Fotovoltaický ohřev vody je poměrně jednoduchý systém, který není spojený s distribuční sítí a slouží primárně k ohřevu teplé užitkové vody (TUV).
Celý systém je navržený tak, aby fotovoltaické panely dodávaly vyrobenou elektřinu přes regulátor do topné patrony, která v zásobníku přeměňuje elektrickou energii na teplo. Jedná se tak o efektivní způsob využití fotovoltaických panelů za předpokladu, že celý systém je navržený správně.
Správný výběr a instalace technologie je podstatou
Na první pohled je fotovoltaika pro ohřev vody skutečně nenáročný systém na instalaci, kde nemusíte dělat na budově žádné podstatné stavební úpravy a sestavu můžete v mnoha případech elektricky zapojit na stávající zásobník s topnou patronou. Prodávají se i hotové sety, které mají výběr a instalaci ještě zjednodušit. Často se ale stává, že nekvalitní instalace zdaleka nedosahují parametrů správně zvolených konfigurací, v horším případě jsou i nebezpečné při obsluze a provozu.
Fotovoltaické panely
Celkový výkon fotovoltaického pole by měl být vždy minimálně 2kWp s orientaci na JV-JZ a sklonem od 15°- 60°. Další zásadní veličinou je také napětí systému, které má dosahovat ideálně 100-110% jmenovitého napětí topné spirály zásobníku. Berme v úvahu, že pokud využíváme standartní topnou spirálu na 230V, při poklesu napětí pod tuto hodnotu nám také postupně klesá i výkon odebíraný spirálou.
Proto kromě výkonu je třeba u panelů vždy kontrolovat i Vmp (maximální napětí v zátěži), které například u šesti instalovaných panelů by mělo dosahovat hodnoty minimálně kolem 40V na jeden panel. Například při instalaci čtyř panelů je to už pak 60V na panel.
MPPT Regulátor
Regulátor je další velmi podstatnou součástí FV ohřevu vody. Jeho úkolem je zejména přizpůsobení zátěže k panelům dle osvitu. O to se stará takzvaný MPPT algoritmus, který hledá nejoptimálnější bod voltamperové charakteristiky panelů, vztažný k aktuálnímu zatížení a dopadajícímu světlu.
Doporučuji vybírat z regulátorů, které obsahují také MPPS algoritmus, což je dynamické prohledávání celé VA křivky panelů v časových periodách. Během nerovnoměrného osvitu FV pole (přechodná oblačnost, stíny, apod.) se levnější regulátory “zavěsí” na nesprávném bodě a nedodávají pak optimální výkon do topné spirály.
Kromě výkonové optimalizace zajištuje regulátor také bezpečné rozpínaní termostatu v případě ohřátí zásobníku na stanovenou teplotu. Dochází k tomu pomoci přeměny DC napětí na AC modifikovaný sinusový průběh, který při rozpojení nevytváří elektrický oblouk a můžete s ním ovládat i standartní integrované termostaty v zásobníku teplé vody. Existují na trhu i DC/DC regulátory, které pak obsahují externí čidlo a systém vypínají vnitřním polovodičovým obvodem.
Regulátory také obsahují doplňkové funkce jako AC vstup pro dohřev zásobníku z distribuční sítě, časovač, monitoring výroby, wifi apod.
Rozvaděč přepínání FVE/DS
Některé regulátory jsou kvalitní, nicméně vyžadují doplnění externího rozvaděče pro spínaní bivalentního zdroje. Děje se tak například za nízké úrovně osvitu, kdy fotovoltaika není schopna ohřát zásobník na požadovanou teplotu. V případě, že nemáte plynový kotel, tepelné čerpadlo, případně jiný zdroj, tento rozváděč automaticky hlídá teplotu zásobníku a v požadovaném čase ohřeje vodu na přednastavenou teplotu. Je důležité, aby systém byl plně automatický, obsahoval časovač a externí teplotní čidlo, které se připojí na zásobník teplé vody.
Ochrany
Nedílnou součástí každé fotovoltaické elektrárny jsou ochrany jak na DC části z panelů tak i na výstupu do spotřebiče.
Rozvaděč DC by měl vždy obsahovat pojistkový odpojovač a přepěťovou ochranu. Protože pojistkový odpojovač nelze vypínat pod zátěží, rozvaděč by měl obsahovat i DC odpínač. Častým problémem je také použití nevhodných přepěťových ochran, nedostatečné uzemnění a pospojení systému, včetně potrubí a zásobníku na vodu.
Výstup z regulátoru jistíme dle výkonu a průřezů vodičů. Vzhledem k nízkému zkratovému proudu panelů ale zajišťujeme vždy také ochranu pospojením, jelikož zkratová cívka běžného jističe není schopna na tak nízký proud reagovat. Pro zvýšení bezpečnosti je také doporučeno použití proudového chrániče, nutno zde použít typ B.
Základem pro bezpečnost je často podceňovaný aspekt uzemnění a zřízení MET (svorkovnice ochranného pospojení). To by mělo být napojené na uzemnění objektu a spojené také s uzemněním LPS (vnější ochrany před bleskem). Pokud jsou panely instalovány například na střeše objektu, je třeba dodržet bezpečnou přeskokovou vzdálenost (S) od veškerých součástí bleskosvodu.
Kabely a jejich uložení
Pro vedení DC napětí zásadně používáme kabely s označením H1Z2Z2-K v průřezech 4mm² a 6mm², uložené v kabelových žlabech nebo chráničkách, venkovní trasy pak v UV stabilních chráničkách. Pod panely by neměly být kabely volně uložené. Pozornost je také třeba věnovat konektorům. Ty by rovněž měly být chráněné před přímým sluncem a vodou. V případě hořlavých krytin (bitumeny, šindele) je vhodné konektory chránit nehořlavou podložkou.
V případě AC výstupu z regulátoru již můžeme použít například kabel CYKY-J, H05VV-F nebo H07RN o požadovaném počtu a průřezu vodičů.
Zásobník TUV
Při výběru bojleru je třeba věnovat pozornost jeho objemu a také kvalitativnímu zpracování.
Optimální objem vody by měl dosahovat od 50l na osobu, to znamená, že nejčastěji používané zásobníky jsou od 120 do 250l. V případě realizace s dotací je také třeba počítat s podmínkou minimálně 45l/1kWp výkonu z panelů.
Větší zásobníky pak volíme jen v případě, že instalujeme například dvě topné jednotky, čímž udržujeme horní část bojleru stále ohřátou, zatímco spodní část využíváme pouze pro ukládání přebytků z fotovoltaiky. Podobně volíme větší zásobník i v případě tepelného čerpadla v kombinaci s fotovoltaickým ohřevem.
Pozor na předimenzované zásobníky, které pak kvůli úspoře udržujete trvale na nízké teplotě pod 50°C a kde poté hrozí množení bakterií Legionelly. Proto je doporučeno udržovat zásobník s teplotou nad 55°C, případně pravidelně provádět sterilizaci teplotou kolem 70°C. Na výstupu teplé vody ze zásobníku by měl být osazený termostatický směšovací ventil jako ochrana proti opaření.
Samotný zásobník by také měl obsahovat kvalitní vnitřní ochranu smaltem, případně být vyroben z nerezové oceli. Rovněž je důležitá jeho izolace pro nízké tepelné ztráty, kde v případě PUR pěny je to minimálně 40mm tloušťky.
Administrativa a revize
Každá instalace fotovoltaického ohřevu vody může být uvedena do trvalého provozu až po vydání kladné revizní zprávy. Ta je důležitá zejména pro nezávislou kontrolu bezpečnosti celého systému a také jako dokument pro pojišťovnu v případě krytí pojistných událostí.
Součástí dokumentů by také měla být technická zpráva, kde je podrobný popis parametrů, montáže a užívání systému.
Osoby, respektive firma provádějící instalaci pak samozřejmě musí vlastnit osvědčení o odborné způsobilosti v elektrotechnice a také pro montáž fotovoltaických systému. Kromě toho by měli být držiteli oprávnění TIČR.
V případě dotací se kromě výše uvedených zpráv provádí výpočet energetických úspor a fotodokumentace. Všechny tyto dokumenty by však měla zajistit realizační firma. Pokud máte nárok na čerpání podpory z programu NZÚ Light, můžete se obrátit přímo na specialisty z místní akční skupiny (MAS), kteří Vám dotaci zařídí. Vy pak máte jeden rok času na výběr realizační firmy a čerpání této podpory. Seznam certifikovaných poradců pak najdete v tomto odkazu nebo se můžete obrátit přímo na nás.