MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA
BAKALÁŘSKÁ PRÁCE
BRNO 2010
LADA SEDLÁČKOVÁ
Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav zemědělské, potravinářské a enviromentální techniky
Využití solární energie Bakalářská práce
Vedoucí práce:
Vypracovala:
Dr. Ing. Radovan Kukla
Lada Sedláčková
Brno 2010
PROHLÁŠENÍ
Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Využití solární energie vypracovala samostatně a použila jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně.
Brno, dne…..………………………………
Podpis……………………………………...
PODĚKOVÁNÍ
Děkuji tímto panu Dr. Ing. Radovanu Kuklovi za odborné vedení a cenné rady, které mi během zpracování této bakalářské práce vždy ochotně poskytoval. Touto cestou také děkuji mé rodině za vytrvalou podporu po celou dobu mého studia.
ANOTACE Tato bakalářská práce se zabývá využitím alternativního zdroje energie, konkrétně solární energie, při rekonstrukci nebo výstavbě budov a bytů. Zohledňuje možnosti jejího využití i ekonomickou náročnost.
Klíčová slova: fotovoltaika, fotovoltaický článek, solární energie, fotovoltaické panely, fotovoltaické systémy, zelený bonus, tepelná izolace.
ANNOTATION
This bachelor’s thesis was focus on uses of alternative source of energy, particularly solar energy, in reconstruction or building new houses and apartments. It shows possibilities of its use and economic difficulty.
Key words: photovoltaic, photovoltaic cell, solar energy, photovoltaic panels, photovoltaic systems, green bonus, thermal insulation.
OBSAH: 1 ÚVOD…………………………………………………………………………………8 2 CÍL PRÁCE…………………………………………………………………………..9 3 TEORETICKÁ VÝCHODISKA……….…………………………………………..10 3.1 Terminologie…...………………………………………………………………..10 3.1.1 Technologie výroby………………………………………………………..10 3.1.2 Druhy a konstrukční řešení fotovoltaických článků……………………......11 3.2 Solární energie v ČR…………………………………………………………14 3.3 Solární energie a EU……...………………………………………………….17 4 VYUŽITÍ SOLÁRNÍ ENERGIE V BYTOVÉ VÝSTAVBĚ..................................19 4.1 Přehled systémů a oblastí jejich použití…………………………………………20 4.1.1 Přímé využití denního světla a solárního tepla…………………………….21 4.1.2 Bydlení mezi vnitřkem a venkem………………………………………….24 4.1.3 Sluncem vyhřívané stěny a podlahy………………………………………..26 4.1.4 Solární energie pro ohřev TUV a vytápění místností………………………28 4.1.5 Elektrická energie ze slunečního světla……………………………………29 4.1.6 Solárně ohřívaný čerstvý vzduch…………………………………………..30 4.1.7 Tepelná izolace pomocí solární energie……………………………………32 5 ZHODNOCENÍ LEGISLATIVNÍ A EKONOMICKÉ MOŽNOSTI VYUŽITÍ SOLÁRNÍ ENERGIE…………………………………………………………………35 5.1 Dotace…………………………………………………………………………….35 5.2 Ekonomické zhodnocení………………………………………………………….37 5.2.1 Přímé využití denního světla a solárního tepla……………………………..38 5.2.2 Bydlení mezi vnitřkem a venkem…………………………………………..39 5.2.3 Sluncem vyhřívané stěny a podlahy………………………………………..39 5.2.4 Solární energie pro ohřev TUV a vytápění místností………………………40 5.2.5 Elektrická energie ze slunečního světla…………………………………….41 5.2.6 Solárně ohřívaný čerstvý vzduch…………………………………………...41 5.2.7 Tepelná izolace pomocí solární energie……………………………………41 6 ZÁVĚR………………………………………………………………………………43 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY……………………………………………….44 SEZNAM GRAFŮ...…………………………………………………………………..45 SEZNAM TABULEK………..………………………………………………………..45 SEZNAM ZKRATEK….……………………………………………………………..45 -7-
1 ÚVOD Zásobování energií se na začátku třetího tisíciletí stalo klíčovým problémem industriální společnosti. Největší část našich problémů s životním prostředím vyplývá ze spalování fosilních paliv. Pokud nechceme nadále trvat na rozehřívání naší atmosféry miliardami tun oxidu uhličitého ročně, na rabování posledních nezničených krajin a na znečišťování zásob pitné vody, budeme muset zavést zcela jiné systémy využití energie.
Pokud jde o použití obnovitelných zdrojů, nabízejí se pro Česko stejně jako pro Rakousko kromě vodních elektráren, jejichž výstavba stále více naráží na sociální a ekologické hranice, dvě alternativní varianty - zvýšené uplatnění biomasy a využití slunečního záření. Já bych se v této práci chtěla zaměřit na druhou variantu, a to využití slunečního záření.
Fotovoltaika je nejrychleji rostoucí odvětví na světě. V roce 1997 byl meziroční nárůst dodávek 38 %. Průměrný roční nárůst od roku 1990 je 15 %. Překonává tak taková dynamická odvětví, jako jsou internet, mobilní telefony a informatika. Fotovoltaika v posledních letech roste cca 50 % ročně, letos a příští rok experti očekávají růst dokonce kolem 100 % ročně!
Fotovoltaika patří k nejperspektivnějším alternativním zdrojům energie. Očekává se, že během relativně krátké doby budou fotovoltaické panely vyrábět desetinu až dvacetinu celosvětové potřeby elektřiny.
Domnívám se, že potenciál této problematiky nemá hranic a bude nadále podléhat novým a novým trendům doby, vývoje světa, vědy i možnostem člověka. Dosavadní teorie i praxe je složitá, ale zároveň umožňuje zkoumat nové technologie. Dle mého názoru
využívání solární energie má perspektivní budoucnost,
a proto jsem si toto téma zvolila.
-8-
2 CÍL PRÁCE Cílem mé práce je zohlednit možnosti využívání solární energie v oblasti bytové výstavby a výstavby budov. Využívání alternativních zdrojů energie nejen že přispívá k ochraně životního prostředí, ale také je ekonomičtější a má různé varianty použití. Chtěla bych také poukázat na to, že tyto změny můžou esteticky vylepšit danou budovu a není na místě důvod k obavě, že úpravy domu nějak rapidně zasáhnou a změní vzhled budovy k horšímu. V mnoha případech je to naopak. Proto jsem si vybrala toto téma a chtěla bych lidem ukázat, jaké mají možnosti v případě rekonstrukce domu, bytu nebo novostavby. Je zde mnoho způsobů jak si vylepšit bydlení i bez velkých investic s velkým užitkem. Ve své práci tedy shrnu poznatky, které jsem získala o aktivním využívání solární energie a její specifikace.
-9-
3 TEORETICKÁ VÝCHODISKA 3.1 Terminologie Fotovoltaika je technický obor zabývající se procesem přímé přeměny světla na elektrickou energii. Základem fotovoltaického systému jsou fotovoltaické články, které jsou seskupeny do fotovoltaických panelů různých velikostí. Fotovoltaický článek je velkoplošná polovodičová součástka schopná přeměňovat světlo na elektrickou energii. Využívá při tom fotovoltaický jev. od fotočlánků může dodávat elektrický proud.
Na rozdíl
Je to nejdůležitější komponent
slunečních energetických systémů. Zachytává sluneční záření a proměňuje ho v teplo, které ohřívá teplonosnou látkou. Fotovoltaické články se používají v nízkoteplotních systémech, kde teplota teplonosné látky nepřesahuje 100 oC. Z hlediska technického a konstrukčního řešení se fotovoltaické články rozdělují na dva druhy: •
ploché, jejichž absorpční plocha je stejně velká jako vrchní, transparentní, jíž procházejí sluneční paprsky
•
koncentrující, kde se sluneční paprsky soustřeďují na absorpční plochu pomocí odrazových ploch, které jsou mnohem větší než absorpční plocha
Fotovoltaické články pracují na principu vzájemného působení slunečního záření a hmoty, kdy dochází k pohlcování fotonů a uvolňování elektronů. V polovodiči pak vznikají volné elektrické náboje, které jsou už jako elektrická energie odváděny ze solárního článku přes regulátor dobíjení do akumulátoru. U solární energie je důležitá hodnota součinitele prostupu tepla U, který udává tepelnou vodivost. [5]
3.1.1 Technologie výroby:
1) Technologie tlustých vrstev Fotovoltaický článek je tvořen velkoplošnou polovodičovou p-n diodou. Tyto články se vyrábějí z křemíkových plátků
a v současné době se takto vyrábí více
než 85 % solárních článků na trhu.
- 10 -
2) Technologie tenkých vrstev Fotovoltaický článek je tvořen nosnou plochou (například sklem, textilií apod.), na které jsou napařené velmi tenké vrstvy amorfního nebo mikrokrystalického křemíku. Nevýhodou této technologie je nižší účinnost a nižší životnost.
3) Nekřemíkové technologie U této technologie se používají různé organické sloučeniny, polymery a podobně. Tyto technologie jsou zatím ve stádiu výzkumu. [5]
3.1.2 Druhy a konstrukční řešení fotovoltaických článků
Ploché fotovoltaické články se rozlišují podle: [5] • teplonosné látky: kapalinové, kde teplonosnou látkou je voda nebo nemrznoucí kapalina vzduchové, kde teplonosnou látkou je vzduch; • teploty: nízkoteplotní s teplotou do 60 oC, středněteplotní s teplotou do 100 oC, vysokoteplotní s teplotou od 100 do 2 000 oC; • úpravy absorpční plochy: neselektivní, s běžným černým nátěrem, selektivní, se speciální selektivním povlakem, který zaručuje vysokou absorpci slunečního krátkovlnného záření a nízkou emisí tepelného záření; • způsob připevnění: stabilní, pevně uložené na konstrukci, pohyblivé s natáčením plochy kolem jedné, případně obou os podle směru slunečních paprsků; • umístění: předsazené před budovou, osazené v budově, na střešní konstrukci, ve svislých konstrukcích apod., zabudované do střešní konstrukce, vytvářející energetickou střechu;
- 11 -
• materiálu: ocelové, měděné, hliníkové, mosazné, skleněné, plastové, kombinované; • speciální: vakuové, kde absorpční plocha je uložená ve skleněné vakuové trubce, absorpční matrace, jimiž jsou ploché kolektory bez krycí vrstvy; • použití: k ohřevu vody, teplé vody, bazénové vody, vody pro ústřední vytápění, k chlazení prostorů, k sušení zemědělských plodin, k teplovzdušnému vytápění. [5] Použití fotovoltaických systémů je výhodné tím, že sluneční světlo máme na celém světě zdarma. Fotovoltaické články nemění v čase své vlastnosti a jejich životnost je velmi vysoká (minimálně 20 let). Panelům při jejich venkovním nainstalování nevadí déšť, sníh, kroupy ani hluboký mráz. Fotovoltaika patří k nejperspektivnějším alternativním zdrojům energie. Očekává se, že během relativně krátké doby budou fotovoltaické panely vyrábět desetinu až dvacetinu celosvětové potřeby elektřiny. [7] Ráda bych také zhodnotila pozitiva a negativa solární energie. Také bych ráda objasnila několik mýtů, které se týkají solární energie a nejsou pravdivé. Pozitiva: •
elektrická energie stávajících dodavatelů se zdražuje, vyrobenou elektřinu ze solární elektrárny je kromě distribuce do sítě dodavatelů je možné přímo využívat
•
stát garantuje výkupní ceny vyrobené elektřiny na mnoho let dopředu
- 12 -
•
sluneční energie je zdarma
•
solární elektrárny mají garantovanou životnost cca 25 let, funkčnost je (při snižující se efektivitě) zachována až 35 let
•
fotovoltaický systém je bezúdržbový, průběžně nevznikají žádné další náklady
•
solární energie je čistá – při její výrobě nevzniká žádný odpad
•
sluneční energie je nevyčerpatelná, tudíž nehrozí výpadek v dodávkách vstupní energie
•
solární elektrárny se těší enormní podpoře Evropské unie
•
solární panel vyrobí energii spotřebovanou při jeho výrobě za cca 3-5 let
•
solární energie zažívá boom v rámci celé Evropské unie. V současnosti je zřizování solárních elektráren státem podporováno a dotováno.
•
na obnovitelné zdroje se nevztahují ekologické daně.
•
po skončení životnosti elektrárny je možná její kompletní recyklace
•
v důsledku přerušení zemědělské výroby dojde ke konsolidaci půdy unavené mnohaletým intenzivním obhospodařováním [8]
Negativa: •
solární elektrárny do jisté míry mění vzhled krajiny
•
ztěžuje se údržba pozemku zastavěných elektrárnou
•
při položení fólie je nutno vyřešit odtékání dešťové vody
Mýty ohledně fotovoltaiky •
„fotovotaika je energeticky náročná“- životnost solární elektrárny je až 30 let, energie potřebná k výstavbě je solární elektrárnou vyrobena za několik let
•
„solární panely jsou málo účinné“ – dnes pracují solární elektrárny s účinností okolo 15 %, což je srovnatelné s účinností běžného osobního automobilu
•
„když je pod mrakem, solární elektrárny nevyrábí“ – i při zatažené obloze svítí rozptýlené světlo a naopak v horkých letních dnech může být účinnost elektrárny v důsledku vysokých teplot podstatně snížená
•
„solární
elektřina
zdraží
elektřinu
domácnostem“
–
to
záleží
na distributorech elektřiny a Energetickém regulačním úřadu. Zvyšování cen energie v důsledku snížení odběru (nesolárně vyrobené) elektřiny je neetické a představuje zneužití dominantního postavení. [5] [8]
- 13 -
3.2 Solární energie v ČR Dostupnost solární energie v České republice je samozřejmě ovlivněna mnoha faktory. Patří mezi ně především zeměpisná šířka, roční doba, oblačnost a lokální podmínky, sklon plochy na níž sluneční záření dopadá a další. Zajímavým faktem nicméně zůstává, že se údaje o slunečním záření v ČR z jednotlivých zdrojů v mnohém liší. •
v České republice dopadne na 1m² vodorovné plochy zhruba 950 – 1340 kWh energie
•
roční množství slunečních hodin se pohybuje v rozmezí 1331 – 1844 hodin (ČHMÚ) Z hlediska praktického využití pak platí, že z jedné instalované kilowaty
běžného systému (FV články z monokrystalického, popř. multikrystalického křemíku, běžná účinnost střídačů apod.) lze za rok získat v průměru 800 – 1100 kWh elektrické energie. [5] Instalovaný výkon solárních elektráren v ČR vzrostl za rok 2008 desetinásobně na 54 MWpa a fotovoltaika se tak stala bezkonkurenčně nejrychleji rostoucím odvětvím energetiky! V ČR je k 1.4. 2010 registrováno 7 014 licencí FVE [9] a o další je obrovský zájem, přestože se výkupní ceny elektřiny snižují o zákonem povolené maximum. Následující graf ukazuje roční průběh množství energie dopadající na plochu v závislosti na její orientaci.
- 14 -
Graf 1 Teoretické množství energie dopadající za slunečný den na osluněnou plochu orientovanou k jihu v podmínkách ČR 12
kWh/m2 a den
10
0° - vodorovná plocha
8
30° - naklon ěná plocha 6
60° - naklon ěná plocha 90° - svislá plocha
4
2
0 XII
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
Pramen: Sluneční energie a její využití, ČEA, 1997
Graf 2 Celkové množství energie dopadající za průměrný den na plochu orientovanou k jihu v podmínkách ČR
7
kW h / m2 a den
6 5 0° - vodorovná plocha 4
60° - naklon ěná plocha
3
90° - svislá plocha 30° - naklon ěná plocha
2 1 0 I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
Pramen: Sluneční energie a její využití, ČEA, 1997
Současná globální finanční krize tento boom nezastaví, naopak – pro investory i pro banky jsou projekty výstavby obnovitelných zdrojů energie – a z nich zejména FVE – díky vysokým investičním nákladům nesmírně atraktivní investiční cíl z důvodu
- 15 -
minimálního projektového rizika, srovnatelného snad jen s investicí do státních obligací. Ačkoli solární elektrárny zažívají v současnosti velký boom a státy EU jsou tlačeny ke zvyšování podílu elektřiny z obnovitelných zdrojů, rychlým rozvojem technologie se stává solární energie nejen ekologicky, nýbrž i ekonomicky výhodnou. Státy tudíž snižují zpočátku velkoryse nastavený systém dotací na výstavbu fotovoltaických elektráren. [2] Obdobně též Energetický regulační úřad snižuje výkupní ceny a zelené bonusy pro výrobu elektřiny využitím slunečního záření, což dokládá následující srovnání cenových rozhodnutí ERÚ z let 2007 a 2008:
Tab. 1 Výkupní ceny a zelené bonusy pro výrobu elektřiny využitím slunečního záření [7]
Výkupní ceny a zelené bonusy pro výrobu elektřiny využitím slunečního záření Výkupní ceny elektřiny dodané do sítě v Kč/MWh
Zelené bonusy v Kč/MWh
12890
11910
12790
11810
Výroba elektřiny využitím slunečního záření pro zdroj uvedený do provozu od 1. ledna 2008 do 31. prosince 2008
13730
12750
Výroba elektřiny využitím slunečního záření pro zdroj uvedený do provozu od 1. ledna 2006 do 31. prosince 2007
14080
13100
Výroba elektřiny využitím slunečního záření pro zdroj uvedený do provozu před lednem 2006
6710
5730
Datum uvedení do provozu Výroba elektřiny využitím slunečního záření po 1. lednu 2009 s instalovaným výkonem do 30kW včetně Výroba elektřiny využitím slunečního záření po 1. lednu 2009 s instalovaným výkonem nad 30kW
Zelený bonus Zelený bonus umožňuje investorovi spotřebovávat solární elektřinu nejdříve v domě. Za každou spotřebovanou kWh obdrží investor v roce 2009, při výkonu 30 kW částku 11,91 Kč/kWh nebo při výkonu nad 30 kW částku 11,81 Kč/kWh. Pokud není možné
- 16 -
spotřebovat solární elektřinu v domě, je automaticky dodávána do sítě za cenu 11,91 Kč/kWh nebo 11,81 Kč/kWh. Výhodou tohoto řešení je, že investor současně uspoří kWh, kterou by jinak musel nakoupit ze sítě. Profit investora je tedy dvojí. Za prvé za to, že za spotřebovanou solární elektřinu v domě obdrží částku 11,91 Kč/kWh nebo 11,81 Kč/kWh, a současně uspoří za kWh, kterou by musel nakoupit ze sítě. [7] Podle zprávy o plnění indikativního cíle výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů za rok 2006 vydané Ministerstvem průmyslu a obchodu, Ministerstvem životního prostředí a Energetickým regulačním úřadem se hrubá výroba elektřiny z obnovitelných zdrojů (OZE) v roce 2006 podílela na tuzemské hrubé spotřebě elektřiny 4,91 %. Na celkové tuzemské hrubé výrobě elektřiny se hrubá výroba elektřiny z obnovitelných zdrojů podílela 4,17 %. Česká republika se přitom v přístupové smlouvě (Akt o přistoupení v příloze č. II, kapitole 12, A bod 8a) zavázala ke splnění indikativního cíle ve výši 8 % podílu elektřiny z OZE na hrubé domácí spotřebě v ČR v roce 2010. Z těchto údajů vyplývá, že stát ještě musí podporovat výstavbu nových elektráren na obnovitelné zdroje, a to tím spíše, že EU tyto limity každoročně navyšuje. Výstavba solární elektrárny je tudíž v souladu se zájmy ČR, závazky v rámci EU a rovněž politikou Energetického regulačního úřadu. [7]
3.3 Solární energie a EU Podle nedávné tiskové zprávy skupina ČEZ vyrobila v prvním pololetí roku 2008 více než
1 terawatthodinu elektřiny z obnovitelných zdrojů energie (OZE). Oproti loňsku
se tak zvýšila výroba „zelené“ elektřiny o 39 %. Takové číslo je impozantní, nicméně souvisí se skutečností, že v absolutních číslech nejde o tak výrazný pokrok (1 TWh představuje zhruba 3 % celkové výroby ČEZu) a Česká republika patří v rámci EU spíše k podprůměru.
„EU chce do roku 2020 vyrábět 20 % své energie z obnovitelných zdrojů, Česká republika má dosáhnout 13 %. “ [8]
- 17 -
Evropská unie klade velký důraz na rozvoj využívání čistých zdrojů energie (mezi ně se nepočítá jaderná energie, proto je podíl České republiky tak nízký). Podle nejnovějších směrnic má EU do roku 2020 vyrábět 20 % své energie z obnovitelných zdrojů, podmínky se ale různí pro každou členskou zemi. Využití obnovitelné energie je totiž nevyrovnané i v rámci EU. Mezi premianty patří Švédsko, kde podíl „čistých“ zdrojů činí 40 %. V Evropě se mu však může rovnat jen Lotyšsko (35 %), za ním Finsko (29 %) a Rakousko (23 %). Na opačném konci žebříčku se překvapivě drží Benelux, Irsko a Británie, tedy státy poměrně vyspělé. Přesto přírodní zdroje tvoří necelá 3 % jejich spotřeby. Budoucí plány EU berou v potaz aktuální situaci, takže zatímco Švédsko má zvýšit svůj podíl na 49 %, ČR má stanoveny nižší cíle: Dnes činí podíl 6 %, do roku 2010 to má být 8 %. Abychom splnili konečné závazky, v roce 2020 musíme vyrábět z OZE 13 % energie. [7]
- 18 -
4 VYUŽITÍ SOLÁRNÍ ENERGIE V BYTOVÉ VÝSTAVBĚ Aplikací slunečních energetických systémů v budovách lze výrazněji snížit spotřebu tepla dosud pokrývanou konvenčními zdroji a zvýšit kvalitu životního prostředí, jakož i standard bydlení. Na snížení spotřeby energie v obytných, občanských, zemědělských a průmyslových budovách jsou však kladeny požadavky, které budovy musejí splňovat: • z hlediska stavebního provedení: členění obvodového pláště podle funkce a orientace, orientace budovy, funkční řešení zasklených ploch, infiltrace spárami, snížení pro vzdušnost konstrukcí; • z hlediska techniky prostředí: lepší účinnost při konverzi primární energie na sekundární, kvalitnější izolace potrubních rozvodů, výměníky tepla s vyšší účinností. [5] Z hlediska celkové koncepce využívání sluneční energie v budovách se sluneční energetické systémy aplikují, aby se snížila: • spotřeba primárních nosičů energie (tuhé palivo, plyn, olej), • tvorba emisních škodlivin, • spotřeba energie. Sluneční energetické systémy se rozdělují podle více kritérií. Nejdůležitější je uživatelské a provozní hledisko, které závisí na technickém řešení slunečního systému. Z tohoto hlediska se sluneční energetické systémy rozlišují podle: [5] • způsobu využívání: pro ohřev teplé vody, pro vytápění, pro ohřev vody v bazénech; • způsobu ohřevu teplonosné látky:
- 19 -
s přímým ohřevem vody, s nepřímým ohřevem vody; • oběhu teplonosné látky: s přirozeným oběhem, s nuceným oběhem; • doby provozu: se sezónním provozem, s celoročním provozem; • zabezpečovacího zařízení: otevřené, uzavřené; • koncepce technického řešení: monovalentní, bivalentní, vícevalentní; • počtu odběrných míst: jednookruhové, dvouokruhové, víceokruhové.
4.1 Přehled systémů a oblastí jejich použití V této podkapitole bych se chtěla věnovat různým solárním systémům a jejich specifického využití. Solární systémy jsem rozdělila do několika kategorií dle jejich funkce a použití. V následující kapitole bych se pak ráda věnovala ekonomickému hledisku pořizování těchto solárních systémů.
- 20 -
4.1.1 Přímé využití denního světla a solárního tepla 1) Okno Užitek: Další okna navíc nebo zvětšení dosavadní plochy okenních otvorů zvýší zisk denního světla. Klesne spotřeba energie na umělé osvětlení. Jižně orientovanými okny lze docílit čistý tepelný zisk.
Oblast použití: Denní světlo je důležité jak pro obytné budovy, tak pro pracoviště, kde má přímý vliv na produktivitu. Protože větší plochy představují většinou i vyšší tepelné ztráty, je třeba vždy myslet na důsledky ve spotřebě energie. Totéž platí i pro využití solárního tepla při zvětšování okenních otvorů.
Solární zisky okny přispívají u stávajících budov v průměru asi 13 % na krytí potřeby energie na vytápění. Okenní otvory ve starých budovách mají stavební závady a problémy s pohodou prostředí. Takové jevy s sebou nesou velké tepelné ztráty a vysokou spotřebu energie na vytápění. Dvojitá okna nebo okna s běžnými dvojskly už neodpovídají současnosti. Ztrácejí až desetkrát více energie než dobře izolovaná venkovní stěna stejné plochy a až třikrát více než dobré okno s tepelněizolačním zasklením. Dalším argumentem pro rekonstrukci oken je nedostatečné denní osvětlení a tím omezené využití prostorů. Vysoká potřeba umělého osvětlení je spojena s náklady na energii, jejíž podíl na celkovém účtu za elektřinu může činit až 50 %.
Energeticky optimalizovaná okna mají své výhody: • snížení tepelných ztrát a spotřeby energie na vytápění • zlepšený tepelný komfort • více denního světla v budově • snížení spotřeby umělého světla • odpadne nadměrné proudění vzduchu • zmizí orosování oken [6] 2) Prosklení střechy Užitek: Okna ve střešním prostoru jsou nejúčinnější možností, jak přivést světlo do budovy. Stavebními úpravami uvnitř budovy lze při velkoplošném zasklení zásobit denním světlem i několik podlaží. - 21 -
Oblast použití: Střešní okna a prosklení střech se používá hlavně na budovách s větší stavební hloubkou, které nelze dostatečně prosvětlit z fasády - typické to bývá u továrních hal a výrobních budov.
Žádná jiná úprava nevnese do velkých prostor tolik denního světla jako prosklené střechy. Horizontální nebo mírně skloněné skleněné plochy zachytí kolmo dopadající světlo oblohy, které má velký světelný jas. Světlíky, prosklené střechy nebo osvětlovací pásy ve střeše jsou proto velmi oblíbené. Výsledkem je zlepšení vizuálního komfortu, ale i snížení potřeby energie na umělé osvětlení.
Opět toto provedení má své výhody: • nejlepší řešení, jak využít denní světlo • vysoký světelný zisk • vysoký vizuální komfort [5]
3) Prvek denního světla Užitek: Prvky denního osvětlení slouží současně tepelné ochraně a využití denního světla. Ve srovnání s okny je průhlednost nižší, zato většinou lepší tepelná izolace. Ve srovnání s neprůsvitnými, tepelně izolovanými vnějšími stěnami budov jsou tepelné ztráty podobné, může však jimi procházet světlo.
Oblast použití: Typickým
příkladem
prvků
denního
osvětlení
je zasklení
s transparentní tepelnou izolací (TI). Používá se místo neprůsvitných fasádních prvků, jako jsou okenní parapety a překlady. Tedy když výhled nehraje roli, ale žádoucí je denní světlo a někdy i ochrana proti průhledu.
Stěny s transparentní tepelnou izolací (TI) se od běžných oken liší tím, že nedovolují jasný průhled, ale přesto propouští dostatek světla. Lomem a rozptylem dopadajícího slunečního světla zlepšují prosvětlení prostoru do hloubky. Rozložení světla je tím v celém prostoru rovnoměrné a mizí tvrdé světelné kontrasty. Pracovní místa v blízkosti transparentních prvků se vyznačují dobrou pohodou prostředí i během topné sezóny. Ale protože se jas zvýší asi o 25 %, mohou tyto prvky působit potíže s oslněním, proto se nejvíce hodí do míst bez přímého slunečního záření jako například severní stěna budovy. - 22 -
Výhody: • dobrá tepelná izolace a dobrý rozptyl světla současně • žádné výrazné stíny • rovnoměrné rozložení denního světla v místnosti • možná redukce umělého osvětlení • ochrana proti průhledu zvenku • vysoká povrchová teplota přispívá k pohodě prostředí [5] 4) Optimalizovaný systém protisluneční ochrany a ochrany proti oslnění Užitek: Inteligentní systémy protisluneční ochrany a ochrany proti oslnění chrání před nežádoucími vysokými teplotami a oslnění na pracovišti, současně však umožní co nejvyšší využití denního světla. Potřeba umělého osvětlení je i při zastínění nepatrná.
Oblast použití: Klasickým případem použití optimalizovaného systému protisluneční ochrany a ochrany proti oslnění jsou pracovní místa poblíž oken, která vyžadují ochranu proti oslnění a s pracovními plochami vzdálenými od fasády, které mají naopak vysokou potřebu umělého osvětlení.
Tento systém protisluneční ochrany a ochrany proti oslnění plní dva požadavky jednak chránit budovu před solárním tepelným zářením a oslněním, jednak vpouštět do budovy co nejvíce denního světla. Těmito systémy rozumíme - žaluzie, rolety, markýzy aj.
Výhody: • využití denního světla i při použití protisluneční ochrany a ochrany proti oslnění • snížení spotřeby elektrické energie na osvětlení místností • snížení vnitřní tepelné zátěže vyvolané umělým osvětlením • snížení spotřeby energie na chlazení v létě • využití solární energie v zimě • zlepšení vizuálního komfortu • zachování vizuálního kontaktu s vnějším okolím • atraktivní architektonická řešení [6]
- 23 -
4.1.2 Bydlení mezi vnitřkem a venkem
1) Zasklený balkon Užitek: Zasklení existujících balkonů přináší v ideálním případě několikanásobný užitek: prodloužení doby využití balkonu jako obytného prostoru, rozšířené možnosti využívání balkonu, zvýšená tepelná a zvuková izolace, snížení vlivu tepelných mostů v oblasti balkonové desky a zisk solární energie pro sousedící obytné prostory.
Oblast použití: Zaklení balkonu se ukazuje jako výhodné řešení, pokud by byla sanace tepelných mostů, výměna oken a roletových boxů a tepelná izolace fasády příliš nákladná. Opatření zhodnocuje menší, neatraktivní byty i z hlediska pronájmu.
Výhody: • občasné zvětšení obytného prostoru o ochráněný venkovní prostor • ochrana proti hlukovým emisím a prudkým lijákům • balkon lze používat i v topné sezóně • snížení tepelných ztrát díky tepelně vyrovnávacímu prostoru • až o 15 % nižší spotřeba energie na bytovou jednotku • teplota vzduchu o 8 oC až 13 oC vyšší než venkovní teplota • tepelněizolační zasklení zajišťuje celoroční ochranu před mrazem a zabraňuje orosování skel • elegantní řešení sanace stavebních závad na balkonech 2) Zimní zahrady Užitek: Zimní zahrady přinášejí podobný užitek jako zasklené balkony. Na rozdíl od nich se však jejich formě a velikosti nekladou meze. To umožňuje stavbu velmi atraktivních prostorů s velkou mírou kontaktu s přírodou.
Oblast použití:
Zimní zahrady slouží především k rozšíření obytného prostoru
za slunečných dnů během otopného období. Je nutno dodržet dva požadavky právní povahy: nelze překročit žádné hraniční vzdálenosti nebo narušit stavební čáru a vytápění je povoleno jen do té míry, jakou připouštějí energetické předpisy.
- 24 -
Výhody: • občas použitelný obytný prostor • atraktivní vyrovnávací klimatická zóna • vyrovnaná teplota v přilehlých obytných místnostech • energetický zisk při správném chování uživatele • skleník pro rostliny nesnášející zimu • zvýšení hodnoty nemovitosti [5] 3) Atrium Užitek: Zastřešení vnitřního dvora, domovního výklenku nebo ulice mezi dvěma budovami vytváří jednak nové možnosti využití, jednak snazší rekonstrukci domovních fasád obrácených do dvora. Kromě toho slouží atrium jako tepelně-vyrovnávací prostor a může se použít k předehřívání čerstvého vzduchu.
Oblast použití: Přeměna dvora na atrium se těší v městském prostředí rostoucí oblibě, a to ze dvou důvodů: jednak se tím chrání a nepřímo rekonstruují dvorní fasády, aniž by se změnil původní vzhled budovy, jednak roste poptávka po atraktivních prosvětlených prostorech, které poskytují ochranu proti nepohodě. [6]
Výhody: • zvýšení hodnoty vnitřních dvorů a nemovitostí v dopravních zónách • společné komunikační a hrací plochy • rozšířené využití balkonů do dvora • alternativa k sanaci dvorní fasády • původní charakter vnitřního dvora zůstane zachován • předehřívání čerstvého vzduchu pro větrání budovy [5] Zasklené balkony, zimní zahrady a atria jsou atraktivní prosvětlené prostory, které občas rozšíří obytné místnosti. Prohřívá je sluneční záření a jsou-li správně užívány, nepotřebují žádný systém vytápění.
Ve středoevropském klimatu mohou
během topné sezóny sloužit asi 100 dní jako místo pobytu, i když je venku chladno a větrno. Při vhodném používání se může zachycené solární teplo využít k vytápění sousedních místností.
- 25 -
4.1.3 Sluncem vyhřívané stěny a podlahy
Solární vytápění stěn a podlah může doplnit obvyklou otopnou soustavu. Princip je takový, že se při slunečním svitu na jižních fasádách a střešních plochách získává solární teplo, které se akumuluje v masivních stěnách, podlahách a stropech.
1) Solární stěnové vytápění s transparentní izolací Užitek: Solární stěnové vytápění - kombinace zdiva s vnější transparentní tepelnou izolací - spojuje dva požadavky: velmi dobrou tepelnou ochranu vnějších stěn a získávání solárního tepla k vyhřívání vnitřních prostorů. Dalším užitkem jsou vyšší povrchové teploty ve vnitřních prostorech, a tím příjemnější vnitřní klima.
Oblast použití: Předpokladem pro využití solárního vyhřívání stěn je odpovídající užívání prostorů. Obytné a pracovní prostory se hodí spíše než ložnice, které vyžadují nižší teplotu. Na původní fasádu se kladou dva požadavky: žádné tepelné izolace, zato akumulující hmota a úseky stěn bez oken. [6]
Ústředním prvkem solárního stěnového vytápění je transparentní tepelná izolace (TI) z plastických hmot, skla nebo aerogelu, která se upevňuje na vnější straně stávající fasády. Když teplota vnitřního povrchu stěny překročí teplotu místnosti, začne stěna odevzdávat sálavé teplo do místnosti. [5]
Výhody: • ztráty prostupem tepla obvodovým pláštěm budovy během topné sezóny jsou téměř zcela kompenzovány • navíc vzniká za topnou sezónu solární zisk ve výši 30 kWh až 100 kWh na m2 stěnového vytápění • velmi dobrá tepelná izolace přes relativně malou tloušťku stěny • vyšší vnitřní povrchové teploty stěn zlepšují pohodu prostředí a komfort místností • možnost novodobého architektonického ztvárnění fasád • není třeba žádné další energie na provoz zařízení
- 26 -
2) Optimalizovaný systém protisluneční ochrany a ochrany proti oslnění Užitek: Solární uzavřené teplovzdušné vytápění se vzduchovými kolektory na jižní fasádě nebo jižní střeše přináší vícenásobný užitek: sluneční energie se dostává do prostoru jako příjemné sálavé teplo. Kolektor poskytuje účinnou a dlouhodobou ochranu venkovní stěně nebo střeše proti povětrnostním vlivům, současně snižuje tepelné ztráty a kromě toho umožňuje kombinaci s ohřevem TUV.
Oblast použití: Použití solárního uzavřeného teplovzdušného vytápění přichází v úvahu většinou při celkové rekonstrukci, kdy se kromě střechy musí vyměnit i stropy, podlaha přízemí, vnitřní stěny i celý systém distribuce tepla. Solární uzavřené teplovzdušné vytápění potřebuje místo k vedení potrubí, pro akumulační stěny a akumulační podlahy.
Na rozdíl od solárního stěnového vytápění s transparentní tepelnou izolací může uzavřené teplovzdušné vytápění se solárními vzduchovými kolektory zásobovat solárním teplem celou budovu, nikoli jen jižně orientované místnosti. Ohřátý vzduch se vede systémem kanálů v dutých stěnách, podlahách a stropech. Nevýhodou oproti solárnímu stěnovému vytápění jsou nezbytné vzduchové kanály a potřeba elektrické energie pro cirkulaci vzduchu. [6]
Výhody: • až o 50 % tepla na vytápění ze sluneční energie • při totální rekonstrukci mohou být vícenáklady oproti obvyklým řešením malé • solární teplo lze rozvádět po celé budově • teplo se předává ve formě příjemného tepelného záření • ztráty dané prostupem tepla obvodovým pláštěm budovy se v oblasti kolektorů sníží • ohřev TUV v létě je možný
- 27 -
4.1.4 Solární energie pro ohřev TUV a vytápění místností
Termický solární kolektor Užitek: Teplo ze solárních kolektorů se užívá k ohřevu TUV a vytápění místností. Často se může přídavné vytápění přes léto odstavit z provozu, čímž se sníží spotřeba paliva.
Ve
velkých
obytných
budovách
je
předehřívání
vody
dnes
již konkurenceschopné. Solární kolektory kromě toho přispějí k modernizaci vzhledu budov.
Oblast použití: Instalace solárních kolektorů vyžaduje předně co nejrovnoměrnější celoroční spotřebu TUV, což je v bytových domech obvyklé. U systémů pro vytápění je mimoto podmínkou nízkoteplotní rozvod tepla. Dalším předpokladem jsou jižně orientované fasády nebo šikmé střechy a dostatečný prostor v kotelně k instalování zásobníků. [2]
Termická solární zařízení na ohřev vody a vytápění místností patří k nejvíce rozšířeným aplikacím ve využívání sluneční energie. Termické solární systémy jsou jednoduché, osvědčené a technicky vyzrálé. Energií získanou v kolektorech na střeše či na fasádě napájí ohřívače vody nebo zásobníky otopného systému. Regulační jednotka zajišťuje provoz oběhového čerpadla při slunečním svitu.
Výhody: • až 70 % úspora obvyklé energie na ohřev TUV • zkrácená doba provozu kotle • sluneční kolektory na střeše zlepšují image
- 28 -
Graf 3 Krytí energie solárním systémem 4500
kWh
potřeba tepla staršího objektu (80 GJ na vytápění)
4000 3500
potřeba tepla nízkoenergetického objektu stejné velikosti
3000 2500
potřeba tepla pro přípravu TUV
2000 1500
energetický zisk solárního zařízení pro TUV a přitápění
1000 500 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112
energetický zisk solárního zařízení pro TUV
Pramen: CityPlan
4.1.5 Elektrická energie ze slunečního světla
Zařízení na získávání solární elektrické energie Užitek: Zařízení na získávání solární elektrické energie umožňuje částečnou nezávislost na rozvodu elektrické energie. U budov bez přípojky k elektrické síti představují její ekonomicky výhodnou alternativu k plánovanému připojení. Při připojení k elektrické síti se může fotovoltaická energie nabízet na burzách solární energie, a tak pokrývat náklady.
Oblast použití: Použití solárních článků prakticky nevyžaduje stavební úpravy. U většiny budov se najde možnost instalovat články tak, aby byly orientovány k jihu ať už na fasádě nebo na střeše. Úspory nákladů lze docílit tím, že solární moduly plní současně funkci střešního pláště, povrchu fasády nebo protisluneční ochrany.
Mnohé střešní a fasádní plochy stávajících budov jsou vhodné pro výrobu elektrické energie pomocí solárních článků.
- 29 -
Výhody: • vlastní výroba elektřiny šetrná k životnímu prostředí • východisko vlastní cesty k postupnému snižování spotřeby elektřiny • atraktivní architektura se solárními moduly • FV zařízení vyrábějící vysoce hodnotnou elektřinu • odbyt solární elektřiny za ceny pokrývající provozní náklady díky předávání do veřejné sítě [6]
4.1.6 Solárně ohřívaný čerstvý vzduch
Bytové domy jsou často vybaveny šachtovým větráním nebo mechanickým větráním pro odvod vzduchu z koupelen a WC. Tato zařízení způsobují trvalou výměnu vzduchu v bytě. Čerstvý vzduch se neřízeně přivádí spárami oken a dveří a netěsnými místy obvodového pláště budovy. To vyvolává vyšší spotřebu energie na vytápění a možné problémy pohody prostředí - průvan. Zlepšení se dá dosáhnout tím, že se čerstvý vzduch předehřívá na zasklených balkonech, v zimních zahradách a atriích, ve dvojitých fasádách,
nezasklených
solárních
vzduchových
kolektorech
na
fasádě
nebo
v provětrávané dutině za solárním panelem.
1) Předehřívání vzduchu v zaskleném prostoru Užitek: Tato aplikace kombinuje využití energie a větracího zařízení. Do místnosti se nevhání studený vzduch s venkovní teplotou, ale předehřívá se pomocí solární energie. Zvyšuje se tím pohoda prostředí v budově. Vzduch se nasává přes zasklený balkon, atrium, zimní zahradu nebo solární fasádu.
Oblast použití: Solární předehřívání vzduchu lze jednoduše kombinovat s jinými rekonstrukčními postupy, jako je zasklení balkonů nebo obnova obvodového pláště. Optimálním předpokladem je existence šachtového větrání nebo větracího zařízení s nuceným odtahem, jaké se dnes vyskytuje v mnoha bytových domech. [5]
Solární předehřívání vzduchu na zasklených balkonech, v zimních zahradách a atriích funguje jednoduše: místo toho, aby se vzduch dostával do obytných místností
- 30 -
přímo, vede se nejdříve do zaskleného prostoru. Tam přijímá solární teplo a odpadní teplo z budovy a jako předehřátý se teprve vpouští do domu. Teplota čerstvého vzduchu se tak zvyšuje o 5 až 15 oC, čímž se ušetří až 15 % energie na vytápění.
Výhody: • jednoduchá koncepce větrání v místnostech sousedící s proskleným prostorem • cenově výhodné zlepšení dosavadního šachtového větrání nebo mechanických odvětrávacích systémů • omezení průvanu • snížení spotřeby energie na vytápění až o 10 % • společné pozitivní působení se zasklíváním balkonů nebo zastřešováním vnitřních dvorů
2) Nezasklený solární vzduchový kolektor Užitek: Tato aktivně větraná děrovaná plechová fasáda je pro předehřívání čerstvého vzduchu cenově výhodným opatřením, které současně tvoří plášť proti povětrnostním vlivům a nabízí architektům zajímavé možnosti ztvárnění.
Oblast použití: Děrované fasády vyžadují velké plochy obvodových stěn bez oken. Dalším předpokladem je používání nuceného větrání v budově.
Základem nezaskleného solárního vzduchového kolektoru je tmavě zbarvený, perforovaný plech, který místo běžného obvodového pláště budovy slouží jako ochrana proti povětrnostním vlivům a současně získává sluneční energii. Funkce je jednoduchá: ventilátor vytváří podtlak v dutině mezi původní fasádou a plechem zavěšeným před ní, vzduch se nasává do dutiny otvory v plechu a ohřátý tmavým plechem se přivádí do budovy a rozvádí běžným větracím zařízením.
Výhody: • alternativa k rekuperaci tepla z větracího zařízení tam, kde by nebyla proveditelná • snížení tepelných ztrát • ochrana poškozené fasády proti povětrnostním vlivům
- 31 -
• zajímavý architektonický prvek • nízké investiční náklady • možnost kombinace s ohřevem TUV [5] [6]
4.1.7 Tepelná izolace pomocí solární energie
Tepelně izolovat lze i pomocí solární energie. Budova se "zabalí do pláště" ze solárně ohřátého vzduchu. Ten pak brání úniku tepla z budovy. Protože je fasáda proti venkovnímu prostředí uzavřena vrstvou teplého vzduchu, sníží se teplotní rozdíl.
1) Zasklená tepelná izolace Užitek: Opatření slouží ke snížení tepelných ztrát na jižně orientovaných vnějších stěnách budov. Místo větrané neprůsvitné fasády se zakryje sklem vnější tepelná izolace. Vzduch mezi sklem a izolační hmotou tvoří solárně vyhřívanou nárazníkovou vrstvu, která brání odchodu tepla z vnitřku budovy. Na vnitřní prostředí má tato technologie nepatrný vliv.
Oblast použití: Při použití těchto opatření jsou jednoznačně v popředí výtvarné aspekty. Energetický užitek je druhořadý, ačkoli lze na jižních fasádách dosáhnout téměř vyrovnané tepelné bilance zisků a ztrát. Častým argumentem bývá naopak trvanlivost zasklené fasády na rozdíl od běžného obkladu obvodového pláště. Existují příklady použití u obytných a kancelářských budov. [2]
Výchozím bodem využití zasklené tepelné izolace je tepelně-technická sanace obvodové stěny.
Výhody: • snížení tepelných ztrát na jižních fasádách k nule • menší tloušťka než u běžné tepelné izolace při srovnatelných charakteristikách • díky zasklení trvanlivá a vůči povětrnosti odolná fasáda • možnosti architektonického ztvárnění
- 32 -
2) Zasklená dvojitá fasáda Užitek: Užitek skleněného pláště postaveného ve vzdálenosti 20 až 60 cm před existující fasádu je z energetického hlediska jen druhořadý. Hlavní výhody spočívají v ochraně architektonicky hodnotných fasád před povětrnostními vlivy a hlukem. Dvojité fasády jako tepelně-vyrovnávací prostory snižují tepelné ztráty a lze je použít k předehřívání čerstvého vzduchu.
Oblast použití: Pro obytné budovy nejsou až tak vhodné, protože se omezí styk s vnějším světem. Zajímavá jsou tato opatření tam, kde změny současné fasády jsou příliš drahé nebo problematické z důvodů stavební fyziky.
Sanace stávající fasády pomocí předsazeného skleněného pláště se převážně používá u architektonicky hodnotných a památkově chráněných staveb, jejichž vnější vzhled je nutné zachovat a vnější tepelná izolace nebo výměna oken nepřichází v úvahu. Vysoké investice jsou vyváženy mnohonásobným užitkem: dvojité fasády nabízejí při vhodné koncepci větrání účinnou ochranu proti pouličnímu hluku, zlepšují tepelnou izolaci, mohou se použít k ohřevu čerstvého vzduchu. [5]
Výhody: • sanace a zajištění historických fasád - původní vzhled fasády zůstává viditelný • ochrana před venkovním hlukem • jednoduchá sanace trhlin a stavebních škod stávajících fasád • ochrana stínicích zařízení proti povětrnosti • podmíněné snížení tepelných ztrát a zlepšení tepelného komfortu budovy 3) Dvojitá fasáda se vzduchovým kolektorem Užitek: Dvojitá fasáda se solárním vzduchovým kolektorem jednak zlepší tepelnou izolaci, jednak působí jako solární stěnové vytápění. Solární energie se však nezískává přímo na fasádě, ale pomocí kolektorů na jižní střeše. Odpadá tak prosklení fasády. Místo toho se užije běžné izolace z vnější strany. V prostoru mezi tímto novým stavebním prvkem a dříve existující stěnou cirkuluje solárně ohřátý vzduch.
- 33 -
Oblast použití: Opatření je vhodné pro budovy, které jednak mají ideální střechy pro získávání sluneční energie, jednak mají fasádu, kterou je nutno tepelně-technicky rekonstruovat, která však nepřichází v úvahu pro přímé využití sluneční energie např. severní stěny. Dosud se tento systém převážně používal u obytných budov, částečně i v kombinaci se solární ohřevem TUV.
Impulsem pro stavbu dvojité fasády jsou špatné tepelněizolační vlastnosti dosavadní fasády. Solární energie se nezískává přímo na fasádě, ale vzduchovými kolektory na střeše. Odtud je v uzavřeném okruhu pomocí ventilátoru vedena dutinou mezi původní fasádou a nově instalovanou předstěnou. Společně s tepelnou izolací předstěny vytváří teplý vzduch účinný izolační systém. [6]
Výhody: • solární tepelná ochrana fasád • přídavné využití jako stěnové vytápění • kolektor lze v létě využít k ohřevu TUV • vzhled dosavadní fasády se nemusí měnit
- 34 -
5 ZHODNOCENÍ LEGISLATIVNÍ A EKONOMICKÉ MOŽNOSTI VYUŽITÍ SOLÁRNÍ ENERGIE 5.1 Dotace Dotace je možná na podporu vytápění z SFŽP (Státní fond životního prostředí) a to do celkové výše 50 000 Kč. Na fotovoltaické elektrárny poskytuje dotace Ministerstvo průmyslu a obchodu, a to ve výši, která se pohybuje od 0,5 mil. Kč do 100 mil. Kč v závislosti na regionu.
Ale je možné zažádat o dotaci z evropských fondů. Program EKO-ENERGIE, ze kterého mohou být získány finanční prostředky je součástí operačního programu Podnikání a inovace. Tento program je výchozím programem pro prioritní osu 3 – Efektivní energie. [7]
Dotace z národních programů
Nepodnikající fyzické osoby mohou získat dotace na solární systém u Státního fondu životního prostředí ČR, který otevřel příjem žádostí koncem března 2008. Nenárokové příspěvky jsou podobné jako v loňském roce, tj. u solárních systémů: •
1.A.b - na ohřev užitkové vody 50 000 Kč, max. 50 % uznatelných nákladů,
•
1.A.c - na ohřev užitkové vody a přitápění 60 000 Kč, max. 50 % uznatelných nákladů,
•
1.A.d - na výrobu elektřiny - letos nebyl příjem žádostí otevřen.
Součástí žádosti o dotaci je odborný posudek od nezávislého experta, povinnost použít certifikované komponenty solárního systému i závazek žadatele, že systém bude provozovat minimálně 5 let. SFŽP podporuje solární systémy s celoročním provozem. Pokud solární systém slouží i k ohřevu bazénové vody, musí žadatel prokázat, že kolektory přednostně ohřívají užitkovou vodu či přispívají na vytápění. Předpokladem pro přijetí žádosti je mimo jiné i fakt, že systém je již prokazatelně
- 35 -
v trvalém provozu, maximálně však 18 měsíců. Podpora se dále vztahuje pouze na akce, jejichž realizace a financování byly zahájeny po 1. lednu 2005. [7]
Na letošní rok je pro čtyři dotační programy (krom programů 1.A.b a 1.A.c i na tepelná čerpadla a kotle na biomasu) vyčleněno zhruba 100 milionů korun, což by mělo stačit pro prvních dva tisíce žadatelů. Samotná výplata podpory nastává zhruba po 6-12 měsících od žádosti. [7]
Komunální dotace Místní příspěvky na solární termické systémy, které jsou často mnohdy nejefektivnější a nárokové, vyplácejí tato sídla: •
Litoměřice (40 000 Kč na projekt, výplata do 14 dní od přiznání dotace),
•
Plzeň (2 000 Kč/ m2 kolektorové plochy),
•
Praha (4 000 Kč na m2 systému, max. 50 % doložených nákladů, nejvýše však 80 000 Kč),
•
Kladno (2 000 Kč/instalovaný kilowatt termického systému),
•
Náchod (10 000 Kč pro systém na ohřev vody, 15 000 Kč pro systém na podporu přitápění)
•
Jindřichovice pod Smrkem (do 30 000 Kč na projekt a do 40 % investičních nákladů s tím, že z poloviny jde o nevratnou dotaci a zbytek tvoří bezúročná půjčka se splatností 2 - 10 let). [7]
Komunální dotaci na fotovoltaickou elektrárnu je možné získat v sídlech: •
Plzeň (20 Kč na Wattpeak výkonu solární elektrárny, systém o výkonu do 5 kWp),
•
Praha (4 000 Kč na m2 systému, max. 50 % doložených nákladů, nejvýše však 80 000 Kč).
Získání dotace
Pro získání financí z programu Zelená úsporám, tak bychom měli získat ze solárních kolektorů nejméně 2000 kWh pro majitele rodinného domu, u bytového domu je to pak 1000 kWh na jeden byt za rok. Jestliže chceme solárními kolektory i topit,
- 36 -
zvýší se hranice energie na 2600 kWh pro rodinný dům, 1300 kWh za jeden byt v bytovém domě. Tyto podmínky však nejsou přísné a i tříčlenná rodina bude mít problémy s jejich přebytky. Ty je nejvýhodnější využít k ohřevu vody v bazénu. Také je
důležité
vybrat
firmu
a
výrobek
ze
seznamu
výrobců
a
dodavatelů
na www.zelenausporam.cz.
Kolik můžete získat na dotacích
Rodinné domy Solární kolektory na ohřev vody – 50 % nákladů, nejvýše 55 000 Kč Solární kolektory na ohřev vody a přitápění – 50% nákladů, nejvýše 80 000 Kč Bonus při kombinaci úprav (například se zateplením) – 20 000 Kč
Bytové domy Solární kolektory na ohřev vody – 50 % nákladů, nejvýše 25 000 Kč Solární kolektory na ohřev vody a přitápění – 50 % nákladů, nejvýše 35 000 Kč Bonus při kombinaci úprav (například se zateplením) – 50 000 Kč [7]
5.2 Ekonomické zhodnocení Sluneční systémy lze hodnotit stejně jako ostatní technická zařízení podle jejich ekonomické efektivnosti. Musí se ovšem přihlížet k tomu, že jde o čistou a obnovitelnou energii, která se nemůže vyčerpat a která nezanechává žádné škodlivé zplodiny. Důležitý je zde ekologický aspekt, pro jehož vyčíslení dosud chybí spolehlivé podklady. Kromě toho je třeba při současných změnách ekonomiky uvážit: • předpokládané zvýšení cen za energii, • předpokládaný vývoj cen za komponenty slunečních systémů, • předpokládaný vývoj úrokové míry v bankovním sektoru, • případné dotace společnosti při využití ekologicky nezávadných zdrojů energie. Všechny tyto okolnosti způsobují, že pro jakékoli ekonomické hodnocení nejsou v současné době spolehlivé cenové údaje[5].
- 37 -
5.2.1 Přímé využití denního světla a solárního tepla
Okna Šíře pásma investičních nákladů pro okna je velká. Čím nižší je hodnota U (prostupnost tepla), tím je okno dražší. Dřevokovové okenní rámy jsou dražší než čistě dřevěné a ty jsou zase dražší než rámy plastové. Nejdražší jsou okna kovová. Při úvahách o celkových nákladech se musí kromě investic respektovat poměry denního osvětlení, náklady na energii a vliv oken na využití bytů, a tedy i možnosti jejich pronájmu. Základní pravidlo pro pořízení nových oken tedy zní: v rámci předem daného rozpočtu zvolit zasklení s co nejnižší hodnotou U. [6]
Prosklené střechy Prosklené střechy bývají zpravidla dosti drahé, zvláště při rekonstrukcích. V mnoha případech se musí použít bezpečnostní sklo a napojení na okolní střechu a zajištění ochrany proti pronikání dešťové vody je pracné. Ztížené čištění střešních skel zvyšuje náklady na údržbu.
Transparentní prvky Transparentní prvky jsou investičně méně náročné než dobrá běžná tepelněizolační okna. Náklady se snižují, pokud je možné použít velkoplošné prvky s malým podílem okrajů. Investice se naopak zvýší při použití speciálních konstrukcí jako jsou větrací okenní křídla. [8]
Optimalizované systémy protisluneční ochrany a ochrany proti oslnění Investiční náklady na vybavení obytných staveb sdruženými shrnovacími žaluziemi, optimalizovanými vzhledem k využití denního osvětlení jsou jen o málo vyšší než na vybavení obvyklými stínícími systémy. Značně veliké je naopak rozpětí investičních nákladů na speciální systémy protisluneční ochrany. V extrémních případech jsou náklady stejně vysoké jako na okna. Rozdíly existují i mezi pořizovacími náklady systémů pro automatický provoz osvětlovacích zařízení regulovaných podle množství denního světla. Cenově výhodná varianta spočívá v jednoduchém zapínání a vypínání světel, dražším, ale účinnějším řešením je regulace (stmívání) podle intenzity osvětlení v místnostech. [6]
- 38 -
5.2.2 Bydlení mezi vnitřkem a venkem
Zasklený balkon Investice do zasklení balkonů závisí na tvaru balkonu, na kvalitě zasklení a rámů a na detailech jejich připojení na fasádu. Čím je zasklená plocha větší, tím složitější je realizace a tím vyšší jsou i náklady. Nejnižší jsou náklady na zasklení lodžií. Často jsou nižší než při běžné tepelné izolaci balkonového výklenku s náhradou oken a roletových boxů. Vyšší náklady jsou vždy u vykonzolovaných balkonů. Náklady mohou být srovnatelné s běžnou sanací, při níž se balkonová deska oddělí od domu a znova ukotví. Pokud se opatření realizuje současně s celkovou sanací obvodového pláště nebo současně s rozšiřováním balkonu, dochází ke snížení nákladů.
Zimní zahrada Investiční náklady na stavbu zimní zahrady značně kolísají podle tvaru a provedení. Cenově výhodnější jsou řešení vycházející z pravoúhlého půdorysu a neprůsvitných střech místo skleněných. [5]
Atrium Prosklené zastřešení vnitřních dvorů je velmi nákladné. Vždy by se měla přezkoumal alternativa obvyklé rekonstrukce dvorních fasád. Vysoké investice mají mnoho důvodů. Skleněné konstrukce vyžadují drahé bezpečnostní sklo, připojení na sousední střechy je často komplikované a kromě nákladné protisluneční ochrany a větrací systémy se musí také pamatovat na náročná opatření pro čištění konstrukcí.
5.2.3 Sluncem vyhřívané stěny a podlahy
Solární stěnové vytápění s transparentními prvky Technologie solárního stěnového vytápění dosáhla již stavu tržní zralosti. Většinou ale jde o ojedinělá řešení podle přání zákazníků. Všeobecně platné údaje o výši investic se proto získávají obtížně. Oproti obvyklým skleněným fasádám jsou náklady jen mírně vyšší, ve srovnání s běžnými fasádami s neprůsvitnou izolací jsou náklady až čtyřnásobné.
- 39 -
Údržba solárního stěnového vytápění se omezuje na pohyblivou protisluneční ochranu, pokud je použita. Zpravidla platí, že náklady na údržbu činí v takovém případě 4 % investičních nákladů. Životnost s stěnového vytápění je srovnatelná s životností běžných kovových fasád.
Uzavřené teplovzdušné vytápění se solárním vzduchovým kolektorem Údaje o investičních nákladech jsou málo dostupné a obtížně porovnatelné. Přesto je patrná určitá tendence: nejnižší vícenáklady vzniknou, provádí-li se instalace systému vzduchových kanálů v rámci celkové obnovy obvodového pláště i vnitřních prostor budovy a vhodně se kombinuje s běžnou prací na přestavbě. Provozní náklady jsou oproti běžnému vytápění naopak nepatrné.
5.2.4 Solární energie pro ohřev TUV a vytápění místností
Pro investiční náklady na termické solární zařízení platí: • S rostoucí velikostí zařízení klesají náklady vztažené na 1 m2 plochy kolektorů. • Sériově vyráběné a standardizované solární systémy jsou výhodnější než jednotlivá zařízení vyrobená speciálně pro zákazníka. • Použití velkoplošných kolektorových modulů o velikosti až 20 m2 rovněž snižuje pořizovací náklady. Zajímavou možností, jak snížit pořizovací náklady, je svépomocná výstavba.
Pro velikost provozních nákladů platí stejné zákonitosti jako pro náklady investiční: s rostoucí velikostí zařízení klesá cena získané solární energie. Kromě toho je směrodatný i typ zařízení: systémy pro podporu vytápění mají vyšší náklady na výrobu energie než zařízení na předehřívání vody s nízkým stupněm pokrytí. [2]
Příklad solárního systému na ohřev vody [8] Počet osob v domě: 3 (potřeba okolo 5 m2 kolektorové plochy) Roční náklady na plyn: 6 000 Kč 3 solární kolektory s plochou 1,83 m2 (celkem 5,49 m2): 36 000 Kč Zásobník na ohřev vody 300 litrů: 23 500 Kč - 40 -
Upevňovací prvky, čerpadlo, teplonosná kapalina a další příslušenství: 34 000 Kč Montáž: 21 500 Kč Investice celkem: 115 000 Kč Výše dotace: 55 000 Kč Náklady (snížené o dotaci): 60 000 Kč Roční úspora za plyn: 4 000 Kč Návratnost: 15 let
5.2.5 Elektrická energie ze slunečního světla
Investiční náklady FV zařízení v posledních letech značně poklesly. Významné je rovněž snížení cen ostatních prvků zařízení a montážních systémů při současném zlepšení techniky a účinnosti. FV zařízení mají nyní delší životnost, lepší provozní bezpečnost i kvalitu.
5.2.6 Solárně ohřívaný čerstvý vzduch
Předehřívání vzduchu v zaskleném prostoru Vzhledem k vysokým investičním a provozním nákladům se tato varianta nevyplatí. Zde jde převážně jen o zvýšení komfortu.
Nezasklený solární vzduchový kolektor Tato varianta patří k ekonomicky zajímavým způsobům aktivního využití solární energie. Navíc jsou zde jen malé náklady na údržbu.
5.2.7 Tepelná izolace pomocí solární energie
Zasklená tepelná izolace Oproti běžnému obvodovému plášti s větracím obkladem ze šindelů nebo dřeva jsou investice na zasklenou fasádu několikanásobně vyšší.
- 41 -
Zasklená dvojitá fasáda Investiční náklady na dvojitou fasádu patří k nejdražším variantám sanace fasády.
Dvojitá fasáda se vzduchovým kolektorem Vzhledem k tomu, že bylo dosud realizováno jen několik málo zařízení, nelze dělat žádné všeobecné závěry o velikosti investičních nákladů. Můžeme jen s určitostí říci, že pokud se vzduchový kolektor bude v létě používat k ohřevu TUV, odpadnou náklady na samostatné solární zařízení s kapalinovými kolektory. [2]
- 42 -
6 ZÁVĚR Vzhledem k tomu, že zájem o solární projekty stoupá, otevírá se zde mnoho možností, jak tohoto trendu využít. Cílem mé práce bylo představit různé využití solární energie, především při rekonstrukci v bytové výstavbě, která skýtá velký potenciál. Ovšem rozsáhlost této tématiky je tak široká, že jsem zdaleka neobsáhla všechny aspekty.
Svoji práci jsem rozdělila do tří hlavních úseků. Ve třetí kapitole jsem se věnovala terminologii a teoretickým aspektům využití solární energie. Zde jsem také popsala její obecné využití. Podrobně jsem zde popsala technologii výroby, druhy a z čeho se fotovoltaické články skládají.
Čtvrtou
kapitolu
jsem
věnovala
konkrétnímu
využití
solární
energie
v rekonstrukci bytů, ale samozřejmě moje zjištění lze využít i v novostavbách. Tady jsem se zaměřila na různé, i drobné úpravy domu či bytu.
Pátá kapitola se věnuje dotacím a ekonomickým aspektům při financování úprav domů. Zde jsem chtěla hlavně zohlednit to, že úspora energie při použití alternativních zdrojů nemusí být finančně nedostupná. Některé varianty jsou sice finančně náročnější, ale to plně vykompenzuje úspora tepla.
Využívání alternativních zdrojů energie je v současné době pomalu již nutností. Již dlouho byla naše planeta zatěžována a nyní nastal čas, abychom se začali chovat ohleduplněji a kladli větší důraz na ochranu životního prostředí. Využívání solární energie je v tomto ohledu ideálním řešením získávání energie, protože to je nejčistší a nejšetrnější způsob. Lidé by si měli uvědomit, že jsou zde různé alternativy jak získat energii, aniž by tím zbytečně zatěžovali životní prostředí a v tomto ohledu vidím přínos mé práce. Poukázala jsem na to, že i malé úpravy domu či bytu můžou přispět k záchraně naší planety.
- 43 -
Seznam použité literatury [1]
Alternativní energie, periodikum, ISSN 1212-1673
[2]
Filleux, Ch., Gütermann, A.: Solární teplovzdušné vytápění. Ostrava: Nakladatelství HEL, 2006 ISBN 80-86167-28-3
[3]
McCracken G., Stott P.: Fúze, energie vesmíru. Vyd. 1. Praha: Mladá fronta, 2006 ISBN 80-204-1453-3
[4]
Kadrnožka , J. Energie a globální oteplování. Brno: VUTIUM, 2006. 189 s.
[5]
Libra, M., Poulek, V.: Fotovoltaika. Teorie i praxe využití solární energie. Praha: ILSA 2009 ISBN 978-80-904311-0-2
[6]
Truxa, J., Murtinger, T.: Solární energie pro váš dům. Brno: ERA vydavatelství. 2006 ISBN 80-7366-076-8
[7]
www. nazeleno.cz
[8]
www.solartec.cz
[9]
www.eru.cz
- 44 -
Seznam grafů Graf 1 Teoretické množství energie dopadající za slunečný den na osluněnou plochu orientovanou k jihu v podmínkách ČR Graf 2 Celkové množství energie dopadající za průměrný den na plochu orientovanou k jihu v podmínkách ČR Graf 3 Krytí energie solárním systémem
Seznam tabulek Tab.1 Výkupní ceny a zelené bonusy pro výrobu elektřiny využitím slunečního záření [7]
Seznam zkratek OZE
- obnovitelné zdroje energie
EU
- Evropská Unie
ČR
- Česká Republika
ČEZ
- České energetické závody
FV
- fotovoltaika
TUV - teplá užitková voda
- 45 -
