Softvér pre návrh slnečných systémov

Pri využívaní obnoviteľných zdrojov energie má svoje nezastupiteľné miesto a veľký potenciál využitia slnečná energia. Vo väčšine prípadov je totiž energia dopadajúca na strechu budovy väčšia ako energia, ktorá sa v budove spotrebuje.

Intenzita slneného žiarenia na Slovensku predstavuje asi 1 100 kWh/m² za rok, kým priemerná ročná spotreba v obytných domoch je približne len 150 kWh/m² na vykurovanie a 25 až 50 kWh/m² na chod elektrospotrebičov a varenie.

Slnečná energia sa dá využiť na prípravu teplej vody, podporu vykurovania pomocou slnečných termálnych kolektorov alebo na výrobu elektrickej energie pomocou fotovoltických panelov. Pri návrhu solárnych systémov sa kladie najväčší dôraz na to, aby systém vyrobil čo najväčšie množstvo tepla (ak hovoríme o termálnych kolektoroch) alebo elektriny (pri fotovoltike).

Do výpočtu týkajúceho sa solárneho systému vstupuje veľké množstvo počiatočných údajov, ako sú teoretické množstvo energie slnečného žiarenia dopadajúce za deň na rôzne sklonenú plochu orientovanú na juh, stredná intenzita slnečného žiarenia dopadajúca na rôzne sklonené roviny orientované na juh, priemerný mesačný relatívny svit, priemerná mesačná teplota v čase slnečného svitu, stupeň znečistenia atmosféry a pod. Na urýchlenie komplikovaného výpočtu je nevyhnutné použiť vhodný softvér. Na našom trhu je ich k dispozícii viac, spomenúť možno napríklad programy T*Sol a PV*Sol, ktorým sa venujeme v tomto článku.

Program T*Sol

Tento program je určený na výpočet solárnych termických systémov. Slúži na optimálny návrh počtu slnečných kolektorov, veľkosti akumulačných nádob a ich množstva. Program dokáže spraviť aj energetickú bilanciu, a to na základe zadania údajov navrhovaného systému, lokality, ako aj podľa intenzity slnečného žiarenia. Z bilancie je zrejmá úspora pri použití solárneho systému na danom objekte. Program pracuje na základe výberu zadaných schém zapojení solárneho systému z databázy – či už ide o využitie systému na prípravu teplej vody, alebo podporu vykurovania.

V prípade, že investor, resp. užívateľ chce použiť vybraný typ kolektora, ktorý sa nenachádza v databáze, možno ho, samozrejme, doplniť na základe zadania jeho technických údajov. Do programu treba zadať aj tepelnú stratu objektu (v prípade, že systém slúži aj ako podpora vykurovania), predpoklad spotreby teplej vody, požadovanú teplotu teplej vody, sklon strechy a samozrejme aj umiestnenie solárnych panelov.

Na základe správneho zadania vstupných údajov program vypočíta a navrhne niekoľko alternatív zapojenia solárneho systému, ako aj počtu solárnych panelov a akumulačných nádob. Výsledkom je aj prehľadná správa, ktorá obsahuje zadané vstupné údaje, schému systému a výsledné výpočty.

Energetická návratnosť verzus ekonomická efektívnosť

V rámci príkladu použitia softvéru sme pracovali s jednoduchou schémou zapojenia solárneho systému na bivalentný 300-litrový zásobník. Počítali sme so spotrebou vody 160 l denne (4 obyvatelia, 40 l na deň na každého) a s využitím solárneho systému výlučne na prípravu teplej vody (bez podpory vykurovania). Studená voda sa bude ohrievať z pôvodných 10 °C na požadovaných 50 °C.

Uvažovali sme o inštalácii dvoch solárnych kolektorov s absorpčnou plochou 3,54 m², sklone 60° a plynovom kotle s výkonom 9 kW.

Postupne sme zvyšovali počet inštalovaných kolektorov pomocou programu T*Sol a sledo­vali sme ročné úspory jednotlivých systémov.

Zvyšovaním počtu kolektorov síce stúpa množstvo energie získanej zo solárneho systému, no klesá ročný energetický zisk z kolektorov na štvorcový meter. Otázkou je aj to, či možno získanú energiu využiť, alebo prípadne uskladniť na neskoršie využitie. Získaná energia sa dá uskladniť v akumulačných nádobách, ale len v obmedzenom množstve, preto dobrý solárny systém charakterizuje to, že v lete nemá veľké prebytky energie. Prehrievanie solárnych kolektorov nemá vplyv na solárny kolektor ako taký, má však vplyv na životnosť teplonosnej kvapaliny a na merný ročný energetický zisk inštalovaných kolektorov. Pri návrhu solárnych systémov netreba brať do úvahy iba energetickú návratnosť, ale aj ekonomickú efektívnosť.

Verzie programu T*Sol

Program má niekoľko verzií určených rôznym používateľom. Prvou je program T*Sol Express, ktorý využívajú predovšetkým predajcovia a spoločnosti zaoberajúce sa predajom slnečných kolektorov. Táto verzia úplne spĺňa bežné požiadavky predajcov, ktoré zahŕňajú vytvorenie jednoduchej schémy, resp. jednoduchého návrhu systému.

Druhá verzia T*Sol Pro obsahuje väčšiu databázu údajov a je určená už aj montážnym firmám. Treťou verziou je T*Sol Expert, určený projektantom na výskumné a vývojové účely, optimalizáciu jednotlivých komponentov v rámci systému a na porovnanie výsledkov so skutočnými nameranými hodnotami. Je to nástroj, ktorý poskytuje najvyššiu úroveň a rozličné porovnávacie analýzy. Táto verzia má už aj prídavné moduly týkajúce sa napríklad bazénov a systémov centralizovaného zásobovania teplom (CZT). Zároveň sa v nej dajú meniť parametre jednotlivých komponentov, pričom možno sledovať ich vplyv v rámci celého systému.

T*Sol Expert obsahuje:

• kompletný sortiment systému hydrauliky,
• modul týkajúci sa bazénov, veľkých systémov a diaľkového vykurovania,
• možnosti prípravy teplej vody,
• kompletný sortiment značiek kolektora,
• Side-by-Side variant porovnania,
• parameter variácie jednotlivých zložiek,
• energetickú bilanciu (vizuálne),
• možnosť pridať vlastné kolektory,
• možnosť pridať vlastný zásobník teplej vody, kotly a výmenníky tepla,
• ročné, mesačné, hodinové a šesťminútové simulácie,
• viac grafických možností,
• importované vlastné dáta o počasí,
• vlastné experimentálne importovanie dát,
• metrické alebo jednotky používané v USA,
• prehľadnú správu ako výsledok,
• extra graf výsledkov,
• analýzu tienenia.

Hlavnou výhodou oproti T*Sol Pro je skutočnosť, že softvér Expert poskytuje viac metód analýz, pri ktorých sa menia jednotlivé komponenty – napríklad otáčky čerpadla. Výsledky možno exportovať do tabuliek a grafov na priame porovnanie.

Program PV*Sol

Pri využívaní slnečnej energie prostredníctvom fotovoltiky je vhodný program PV*Sol. Tento program slúži aj pri návrhu a simulácii fotovoltických elektrární akýchkoľvek veľkos­tí. Program PV*Sol má rovnaké verzie ako prog­ram T*Sol, tzn. PV*Sol Express, PV*Sol Pro a PV*Sol Expert, ktoré sa odlišujú cieľovou skupinou používateľov – či už ide o firmy zaoberajúce sa predajom, projektantov, alebo výskumné laboratóriá. Podobne ako v prog­rame T*Sol, aj v tomto prípade je veľmi dôle­žité čo najpresnejšie zadať vstupné údaje, ako sú lokalita, orientácia, sklon a typ panela.

Záver

Výpočty, návrhy, prípadne optimalizácie solárnych systémov sa už dnes nezaobídu bez využitia príslušných softvérových nástrojov. Dostupné programy sú orientované na rozličné cieľové skupiny a v nadväznosti na to poskytujú aj rozličné úrovne využitia – od najzákladnejšej až po vrcholnú vedeckú.

Ing. Monika Novotná
Obrázky: autorka

Autorka pôsobí na Katedre technických zariadení budov Stavebnej fakulty STU v Bratislave.
Recenzovala: doc. Ing. Otília Lulkovičová, PhD.