Kolektory słoneczne

Zalety kolektorów słonecznych:

Wysoka efektywność – W polskich warunkach klimatycznych roczny zysk energetyczny z 1m² kolektora wynosi ponad 525 kWh. Woda może być ogrzewana energią słoneczną przez 240 dni w roku.

Długa żywotność – Materiały stosowane do produkcji są odporne na korozję. Absorber wykonany z miedzi jest niklowany i jednostronnie pokryty wysoko selektywną warstwą pochłaniającą promieniowanie słoneczne. Takie wykonanie kolektora zapewnia najwyższą jakość i trwałość minimum 25 lat.

Zastosowanie:

Ogrzewanie wody – Do ogrzewania wody użytkowej w domach mieszkalnych, hotelach, domkach kempingowych, w obiektach sportowych i rekreacyjnych, szkołach; wody technologicznej w małych zakładach przetwórstwa owocowo-warzywnego, mleczarniach, zakładach mięsnych.

Ogrzewanie budynków – Przy odpowiednim doborze parametrów instalacji słonecznej możliwe jest ogrzewanie pomieszczeń w okresach przejściowych (wiosna – jesień).

Ogrzewanie wody w basenach kąpielowych – W przypadku basenów otwartych podgrzewanie wody kolektorami słonecznymi umożliwia przedłużenie sezonu kąpielowego o około 2 miesiące; w basenach krytych ogranicza zużycie energii na podgrzewanie wody kąpielowej i wody do natrysków.

Budowa kolektora słonecznego:

1. Absorber – Absorber zastosowany w kolektorach słonecznych jest wykonany z segmentów, z których każdy składa się z miedzianej płytki połączonej z rurką miedzianą za pomocą zgrzewania ultradźwiękowego, co pozwala na doskonałe przekazywanie ciepła do czynnika grzewczego oraz wysoką wydajność.
Płytki absorbera są pokryte obustronnie warstwą niklu, a od strony czynnej wysoko selektywna warstwą wykonaną w technologii CERAMICMETAL-
STRUCTURE (CERMET) takich jak eta plus® lub Sunselect®. Pokrycia te zapewniają powierzchni absorbera wysoką absorbcję pozyskiwanej energii słonecznej.

2. Izolacja – W celu ograniczenia strat ciepła kolektor słoneczny posiada boczną i zewnętrzną izolację z niepalnej wełny mineralnej o grubości 30 mm ii 50 mm.

3. Rurka przepływowa – Rurka miedziana o średnicy zewnętrznej Ø8mm.

4. Rurka zbiorcza – Rurka miedziana o średnicy zewnętrznej Ø18 zakończona gładkimi końcówkami do łączenia za pomocą złączek samozaciskowych.

5. Obudowa – Wanna wykonana jest z blachy aluminiowej oraz kształtowników aluminiowych w kolorze naturalnym lub brązowym.

6. Szyba – Cięte na wymiar pryzmatyczne szkło solarne o niskiej zawartości tlenków żelaza Fe2O3 następnie jest poddawane hartowaniu, które zapewnia
odporność na rozbicie oraz wysoką przepuszczalność (91%) promieni słonecznych.

Kolektor słoneczny

Podstawowym elementem instalacji solarnej są kolektory słoneczne, montowane najczęściej na dachach budynków mieszkalnych lub gospodarczych.
Spotyka się również rozwiązania, w których kolektory montowane są przy balustradach. Najkorzystniej jest, gdy zamontowane są bezpośrednio nad lub obok punktów rozbioru wody (łazienka, kuchnia itp.). Ogranicza się w ten sposób długość rur łączących i zmniejsza straty energii cieplnej podczas przepływu czynnika grzewczego. Montaż kolektorów na dachach wykonywany jest poprzez umieszczenie ich na specjalnych konstrukcjach wsporczych lub w połaci dachowej.

Zasobnik solarny

Energia słoneczna dostępna jest tylko w ciągu dnia i to z losową zmiennością. Aby mogła być efektywnie wykorzystana w systemie grzewczym, musi być akumulowana. Do tego celu służą akumulacyjne zasobniki wodne z izolacją termiczną wykonaną z pianki poliuretanowej albo wełny mineralnej o grubości 55 do 75 mm. Zaopatrzone są w rurowe bądź płaszczowe wymienniki ciepła. Najbardziej popularnymi są te wyposażone w rurowe wymienniki, czyli wężownice. Wyróżniamy zasobniki z jedną i z dwiema wężownicami. Zasobnik z jedną wężownicą jest najczęściej wykorzystywany w takich układach, które zostają rozbudowywane o instalację solarną, a której nie przewidywano na etapie budowy kotłowni. Zasobnik z dwiema wężownicami jest najbardziej optymalnym rozwiązaniem dla akumulowania energii pozyskanej z instalacji solarnej. Charakteryzuje się dobrym uwarstwieniem temperatury wody i można go zasilać z więcej niż jednego źródła (np. kolektory słoneczne i dowolne źródło energii konwencjonalnej). Posiada on wbudowane dwa wymienniki w postaci wężownic: dolnej, do której podłączamy instalację solarną oraz wężownicy górnej, do której podłączamy źródło konwencjonalne wykorzystywane w okresie słabego nasłonecznienia. Występują również opcje z dodatkowym kompletem grzejnym w postaci grzałki elektrycznej. W przypadku zastosowania takiego rozwiązania można nieco obniżyć koszty inwestycyjne.
Sterowanie
Sterowanie pracą solarnej instalacji grzewczej odbywa się przy pomocy regulatorów współpracujących z czujnikami temperatury i uruchamiających pompę obiegową lub cyrkulacyjną. Zadaniem sterownika mikroprocesorowego jest załączenie pompy wówczas, gdy różnica temperatur jest wystarczająca dla wymiany ciepła pomiędzy czynnikiem roboczym w kolektorze a czynnikiem ogrzewanym w zbiorniku lub wymienniku. Regulator zabezpiecza również układ przed przekroczeniem maksymalnej wartości temperatury w zasobniku lub kolektorze.

Sterowniki instalacji solarnych

Sterownik elektroniczny stosowany w instalacjach solarnych zapewniają właściwą i efektywną pracę systemu. Standardowo sterownik
posiada trzy czujniki pomiaru temperatury:
– czujnik temperatury obiegu solarnego umieszczony w kolektorze słonecznym,
– czujnik temperatury wody użytkowej umieszczony w zbiorniku akumulacyjnym,
– czujnik pomiaru dodatkowej temperatury zależnie od konfiguracji.
Sterownik systemu solarnego załącza pompę obiegu kolektorowego tylko wtedy, gdy temperatura w kolektorze jest wyższa od temperatury
w zasobniku CWU o nastawioną wartość. Gdy różnica temperatur między kolektorem i zasobnikiem zmniejszy się do wartości nastawionej do wyłączenia na sterowniku pompa zostaje wyłączona. W celu zabezpieczenia instalacji CWU przed przegrzaniem w sterowniku nastawiana jest temperatura maksymalna (Tmax), do której może być nagrzana woda w zbiorniku. Po osiągnięciu tej temperatury sterownik wyłącza pompę cyrkulacyjną niezależnie od różnicy temperatur między kolektorem i zbiornikiem. Po wyłączeniu pompy może dojść do wzrostu temperatury w kolektorze powyżej 100 °C, co nie jest groźne przy właściwym doborze naczynia wzbiorczego, które przyjmuje odparowany czynnik grzewczy z kolektorów. Po obniżeniu się temperatury w zbiorniku akumulacyjnym poniżej Tmax i ostygnięciu kolektorów instalacja solarna wznawia pracę. Sterownik występuje w postaci samodzielnego bloku regulacyjnego w dwuczęściowej zabudowie. Parametry pracy można dostosować do aktualnych warunków pracy i rodzaju instalacji.

Sterownik ten może pracować w następujących układach:
1. Sterowanie pompą układu solarnego do potrzeb ciepłej wody użytkowej.
2. Sterowanie pompą układu solarnego i obsługą pompy ładującej zasobnik z kotła CO.
3. Sterowanie pompą układu solarnego i pompą mieszającą pomiędzy zasobnikiem podłączonym do kolektorów słonecznych, a zasobnikiem współpracującym z kotłem CO.
4. Sterowanie pompą układu solarnego i zaworem trójdrogowym do układu z wymiennikiem basenu kąpielowego.
5. Sterowanie pompami układu solarnego w wersji z kolektorami słonecznymi umieszczonymi na dwóch różnych połaciach dachowych.
6. Sterowanie pompą układu solarnego i zaworu trójdrogowego do układu ze wspomaganiem centralnego ogrzewania.

Do wymuszenia obiegu medium w instalacjach cieczowych wykorzystuje się pompy napędzane elektrycznie, podobne jak w instalacjach centralnego ogrzewania (CO) i CWU. Zakres wydajności czynnika i spadków ciśnienia w instalacjach solarnych jest raczej niewielki, toteż dobór wielkości pompy obiegowej nie stanowi większego problemu. Kompletna grupa solarna składa się z pompy solarnej 25/6, zaworu zwrotnego, zaworu kulowego, termometru, manometru, zaworu bezpieczeństwa 6 barów, zaworu do napełniania instalacji, przepływomierza 1÷13 l/ min, przyłącza 3/4” GW. Zewnętrzne wymienniki ciepła W rozbudowanych instalacjach zbudowanych z kilkunastu i więcej kolektorów stosuje się zewnętrzne przepływowe wymienniki ciepła. Zastępują one wewnętrzne wężownice w zbiornikach. Dzielą się one na dwie podstawowe grupy: wymienniki płytowe, wymienniki rurowe typu JAD. W technice solarnej swoje zastosowanie znalazły oba rodzaje wymienników. Wymienniki płytowe zbudowane są z kilku do kilkudziesięciu płyt, na których powierzchni następuje wymiana ciepła. Moc wymiennika zależy od liczby i wielkości płyt. Płyty wymiennika są tak połączone, że powstają dwa niezależne obiegi: pierwotny i wtórny. Każdy obieg posiada dwa króćce przyłączeniowe. Wymienniki płytowe mogą być lutowane lub skręcane. Znalazły one zastosowanie w układach solarnych o dużej mocy. Wymienniki rurowe typu JAD w swojej budowie tworzą splot rur gładkich lub karbowanych, stanowiących płaszcz wymiennika. Przepływ czynnika grzewczego następuje przez wężownicę, natomiast czynnik ogrzewany przepływa przeciwprądowo w płaszczu wymiennika. Układ zabezpieczający Instalacje solarne z pośrednim obiegiem kolektorowym wyposaża się w armaturę typową dla instalacji CWU i CO. Przed nadmiernym ciśnieniem zabezpiecza instalację naczynie zbiorcze i zawór bezpieczeństwa, natomiast odpowietrznik zainstalowany w szczytowych fragmentach instalacji obiegu kolektorowego pozwala na dokładne jej odpowietrzenie. Instalacja układu

Elementy składowe instalacji solarnych łączy się za pomocą rurociągów wykonanych najczęściej z rur miedzianych izolowanych cieplnie. Stosowanie rur miedzianych w instalacjach wodnych praktycznie rozwiązuje problem trwałości. Łączenie ich wykonuje się przez lutowanie twardym lutem srebrnym. Wszystkie rurociągi powinny być izolowane materiałami o współczynniku przewodności cieplnej 0,03 ÷ 0,04 W / mK i odporności na temperaturę powyżej 160 °C.

Przykładowe rozwiązania układów solarnych

Instalacja solarna – dogrzewanie kotłem CO-CWU lub grzałką elektryczną

1. Odpowietrznik z zaworem odcinającym
2. Czujnik temperatury w układzie solarnym
3. Kolektor słoneczny
4. Grupa solarna z zaworem bezpieczeństwa
5. Naczynie przeponowe układu solarnego
6. Zawór spustowy
7. Sterownik instalacji solarnej
8. Zasobnik CWU z jedną wężownicą i grzałką elektryczną
9. Grzałka elektryczna
10. Czujnik temperatury CWU w zasobniku
11. Kocioł CO-CWU

źródło: www.ergom.pl