PRO AKUMULACI SOLÁRNÍ ENERGIE René Čechmánek, Pavel Leber OBKLADOVÉ PRVKY PRO AKUMULACI SOLÁRNÍ ENERGIE René Čechmánek, Pavel Leber Výzkumný ústav stavebních hmot, a.s. Hněvkovského 30/65, 617 00 Brno Ludvík Lederer DAKO Brno, spol. s r.o. Špitálka 70/16, 602 00 Brno

Sklovláknobeton (SVB) jemnozrnná matrice na bázi vysokohodnotného cementu vyztužení alkalivzdornými skleněnými vlákny tenkostěnný profil tloušťky cca 10 - 15 mm

Výhody použití SVB malá hmotnost a snadná manipulace minimalizace nákladů na výrobu, dopravu a montáž tvarová a rozměrová variabilita pevnost v tahu za ohybu a v rázu odolnost proti povětrnosti, mrazu a ohni

Příklady použití sklovláknobetonu obkladové dílce balkónové výplně různě tvarované fasádní architektonické prvky architektonické květináče, lavičky a vodotrysky žlaby pro uložení vysokonapěťových kabelů protihlukové stěny

Porovnání technologií výroby SVB Výsledné vlastnosti SVB jsou zejména pevnost v tahu za ohybu, pevnost v rázu,objemová hmotnost,nasákavost,mrazuvzdornost. Vlastnost technologie stříkání s 5 % vláken technology lití s 3 % vláken pevnost v tahu za ohybu (MPa) 11 mez úměrnosti za ohybu (MPa) 7 8 modul pružnosti za ohybu (GPa) 15 pevnost v rázu (kJ/m2) 5 objemová hmotnost (kg/m3) 1950 2050 nasákavost (%) 10 délkové vlhkostní změny (mm/m) 1,5 mrazuvzdornost po 50 cyklech (%) 80 100 požární odolnost A1

Porovnání solárních systémů Běžný sluneční kolektor je tvořen systémem trubic, které slouží k přeměně solární na tepelnou energii. Sklo kolektorů neumožňuje odvod tepla prouděním do ovzduší, teplo se tedy absorbuje zpět do trubek. V trubkách cirkuluje teplonosná kapalina, která se zahřívá a předává teplo do výměníku, ve kterém se teplá voda uchovává pro další využití. Běžně dostupné solární kolektory jsou výsledkem pokročilého vývoje, jejich nevýhodou jsou však stále vysoké pořizovací náklady a náchylnost k poškození při dopravě a montáži.

Porovnání solárních systémů Nejběžnější konstrukce fotovoltaického panelu je následující: přední strana je opatřena sklem odolným proti nárazu systém fotovoltaických článků mezi 2 vrstvami EVA fólie zadní stěnu tvoří laminátová kompozice tedlar-PET-tedlar Vzduch mezi těmito vrstvami se vyčerpá a panel se zahřeje nad teplotu tání EVA fólie, která se rozteče a zalije fotovoltaické články mezi předním sklem a zadní stěnou. Panely se rámují a zatmelují do hliníkových profilů. Životnost kvalitních panelů na bázi krystalických polovodičů bývá až 30 let.

Problematika solárně aktivních povrchů Představa budoucího výrobce DAKO Brno, spol. s r.o. je vyrobit dílec standardním způsobem a na jeho povrch osadit soustavu fotovoltaických článků s odpovídající povrchovou ochranou. Tradiční překrytí sklem v tomto případě nahradí zalití transparentní vrstvou silikonu.

Problematika solárně aktivních povrchů Proběhlo srovnání 3 variantních řešení solárně aktivních SVB dílců modulového rozměru 1200 x 600 mm: sklovláknobetonový dílec s topnými trubicemi umístěnými v ploše desky exponované slunečnímu záření a na odvrácené straně izolovaný proti úniku tepla kompaktní deskou z tvrzeného polystyrenu sklovláknobetonový dílec bez topných trubic, jehož pohledová plocha je osazena soustavou fotovoltaických článků sklovláknobetonový dílec s topnými trubicemi umístěnými v ploše desky exponované slunečnímu záření, jehož pohledová plocha je osazena soustavou fotovoltaických článků

Sledování vlastností solárních prvků v laboratoři Byla navržena experimentální jednotka pro měření v interiéru z důvodu cíleného měření pouze jedné proměnné. Sluneční svit je simulován trvalým zdrojem tepla a ostatní parametry lze udržovat jako konstantní. Jako zdroj záření jsou použity infračervené žárovky o výkonu 150 W ze vzdálenosti 0,5 m při napájecím napětí 180 V. Spolu s měřením vlivu různé intenzity slunečního záření je možno také proměřit vliv deště, větru, difúzního světla a dalších přírodních veličin, a to efektivněji než v exteriéru.

Sledování vlastností solárních prvků v laboratoři

Sledování vlastností solárních prvků v laboratoři Byly vyrobeny desky o rozměrech 1000 x 500 x 20 mm s teplovodními měděnými trubicemi pro porovnání účinnosti na experimentální interiérové simulační jednotce.

Sledování vlastností solárních prvků v exteriéru Byl vyroben fasádní dílec včetně zapojení do systému. Topná trubice Ø 8 mm umístěná co nejblíže povrchu slouží k rozvodu média, které je odváděno do tepelného výměníku, kde svou energii předává.

Sledování vlastností solárních prvků v exteriéru Proběhlo sledování provozu a měření vyrobené tepelné energie zkušebním solárně aktivním panelem v reálných rozměrech 2460 x 1160 mm, který byl pomocí měděných trubic napojen na vodní okruh ukončený zásobníkem teplé vody. Byly sledovány následující parametry: intenzita dopadající sluneční radiace na plochu ve W/m2 teplota exteriéru teplota povrchu panelu teplota přívodního a vratného teplonosného média teplota teplé vody v zásobníkovém ohřívači množství vyrobené tepelné energie

Sledování vlastností solárních prvků v exteriéru Byly připraveny 4 kusy SVB střešních dílců reálných rozměrů opatřených ozubem, které byly sledovány z hlediska vodonepropustnosti dílce i funkce tmelu zatěsňujícího vodorovné a svislé spáry v reálných klimatických podmínkách.

Sledování vlastností solárních prvků v exteriéru Ve spolupráci s renomovanou firmou z oblasti solárních panelů připravena série reálných modelů SVB dílců o rozměrech 1200 x 600 mm a vyhodnocena účinnost fotovoltaického povrchu při laboratorních i reálných podmínkách ve srovnání s komerčním fotovoltaickým panelem. Další vzorky byly podrobeny urychleným zkouškám trvanlivosti a soudržnosti celého kompozitu v simulovaných klimatických podmínkách, zahrnujících skrápění deštěm, sluneční záření, UV záření a zmrazování. Vytipovaná silikonová hmota při předběžných testech vyhověla expozici odpovídající 30 rokům na povětrnosti, což je i deklarovaná životnost komerčních panelů.

Sledování vlastností solárních prvků v exteriéru Na 6 vzorcích osazených fotovoltaickými články z monokrystalického křemíku 125 x 125 mm, vzájemně propojených do jednoho sériového řetězce ve 4 řadách po 9 článcích byly provedeny zkoušky: měření volt-ampérových charakteristik měření metodou elektroluminiscence sledování pomocí termovize analýza vlastností solárních panelů za přirozených klimatických podmínek zkouška solárních panelů v klimatické komoře – urychlené stárnutí

Sledování vlastností solárních prvků v exteriéru Účinnost navržených panelů ve všech případech dosahovala hodnot přes 11 %. Odolnost panelů byla testována v podmínkách, které odpovídají jejich venkovnímu použití za přirozených klimatických vlivů, přičemž snížení účinnosti bylo menší než 1 %. Lze tedy konstatovat, že SVB fotovoltaické panely se mohou svými vlastnostmi vyrovnat standardním fotovoltaickým panelům.

Technické řešení SVB solárních prvků Nosný sklovláknobetonový dílec je vytvořen z jemnozrnné cementopískové matrice, doplněné o další chemické, zvláště plastifikační přísady. Základní matrice je vyztužena rozptýlenými skleněnými, případně jinými vlákny na bázi polymerů. Poměr pojiva, plniva a vláknové výztuže se řídí požadovanými fyzikálně-mechanickými vlastnostmi dílců, zejména pevností v tahu za ohybu. Skladba směsi zaručuje stabilitu fyzikálně-mechanických vlastností sklovláknobetonových dílců 30 let v klimatických podmínkách ČR.

Technické řešení SVB solárních prvků Svým charakterem se solární dílce nevymykají obvyklému sortimentu fasádních dílců firmy DAKO Brno spol. s r.o. jen s tím rozdílem, že je v nich zabudována měděná trubka. Při návrzích solárních panelů se vycházelo z obecně platných předpisů pro navrhování SVB dílců pro odvětrávané fasády s omezujícím rozměrem 1,20 x 2,50 m. Specificky musely být řešeny solární střešní dílce se základním modulovým rozměrem, který je zároveň limitní z hlediska technologie výroby a montáže 1,80 x 1,20 m. Výjimku budou tvořit atypické dílce sloužící k doplnění skladby, které nebudou mít zabudovaný nosič teplonosného média.

Technické řešení SVB solárních prvků Fasádní dílce DAKOBET S – dílec se zabudovanou měděnou trubkou sloužící k přeměně sluneční energie na tepelnou DAKOBET FV – dílec s fotovoltaickou vrstvou na líci DAKOBET FVT – dílec s osazenou fotovoltaickou vrstvou na líci panelu a se zabudovanou měděnou trubkou, která v tomto případě slouží k ochlazování fotovoltaických článků Střešní dílce DAKOBET S – dílec se zabudovanou měděnou trubkou DAKOBET FV – fotovoltaický panel bez měděné trubky

Závěr Sklovláknobetonový kompozit byl použit jako nosič pro účinné fotovoltaické články, ať už pro použití jako fasádní nebo střešní dílec. Oproti solárním panelům se zabudovanými topnými trubicemi jsou dílce opatřené fotovoltaickými články výrobně jednodušší a dochází k menšímu zatížení podkonstrukce, zvláště v případě jejich použití jako střešních panelů. Myšlenka využití měděných trubic by však v tomto případě zůstala zachována pouze pro odvod tepla z povrchu fotovoltaických článků, u kterých by tím nedocházelo k nadměrnému zahřívání a snížení jejich výkonu.

Děkuji Vám za pozornost! Poděkování Tento příspěvek byl zpracován na základě výsledků řešení projektu podporovaného MPO ČR 2A-3TP1/118 Plošné solárně aktivní stavebně konstrukční prvky s využitím odpadních materiálů. Děkuji Vám za pozornost!