Ochrona przed przegrzewaniem z zapewnieniem wysokiej efektywności energetycznej

Podstawowa zasada doboru instalacji solarnej zakłada, że jej rozmiary powinny odpowiadać potrzebom w taki sposób, aby zapewnić jak najwyższe uzyski ciepła (rocznie kWh/m²rok). Zasadniczo im praca instalacji odbywa się na niższym poziomie temperatury roboczej, tym osiągana jest wyższa sprawność i uzyski ciepła. Tak więc sytuacje przegrzewania instalacji solarnych powinny mieć charakter incydentalny, a ochrona przed nimi nie powinna wpływać na trwałe obniżanie efektywności pracy w normalnym trybie pracy. 

Priorytetem musi pozostawać efektywność energetyczna instalacji solarnej, od czego zależy kluczowa kwestia opłacalności inwestycji (rys.1). Jest to o tyle istotne, że niektóre z rozwiązań technicznych przedkładają kwestię ochrony przed przegrzewaniem nad efektywność pracy i koszty inwestycji.

Pobierz porównanie podstawowych parametrów sprawnościowych dla kolektorów płaskich z powłoką absorbera PVD (95/5%) oraz z powłoką ochronną  link do pdfa

Po pierwsze… optymalny dobór

Dobór instalacji solarnej zgodnie z zaleceniami projektowymi zakłada nie tylko określoną wydajność instalacji solarnej w stosunku do potrzeb ciepła, ale również odpowiednie dopasowanie do siebie komponentów (np. powierzchnia kolektorów – pojemność podgrzewacza). Dla optymalnego doboru instalacji, pomocą służą programy komputerowe prognozujące efekty ich pracy (rys. 1).

Po drugie… konstrukcja absorbera

Podejmowane przez szereg ośrodków badawczo-naukowych prace nad przyczynami, skutkami i eliminacją stanów stagnacji zawierały generalny wniosek i zarazem zalecenie dla producentów, a także projektantów. Dla eliminacji negatywnych skutków stagnacji niezbędne jest odpowiednie ukształtowanie orurowania absorbera (rys. 2), jak również odpowiedni sposób łączenia kolektorów w bateriach. Należy unikać zasyfonowań, z których glikol nie może samodzielnie być usuwany.

W przypadku braku odbioru ciepła, w początkowej fazie stagnacji, glikol powinien szybko opuścić absorber. Nie jest on wówczas narażony na działanie wysokiej temperatury i nie przenosi ciepła na elementy instalacji solarnej. W instalacji nie dochodzi do nadmiernego wzrostu ciśnienia, kończącego się czasem otwieraniem zaworu bezpieczeństwa i ubytkiem glikolu z układu (rys. 3).

Po trzecie… funkcje sterownika dla ochrony przed przegrzewaniem

Sterowniki firmy Hewalex mają w standardzie 2 funkcje ochronne, które od strony użytkownika można określić w uproszczeniu jako „dzienna” i „nocna”. Ich uruchomienia lub korekty nastaw można dokonywać bądź bezpośrednio na panelu obsługowym sterownika bądź zdalnie za pomocą systemu Hewalex EKONTROL (rys. 4).

W większości sytuacji funkcja „dzienna” jest wystarczająca dla ochrony przed ewentualnym brakiem odbioru ciepła. Gdy temperatura w kolektorach słonecznych osiągnie 110 ^oC (nastawa fabryczna), to praca pompy obiegu solarnego będzie albo uruchamiana, albo kontynuowana do momentu aż nie obniży się ona do 99^oC. Woda użytkowa ma wówczas temperaturę rzędu 60˜70^oC (nastawa fabryczna 65^oC) i będzie dodatkowo podgrzewana w wyniku pracy pompy obiegu solarnego. Maksymalna temperatura wody użytkowej w trybie chłodzenia kolektorów może wynosić wówczas 80^oC (zakres nastawy 60˜90^oC). Odbiór ciepła z kolektorów chroni je przed przegrzewaniem (jeśli już to zwykle pod koniec dnia w okresie letnim).

Jeżeli mieszkańcy przewidują dłuższą nieobecność w domu, to do wykorzystania pozostaje dodatkowo funkcja urlopowa („nocna”). Można w niej zdefiniować daty wyjazdu i przyjazdu mieszkańców, pomiędzy którymi funkcja urlopowa będzie mogła uruchamiać pompę obiegu solarnego w nocy (rys. 5). Glikol odbiera wówczas ciepło poprzez wężownicę podgrzewacza z wody użytkowej, oddając je w kolektorach słonecznych (płaskich) do otoczenia. W ten sposób woda w podgrzewaczu zostaje schładzana, co pozwoli na odbiór ciepła z kolektorów słonecznych w następnym dniu nieobecności mieszkańców w domu. Funkcja urlopowa może także blokować pracę konwencjonalnych źródeł ciepła (kotła czy grzałki elektrycznej), aby uniemożliwić ewentualne dodatkowe podgrzewanie wody w okresie urlopu.

Po czwarte… rozwiązania specjalne

Problem występowania negatywnych skutków stagnacji dotyczył w znacznej mierze wysokoefektywnych kolektorów próżniowych z bezpośrednim przepływem glikolu. W związki z tym większość producentów na rynku oferuje obecnie kolektory próżniowe typu heat-pipe, które z uwagi na pośrednie przekazywanie ciepła ograniczają temperatury pracy. W połączeniu z wysokiej sprawności 1-ściennymi rurami próżniowymi, może być to jednak niewystarczająca ochrona. Stąd też w rurach próżniowych produkowanych przez Kingspan Enviromental Ltd. (UK) znajdują zastosowanie sprawdzone w wieloletniej praktyce ograniczniki temperatury (rys. 6).

Po piąte… wydłużone okresy gwarancji

Kolektory produkowane przez firmę Hewalex od lat 90. były oferowane z długim okresem 10-letniej gwarancji bez specjalnych wymagań eksploatacyjnych dla użytkownika. Wiele pracujących instalacji solarnych ma staż 15-20-letni, pozostając cały czas w bardzo dobrej kondycji technicznej.