ekoblog.cz technologie a životní prostředí

Foto: Zdeněk Kučera, časopis Alternativní energie.Ostrov ve smyslu energetickém, tedy že objekt není připojen k žádné síti elektrifikační či plynárenské soustavy, může představovat problém. V tomto článku vám ukážeme rodinný dům, jehož majitelé museli řešit energetiku jako stoprocentně samostatný systém. Dům je o samotě ve Středočeském kraji, široko daleko není rozvod plynu a k elektrické soustavě je vzdálenost téměř 1,3 kilometru.

Řešení se nabízelo dvojí. Buď si zaplatit natažení elektrických vodičů k nejbližší síti, což by znamenalo investici zhruba před 5 lety (dnes asi zase o něco více) kolem 1 a půl milionu korun, nebo vybudovat vlastní zdroje pro výrobu elektřiny a tepla, což pro další léta nabízí absolutní energetickou nezávislost, která se pochopitelně může započítávat do plánované návratnosti celé investice.

Dům byl postaven v roce 1929 jako obytný dům vedle parní pily, kde se až do sedmdesátých let zpracovávalo dřevo z okolních lesů. U pily je náhon, který je napájen z blízkého potoka, ale změnou zásahů do půdy, přeměny lesních porostů v louky se změnil i průtok vody, která by dnes nestačila na pohánění malé vodní elektrárny.

Tak zbývá využití biomasy - dřeva, kterého je v okolí stále dost, anebo sluneční energie. Dům je postaven z běžných dostupných materiálů z 20. let, tedy žádné energetické stavební materiály, žádné výrazné zateplení celého objektu. Předchozí majitel udělal nové podlahy, současná majitelka investovala zatím jen do izolačních materiálů (minerální vlna Rockwool) ve střeše. Objekt má původní okna i dveře, takže investice do zateplení budovy novými komponenty příjde na řadu až později.

Zbývá slunce
Řešení s odbornou firmou Alterm bylo nasnadě. Vybudovat systém, který by díky sluneční energii zajišťoval v domě teplo, teplou vodu a elektrickou energii.

Prvním základem pro teplo je kotel na dřevo Verner s teplovodní vložkou s výkonem 16 kW. Kotel se využívá občas na jaře a na podzim, ale hlavně v zimě, kdy slunce nepodává dostatečný výkon k vytápění domu a ohřevu teplé užitkové vody pro potřeby uživatelů. Náklady na tuto výrobu tepla jsou nulové, nebo téměř nulové, protože se používá dřevo z vlastních zdrojů.

K vaření je v domě používán sporák na propan-butan, jehož třicetikilová bomba obyvatelům vystačí v průměru na 9 – 10 měsíců.

Záloha – benzínový agregát
Další technologií je benzínový generátor, využívaný především během zimy (obvykle od poloviny října do poloviny února), který dobíjí akumulátory. Jeho provoz je v zimním neslunečném dni asi 2 hodiny denně se spotřebou cca 2 litry benzínu. Za tu dobu dostatečně nabije řadu akumulátorů, které jsou jedním ze základních dodavatelů elektřiny. Jedná se o malou jednofázovou elektrocentrálu s výstupním napětím 230 V a výkonem 2kW. Jeden kW je určen na domácí spotřebu, druhý na dobíjení akumulátorů.

Elektřina z fotovoltaického systému
Tak a teď už jsme u systému, který ze slunce dodává domu potřebnou elektrickou energii. Na střeše jsou čtyři fotovoltaické panely, každý o výkonu 100 wattů, tedy celkově 400 wattů, které vyrábí elektřinu, ta je následně ukládána do osmi akumulátorů a transformována na běžných 230 voltů. Jedná se v podstatě o ostrovní systém malé fotovoltaické elektrárny.

Na tento zdroj jsou napojeny běžné domácí spotřebiče – televize, chladnička, světla, topení, vodárna, vodní čerpadla, která jsou součástí teplovodního systému. V domácnosti se používá notebook místo PC, který má také výrazně nižší spotřebu, satelitní přijímač a pochopitelně všude jsou úsporné žárovky.

Elektrickou energii z fotovoltaických panelů (až 16 ampér při napětí 24 voltů) nejprve zpracovává nabíjecí regulátor, který se stará o efektivní nabíjení osmi akumulátorů. Síťový měnič (střídač) o výkonu 1000 W (krátkodobě 2000W) převede elektrický proud z akumulátorů na běžně používané střídavé napětí 230 voltů / 50Hz.

Regulaci, řízení a celý chod systému zajišťuje programovatelný logický automat Simatic (PLC), který je od projektanta nastaven na přesné parametry výroby i spotřeby elektřiny. Tento systém řídí ohřev teplé vody, vytápění domu a získává údaje o aktuální výrobě i spotřebě elektřiny. Na základě těchto údajů řídí některé spotřebiče tak, aby minimalizoval spotřebu energie a omezoval špičky, které značně snižují výdrž akumulátorů (největší spotřebu má čerpadlo vodárny a kombinovaná chladnička). Naopak při dostatku nebo dokonce přebytku elektrické energie spustí např. vodárnu a zajistí větší zásobu vody.
Systém využívá čtyř kusů monokrystalických fotovoltaických panelů s výkonem 100W.

Akumulátory s kapacitou 1100 Ah jsou tedy primárně dobíjeny ze slunce, nebo při zimním nedostatku slunečního svitu z benzínového agregátu. Jejich hlavní vlastností je, že jejich činnost je pozvolná a dlouhodobá, pracují v odlišném režimu, než který známe např. u autobaterií, které mají od počátku velký výkon, ale rychle ztrácejí sílu. Podle výrobce by měly být spolehlivě funkční po dobu 10-12 let. Smyslem využití akumulátorů je zajistit domácnosti stabilní dodávku elektrické energie, bez kolísání, kterému nejde zamezit při přímém odběru z fotovoltaických systémů

Nabízí se nový způsob života. Majitelka se dívá jen na televizní program, který ji zajímá a osvobodila se od bezděčného zírání do obrazovky, jak tomu podlehla drtivá část společnosti. V domácnosti se nepoužívají ani takové spotřebiče jako je fén, rychlovarná konvice a další.

Kapacita fotovoltaiky je díky promyšlenému řídicímu systému zatím dostatečná, ale vzhledem k dalšímu zvýšení komfortu a potřebě připojení druhého domu (nově opravená parní pila) majitelka i autor projektu uvažují v budoucnu ještě o rozšíření plochy.

Teplo a teplá voda
Jak jsme se zmínili, část roku zajišťuje teplo a výrobu teplé užitkové vody kotel na dřevo. Ale hlavním zdrojem je opět slunce, které prostřednictvím slunečních kolektorů tuto službu poskytuje po značnou část roku. Kolektorů je nyní šest s aktivní plochou 10,6 m2. Šířka kolektoru je 1m, výška 2m, maximální tepelný výkon cca 1100W. Orientace střechy je směrem na mírný jihozápad. Tento směr od takzvaného ideálního jihu upřednostňuje i autor projektu. Tvrdí, že ranní slunce bývá často zakryto dopolední oblačností či mlhou, další hodiny slunečního svitu bývají stabilnější.

Vyrobené teplo opět přebírá řídicí systém Simatic, který podle aktuálních potřeb tepla v domě rozhoduje, kde bude teplo využito nebo uskladněno. Využito může být rovnou pro vytápění domu (obvykle v zimě) nebo může být uskladněno v systému zásobníků teplé vody. Systém má tři zásobníky vody. Z kolektorů je ohřívána teplá voda v prvním zásobníku (300 litrů, teplá voda), při určité dosažené teplotě vody elektronika začne ohřívat druhý zásobník (500 litrů, topná voda). Třetí zásobník (240 litrů, pohotovostní zásoba teplé vody) je ohříván všemi dostupnými zdroji tepla trvale na cca 45oC, v případě dostatku nebo přebytku tepelné energie rozhodne elektronika o jeho ohřátí až na 85oC. Rozhodující je také to, zda je aktuálně voda používána jen na vytápění nebo jako teplá užitková voda. Pokud by byl odběr TUV větší, svou funkci zapojí třetí zásobník.

Zisky v zimě na 50. rovnoběžce
Na návštěvě a prohlídce energetického systému jsme byli počátkem března. Venku nebylo více než 5 stupňů, obloha byla zatažená, jen tu a tam se dalo tušit, kde je slunce. Při tomto difusním světle zisk z termických kolektorů na displeji řídící jednotky ukazoval teplotu na kolektoru 480C a během 10 minut stoupla teplota v prvním boileru o tři stupně z 18 na 21 stupňů. Tu 50. rovnoběžku v titulku zdůrazňuji pro ty čtenáře, kteří jsou stále přesvědčení, že solární systémy jsou dobré tak na ohřev vody v létě v bazénu.

Na závěr trochu ekonomiky
Po šesti letech provozu solární a fotovoltaický systém podle slov uživatelů pracuje bezobslužně a spolehlivě v jakémkoli ročním období.

Autor projektu se netají s tím, že tento systém je také tak trochu prezentačním dílem firmy, protože takových kompletních nezávislých energetických řešení je v Česku zatím velmi málo.

Zda je systém předimenzovaný nebo naopak ukazují postupně jednotlivá roční období.
Náklady na provoz domu jsou podle majitelky kolem 15 tisíc korun ročně. Nezná však účty za plyn, za elektřinu, za vodu, nezajímají ji zprávy o světových cenách energetických surovin. Jen ten benzín do auta a trochu do agregátu.

Rozpočet na pořízení takového systému není malý. Podle velmi stručného propočtu přijde technologie na výrobu elektřiny na 200 tisíc Kč, topení a teplá voda na 300 tisíc. Značnou část ceny na sebe bere pochopitelně řídící jednotka, to je srdce a mozek systému, který v dnešní době určuje smysl starého přísloví Můj dům – můj hrad. Systém pracuje v podstatě bezobslužně, uživatel si průběžně však může nastavovat jiné energetické hodnoty.
Pokud srovnáme náklady popisovaného systému s podobnými systémy nižší generace, o nichž pravidelně píšeme v Alternativní energii, tak jen namátkově.

Kombinovaný systém: kotel + solární termický systém + další potřebné komponenty se může pohybovat v cenách kolem 180 – 250 tisíc Kč. A k tomu nutno připočíst ceny za palivo pro kotel (dřevo, peletky, plyn a podobně).

Tepelné čerpadlo: i když jejich ceny jdou mírně dolů a jejich účinnosti rostou, opět jsme u 250 tisíc. A opět + cena za elektrickou energii.

Takže, vyplatí se investovat do systému a být nezávislý? Ten pocit je jistě k nezaplacení.

Autorem textu i úvodního fota je Zdeněk Kučera. Tento článek včetně dalších fotek vyšel v parnterském časopise č. 2/2009.