FOTOVOLTAICKÝ OHŘEV VODY

Tomáš Kostka

 

Fotovoltaický ohřev vody

Přímé využití vyrobené elektrické energie z fotovoltaických panelů na ohřev vody má mnohé výhody, ale ve srovnání se solárním termickým systémem (dále jen fototermický systém) i mnohé nevýhody. Hned v úvodu je nutné říci, že bude záležet na tom, zda fotovoltaický systém bude vybaven tzv. MPPT či nikoliv.

 

fotovoltaický systém - využívá k ohřevu vody elektrickou energii, která je vyrobena fotovoltaickými panely. K přenosu tepla do vody se používá keramické topné těleso umístěné v ohřívači vody.

fototermický systém - využívá k ohřevu vody tepelnou energii, která je vyrobena fototermickými kolektory. K přenosu tepla do vody se využívá teplonosné médium, které odvádí teplo z kolektorů a předává ho ve výměníku vodě.

MPPT - sledovač maximálního výkonu; Maximum Power Point Tracker; zařízení, které zvyšuje výnos energie tím, že zajišťuje, aby fotovoltaický panel pracoval stále v blízkosti bodu maximálního výkonu.

 

Ohřev vody z fotovoltaických panelů je ekologický, spolehlivý a poměrně jednoduchý. Provoz je téměř bezúdržbový a provozní náklady jsou nulové, finanční návratnost je relativně rychlá a vodu lze ohřívat i při velkých mrazech. Vyrobenou elektřinu v plném rozsahu spotřebováváme přímo na místě výroby. Nejsou potřeba žádná povolení na připojení a nemusí se nakupovat další přídavná zařízení (akumulátory, střídače). Nejsme omezeni ani vzdáleností panelů od ohřívače (u fototermického systému má rostoucí vzdálenost mnohem větší vliv na pořizovací náklady).  Na rozdíl od fototermického systému má však fotovoltaický ohřev vody menší účinnost, kterou musíme kompenzovat větší plochou panelů (přibližně 3× větší plocha).

Ohřívače vody pro fotovoltaický systém mohou pracovat na principu dvou samostatných elektrických okruhů. Jedna topná spirála je zapojená na elektrickou energii ze sítě (AC 230 V), druhá je napojena na elektrickou energii z fotovoltaických panelů (DC). Ohřívač vody má dva samostatné termostaty, oba okruhy pracují současně nebo samostatně. Jsou 3 základní režimy ohřevu – ohřev vody AC+DC proudem, jen AC proudem, jen DC proudem. Připojení na zdroj elektrické energie ze sítě garantuje ohřev vody během dlouhodobého nepříznivého počasí. Pomocí jednoho termostatu se například nastaví požadovaná teplota vody (např. 45 °C). Při dosáhnutí přednastavené teploty se automaticky vypíná přívod elektrické energie ze sítě a voda v ohřívači se dále ohřívá ekologicky čistou elektrickou energií z fotovoltaických panelů (ohřev až na max. teplotu 75 °C). Systém lze samozřejmě provozovat i jinak.

ilustrační obrázek | autor obrázku: Tomáš Kostka

Pro získání maximálního energetického zisku z fotovoltaických panelů je vhodné použít elektronické zařízení na principu MPPT určené na výkonové přizpůsobení fotovoltaických panelů ke konstantní odporové zátěži DC topného tělesa. Systém lze provozovat i bez MPPT, ale roční výnos systému bude až o 40 % menší než s MPPT 1). Regulátor s MPPT však výrazně prodraží počáteční investici. Systém bez MPPT lze optimalizovat řízením odporu zátěže (sérioparalelní řazení), přesto bude roční výnos systému až o 20 % menší než u systému s MPPT.

Pořizovací cena fototermického systému a fotovoltaického systému s MPPT se shodnými výstupními parametry (litry, °C) je v současné době přibližně stejná 2) 3).

Z ilustračního obrázku nejsou patrné jistící prvky. AC strana bude jištěna standardně jističem a AC proudovým chráničem. Tedy bude zajištěna ochrana proti zkratu a unikajícímu proudu. DC strana musí být vybavena přepěťovou ochranou. Dále by byl vhodný pojistkový odpojovač, aby bylo možné panely odpojit od ohřívače. Do 120 V DC (1–4 panely) se jedná o ochranu bezpečným napětím, nad 120 V nelze s touto ochranou počítat. Zkratový proud na DC vedení bude jen o něco málo větší než proud jmenovitý, takže zkrat nepředstavuje hlavní riziko. Protože tyto systémy obvykle nejsou vybaveny proudovým chráničem typu B, není zajištěna ochrana před unikajícím DC proudem (např. topné těleso – voda – kostra ohřívače).

 

zpět na hlavní stranu