OBKLADOVÉ PRVKY OBKLADOVÉ PRVKY PRO AKUMULACI SOLÁRNÍ ENERGIEPRO AKUMULACI SOLÁRNÍ ENERGIE

René Čechmánek, Pavel LeberVýzkumný ústav stavebních hmot, a.s.

Hněvkovského 30/65, 617 00 BrnoLudvík Lederer

DAKO Brno, spol. s r.o.Špitálka 70/16, 602 00 Brno

SklovláknobetonSklovláknobeton ( (SVB)SVB) • jemnozrnná matrice na bázi vysokohodnotného cementu

• vyztužení alkalivzdornými skleněnými vlákny

• tenkostěnný profil tloušťky cca 10 - 15 mm

Výhody použití SVBVýhody 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 sklovláknobetonuPříklady 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 SVBPorovnání technologií výroby SVB

Vlastnosttechnologie stříkání

s 5 % vlákentechnology litís 3 % vláken

pevnost v tahu za ohybu (MPa) 11 11

mez úměrnosti za ohybu (MPa) 7 8

modul pružnosti za ohybu (GPa) 15 15

pevnost v rázu (kJ/m2) 5 5

objemová hmotnost (kg/m3) 1950 2050

nasákavost (%) 15 10

délkové vlhkostní změny (mm/m) 1,5 1,5

mrazuvzdornost po 50 cyklech (%) 80 100

požární odolnost A1

Výsledné vlastnosti SVB jsou zejména pevnost v tahu za ohybu, pevnost v rázu,objemová hmotnost,nasákavost,mrazuvzdornost.

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 systémůPorovnání solárních systémů

Nejběžnější konstrukce fotovoltaického panelu je následující:přední strana je opatřena sklem odolným proti nárazusystém fotovoltaických článků mezi 2 vrstvami EVA fóliezadní 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.

Porovnání solárních systémůPorovnání solárních systémů

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 povrchůProblematika 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 polystyrenusklovláknobetonový dílec bez topných trubic, jehož pohledová plocha je osazena soustavou fotovoltaických článkůsklovláknobetonový dílec s topnými trubicemi umístěnými v ploše desky exponované slunečnímu záření, jehož pohledová plocha je osazena soustavou fotovoltaických článků

Problematika solárně aktivních povrchůProblematika solárně aktivních povrchů

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 laboratořiSledování vlastností solárních prvků v laboratoři

Sledování vlastností solárních prvků v laboratořiSledování 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 laboratořiSledování vlastností solárních prvků v laboratoři

0

5

10

15

20

25

30

0 60 120 180 240 300

teplota (°C)

čas (min)

Teplota vody ve výměníku

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 exteriéruSledování 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 paneluteplota přívodního a vratného teplonosného médiateplota teplé vody v zásobníkovém ohřívačimnožství vyrobené tepelné energie

Sledování vlastností solárních prvků v exteriéruSledování 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 exteriéruSledování 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 exteriéruSledování 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 charakteristikměření metodou elektroluminiscencesledování pomocí termovizeanalýza vlastností solárních panelů za přirozených klimatických podmínekzkouška solárních panelů v klimatické komoře – urychlené stárnutí

Sledování vlastností solárních prvků v exteriéruSledování 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.

Sledování vlastností solárních prvků v exteriéruSledování vlastností solárních prvků v exteriéru

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 prvkůTechnické 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 prvkůTechnické 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– DAKOBET FVT – dílec s osazenou fotovoltaickou vrstvou

na líci panelu a se zabudovanou měděnou trubkou, která v tomto případě slouží k ochlazování fotovoltaických článků

Technické řešení SVB solárních prvkůTechnické řešení SVB solárních prvků

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.

ZávěrZávěr

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.

PoděkováníPoděkování

Děkuji Vám za pozornost!Děkuji Vám za pozornost!