektor dokázal přirozeně samočistit deštěm a nezachytávala se na něm voda ani nečistoty). Protože investor plánoval využívat dům celoročně včetně chladnějších přechodných měsíců (jaro, podzim) a chtěl z investice vytěžit co nejvíce i mimo nejteplejších letních týdnů, po zvážení obou možností se rozhodl pro vákuové kolektory – tedy variantu s vyšší nákupní cenou, ale lepším výkonem právě při nižších venkovních teplotách a slabším slunečním záření.

Při rozvodu mezi střechou a technickou místností zvolil investor předizolovanou flexi trubku 2v1 – hlavním argumentem byla rychlost montáže během výstavby, kdy byla trasa přes strop a stěnu přístupná jen během krátkého okna před zateplením a dokončovacími pracemi. Díky tomu, že trubka je izolovaná už z výroby, se montážní firma vyhla dodatečné izolaci na místě a instalaci stihla v rámci plánovaného harmonogramu.

Nejčastější otázky (FAQ)

Jaký je hlavní rozdíl mezi plochým a vákuovým kolektorem?

Ploché kolektory mají absorpční plochu pokrytou tvrzeným sklem v izolovaném rámci – jsou levnější a mechanicky odolnější, například vůči krupobiti. Vákuové (trubkové) kolektory mají vyšší účinnost při nízkých venkovních teplotách a nižší intenzitě slunečního záření, jsou však dražší a křehčí.

Který typ kolektoru je vhodnější pro běžný rodinný dům na Slovensku?

Pro běžný ohřev teplé užitkové vody v našich klimatických podmínkách ploché kolektory zvyčejně postačují – kombinují nižší cenu a vyšší mechanickou odolnost s dostatečným výkonem. Vákuové kolektory dávají větší smysl tam, kde je důležitý výkon i mimo letních měsíců.

Dokáže solární systém úplně nahradit kotel nebo tepelné čerpadlo?

Ne. Solární systém doplňuje hlavní zdroj tepla, neplnohodnotně ho nahrazuje. Nejvíce pokryje ohřev teplé užitkové vody v létě, zatímco v zimě a při nižší intenzitě slunečního záření zůstává hlavním zdrojem tepla dál kotel nebo tepelné čerpadlo.

Odolají ploché kolektory krupobiti?

Ploché kolektory jsou díky konstrukci s tvrzeným sklem v izolovaném rámci mechanicky odolnější, například právě vůči krupobiti, v porovnání s vákuovými kolektory, jejichž skleněné trubky jsou křehčí.

Proč solární kapalina nepřichází do kontaktu s vodou, kterou píjeme nebo v níž se sprchujeme?

Protože se ve solárním zásobníku ohřívá voda nepřímo, přes výměník tepla. Teplonosná (solární) kapalina cirkuluje odděleně, v uzavřeném okruhu, a s užitkovou vodou se nikdy nemíchá.

Proč se čerpadlo ve solární sestavě nezapíná neustále, jen když svítí slunce?

Protože řídicí (solární) jednotka pomocí čidel porovnává teplotu na kolektoru a ve zásobníku. Čerpadlo obehové solární skupiny se zapne až vtedy, když je kolektor teplejší než zásobník o vopřed nastavený teplotní rozdíl – jinak by čerpadlo mohlo zásobník naopak zbytečně ochladit.

Jaký je rozdíl mezi klasickým potrubím a flexi trubkou 2v1?

Klasické měděné nebo nerezové potrubí (například ve formě vlnovce) se izoluje dodatečně přímo na místě montáže. Predizolovaná flexi trubka 2v1 spojuje prívod i spiatočku v jednom ohybném, už izolovaném plášti, čímž zkracuje čas montáže, protože se nemusí izolovat dodatečně na střeše ani ve šachtě.

Proč mají konstrukce na plochou střechu nastavitelný sklon 15° a více?

Kolektor upevněný na ploché střeše potřebuje aspoň minimální sklon (zvyčejně 15° nebo více), aby se dokázal přirozeně samočistit deštěm – na úplně rovině by se naopak držela špina a voda.

Co je expanzomat a proč ho solární okruh potřebuje?

Expanzomat je expanzní nádoba, která je součástí uzavřeného, tlakového solárního okruhu. Kompenzuje objemovou roztažnost teplonosné kapaliny při vysokých teplotách, které kolektor dosahuje hlavně během slunečných letních dní.

Související témata

• Jak vybrat solární systém na ohřev vody
• Jaký solární zásobník potřebujete
• Solární potrubí a nerezové vlnovce – jak fungují
• Řídicí jednotky a čerpadlové skupiny solárních systémů
• Upevnění kolektorů – šikmá střecha, plochá střecha, fasáda
• Solární ohřev jako doplněk k kotlu
• Montáž solárního systému – postup krok za krokem
• Servis, plnění a časté poruchy solárních systémů
• Nejčastější otázky o solárních sestavách a kolektorech

Máte dotaz k solárním systémům nebo kolektorem?

Nevíte se rozhodnout nebo řešíte konkrétní situaci ve vaší domácnosti? Napište nám – rádi poradíme.

Jméno a příjmení Nevyplňujte toto pole:

Email

Zpráva