Seriál Instalace solárních kolektorů - 2. díl: Stínění

22. 1. 2020

V bytových domech, kde kolektorové pole tvoří rozměrově výrazné plochy, se solární kolektor stává výrazným architektonickým prvkem.

Vliv velké plochy kolektoru na vzhled domu klade požadavky na jeho zakomponování do architektonického rámce. V minulosti byly solární kolektory často považovány za samostatné prvky umisťované na budovy bez vazby na architektonické řešení budovy, bez vztahu k proporcím střechy nebo fasády. Disharmonie s architektonickou koncepcí střechy nebo fasády je nejčastějším důvodem architektů, proč zamítnout instalaci solárních kolektorů do novostaveb.

Ačkoli se v minulosti zamýšlelo především solární kolektor schovat, udělat ho neviditelným a nerozpoznatelným od ostatních části budovy, v současné době již architekti začínají používat solární prvky ke zvýšení estetické přitažlivosti budovy různými kombinacemi tvarů či kontrastem. Architekti začínají mluvit "řečí" solárních kolektorů. Stále však mezi inženýrem (solární technika) a architektem zeje propast, kterou je nutné překlenout směrem ke vskutku "solární architektuře". Jedním z důvodů je skutečnost, že návrh budovy architektem často probíhá odděleně od projektování prvků solární techniky.

Orientace solárních kolektorů

Sluneční energie, která dopadne za určitý časový úsek na plochu solárního kolektoru, je závislá na sklonu a azimutu plochy, tzn. její obecné orientaci. Z hlediska maximalizace celoročního příjmu slunečního záření je za optimální možné považovat sklon plochy 45° a azimut 0 (jih).

Vliv sklonu a orientace plochy na teoretickou a skutečnou denní dávku slunečního ozáření

Na obrázku vlevo je znázorněn průběh dávky slunečního ozáření za jasného dne během roku pro různé sklony jižně orientované plochy. Z grafu je patrné, že v případě záměru výrazně využívat sluneční záření v zimním období například pro účely přitápění, mohou vyšší úhly sklonu kolektorů (75 až 90) výhodně podpořit zimní zisky a na druhé straně automaticky eliminovat připadné letní přebytky.

Graf na obrázku vpravo ukazuje celkové roční úhrny využívatelné sluneční energie pro obecnou orientaci (sklon, azimut) solárních kolektorů. Roční dopad sluneční energie na optimálně orientované plochy se v České republice pohybuje od 1000 do 1200 kWh/(m2.rok) v závislosti na lokalitě a konkrétním roce. Zatímco pro azimut kolektorové plochy v odklonu od jižního směru do 45° lze předpokládat přibližně podobné dávky sluneční energie, pro kolektory nasměrované na východ či západ jde o pokles o 20 až 25 %, který má za následek obdobný pokles tepelných zisků celé soustavy.

Je nutné zde připomenout, že při nevhodné orientaci nemůže ani sebelepší solární kolektor vykázat vysoký zisk a čistě východní nebo západní orientaci solárních kolektorů je vhodné se z ekonomických důvodů vyhnout.

Stínění vnějšími překážkami

Solární kolektory umisťované na bytové domy v prostředí husté městské zástavby se mohou potýkat s problémy se zajištěním dostatečného přístupu slunečního záření vlivem stávajícího stínění okolními objekty či potenciálního stínění objekty postavenými v budoucnosti. Omezení sluneční energie dopadající na kolektory stálým stíněním (sousední budovy) nebo proměnlivým stíněním (vzrostlá zeleň, stromy) kriticky ovlivňuje energetickou bilanci celé solární soustavy.

Problematika možného stínění by měla být brána v úvahu již v rané fázi projektů a koordinována s urbanistickým plánováním okolí instalace, aby byl garantován přístup slunečního záření na kolektory prostřednictvím vztahů mezi vzdálenosti jednotlivých objektů a jejich výškou, orientací a překážek tvořících stíny (umělé, přirozené). Vyloučeny by měly být případy, kdy solární instalace nemůže být realizována vzhledem k nevhodnému urbanistickému plánu, či dokonce případy, kdy již realizovaná instalace je znehodnocena následným stavebním rozvojem lokality (právo na slunce).

Omezení příjmu slunečního záření stíněním vnějšími překážkami

Narozdíl od umisťování solárních kolektorů na střechách, které se zpravidla nesetkává s problémy stínění, jsou fasády na stínění okolními překážkami výrazně citlivější a zvláště ve městech je nutné jim věnovat vyšší pozornost při návrhu. V případech, kde potenciálně hrozí významnější snížení dopadající sluneční energie vlivem stínění, je nezbytné provést studii stínění zvláště v zimním a přechodovém období a určit, nakolik může stínění negativně ovlivnit výkonnost solární soustavy. Pro předběžný odhad lze bez dalších zkoumání tolerovat překážky nacházející se v oblasti s azimutovým úhlem nad 45° a pod výškou slunce v zimním období.