Solarno grijanje

Solarni sustavi za grijanje PTV

Solarne kolektore dijelimo na fotonaponske i toplinske. Fotonaponski kolektori proizvode električnu energije, a toplinski proizvode toplinsku energiju za zagrijavanje tople vode, zagrijavanje prostora, bazena i slično.

Još uvijek kod većine solarnih sustava najvažnije je da kolektori u ljetnim mjesecima rade bez prekida (prekid se smatra svaki dan bez korištenja tople vode. To mogu biti godišnji odmori i sl.)

Ukoliko je jako Sunčevo zračenje, a nema potrošnje tople vode sva sunčeva energija i dalje se predaje kolektoru, a spremnik je već zagrijan te više ne može primiti dodatnu toplinu.

To znači da energiju koja dolazi do njih “transportiraju” u smjeru potrošača, a samim time koriste je u korisne svrhe. Ako nije tako sustav je najčešće predimenzioniran. Kod predimenzioniranih sustava kolektori u ljetnim mjesecima brzo napune spremnike toplinom, a nakon toga pošto s energijom nemaju kamo – griju sami sebe. Ovo je čisti energetski gubitak a trenutna iskoristivost sustava jednaka je nuli.

Princip rada i shema solarnog sustava i pojedinačno objašnjeni svi elementi u solarnom krugu za zagrijavanje pitke tople vode

Solarni kolektor prikuplja energiju od sunca te zagrijava solarnu tekućinu koja se nalazi u cijelom sustavu. Tako zagrijana tekućina pumpnom stanicom se prenosi do spremnika tople vode te zagrijava vodu koja u spremniku.

Sa cjelokupnim sustavom upravlja solarna regulacija koja mjeri temperaturu na kolektoru i u spremniku te uključuje pumpnu stanicu ako je na kolektorima veća temperatura nego u spremniku. Pumpna stanica se isključuje ako se temperature u kolektoru i spremniku izjednače. U slučaju da nema dovoljno sunčeve energije regulacija uključuje dodatno grijanje ili elektro grijač.

Više kolektora, prema potrebi, mogu biti spojeni serijski ili paralelno. Solarnim kolektorskim grijanjem grije se sanitarna voda tokom godine, a primjenjuje se i na instalacijama centralnog grijanja u zimskom periodu.

Toplinske solarne kolektore dijelimo na:

a) Ravni pločasti kolektori odlikuju se vrlo visokim koeficijentom apsorbcije Sunčevog zračenja zahvaljujući visokokvalitetnom selektivnom apsorberu što rezultira visokim stupnjem iskoristivosti. Tijekom mirovanja sustava u kolektoru se mogu postići vrlo visoke temperature i do 150 ºC. Mogu se ugrađivati na kose ili ravne krovove s podkonstrukcijom. Najčešće se koriste jer su im cijene prihvatljive.

b) Cijevni vakuumski kolektori imaju vakumirane cijevi čime su im toplinski gubici prema okolini svedeni na minimum. Efikasniji su od ravnih pločastih kolektora. Za usporedbu, kod sustava za pripremu tople potrošne vode efikasniji su za 25-30 %, a kod sustava gdje se traže visoke temperature vode (apsorbcijsko hlađenje) i do 50 %. Za razliku od ravnih pločastih kolektora mogu se koristiti na potpuno ravnim ili okomitim površinama (fasada) zahvaljujući okretnim cijevima. Svaka cijev, a time i apsorber koji se nalazi u njoj može se zaokrenuti oko svoje osi max za 25 stupnjeva.

Navedena prednost može se iskoristiti kod montaže kolektora na krovove s nepovoljnim nagibom. U odnosu na ravne pločaste kolektore kvalitetnije apsorbiraju tzv. difuziono zračenje Sunca. Tijekom mirovanja sustava u kolektoru se mogu postići temperature i do 200 stupnjeva. Nešto su više cijene ali zbog fleksibilnosti različitim načinima montaže često puta su jedini izbor.

Kod dobro dimenzioniranog sustava radna temperatura kolektora (dok solarna crpka radi) je svega 5 -20 C veća od trenutne temperature vode u spremniku topline (mjerno mjesto T2 u shemi) i skoro nikada ne prelazi 100 C.

Spremnik služi za akumuliranje Sunčeve energije. Sastoji se iz dvije ogrjevne spirale pa ga zato zovemo bivalentni i time se razlikuje od standardnih akumulacijskih spremnika tople potrošne vode koji imaju jednu spiralu.

Na gornju spiralu spajamo dodatni izvor energije (plinski,električni uređaj, može biti i peć na drva), a donja ogrjevna spirala povezana je sa cijevima od solarnih kolektora. U zimskim mjesecima ili tijekom dužeg perioda bez sunca dodatni izvor energije zagrijava gornju zonu spremnika (pola spremnika) koja mora biti takvog volumena da zadovolji trenutne potrebe za toplom vodom. Donja zona spremnika u takvim trenucima ostaje hladna.

Pojavom i neznatnog Sunčevog zračanja dolazi do predgrijavanja sanitarne vode donje zone spremnika. Temperatura predgrijavanja ovisi o intenzitetu zračenja. U ljetnim mjesecima temperatura predgrijavanja sanitarne vode znatno je viša od namještene temperature sanitarne vode grijane preko kotla što rezultira potpunim mirovanjem kotla.

Solarna regulacija uključuje ili isključuje solarnu crpku ovisno o temperaturi u kolektorima i spremniku topline. Solarna crpka je u radu samo ako je trenutna temperatura kolektora viša od trenutne temperature spremnika i uz uvjet da nije postignuta zadana maksimalna. temperatura spremnika. U posljednje vrijeme se češće prakticira integrirana regulacija na spremnik ili na solarnu stanicu.

Ekspanzijska posuda akumulira dodatni volumen solarnog medija koji je nastao temperaturnim širenjem istog. Posuda je posebne izvedbe i traži poseban način dimenzioniranja.

Solarni medij je glikol za zaštitu od smrzavanja. Sadrži posebne inhibitore za rad na visokim temperaturama. Ovisno o kvaliteti radasolarnog sustava mijenja se po potrebi, a na redovitom servisu solarnih sustava se vrše mjerenja točke smrzavanja, ph vrijednost i ostalog te se iz mjerenja zaključuje je li potrebna zamijena solarnog medija.

Solarna stanica s crpkom predstavlja središnji dio cijelog solarnog sustava jer omogućava strujanje solarnog medija, dok automatska regulacija vodi računa o sigurnom pogonu cijelog sustava i usklađivanju njegovog rada sa sustavom grijanja i pripreme PTV-a, odnosno uvjetima u okolici kao što su promijenjene potrebe za toplinom, iznimno niske ili visoke vanjske temperature koje mogu oštetiti sustav i sl.

Treba napomenuti da postoje i izvedbe solarnih sustava koje ne koriste crpku (tzv. termosifonski sustavi), već se u njima strujanje zasniva na gravitacijskom djelovanju zbog razlike temperatura, odnosno gustoće solarnog medija. Na solarnoj stanici se najčešće nalazi i sigurnosti ventil koji štiti sustav od prekoračenja maksimalnog dozvoljenog pritiska. Do njegovog aktiviranja najčešće dolazi zbog premalog volumena ekspanzijske posude.

Postavljanje solarnih kolektora, orijentacija i nagib

Najviše Sunčeve energije, gledano kroz godišnji prosijek, može se dobiti ako je nagib kolektora u odnosu na horizontalnu površinu jednak kutu zemljopisne širine mjesta, što za Hrvatsku iznosi 40 – 45 stupnjeva. Ovisno o traženim zahtjevima i primjeni kolektori se mogu postaviti i pod nekim drugim kutevima.

Ako se želi dobiti više Sunčeve energije u zimskim mjesecima nagib kolektora trabao bi iznosti 50-60 stupnja. Više energije u ljetnim mjesecima postiže se manjim kutevima, 25 – 35 stupnjeva. Najbolja orijentacija kolektora je u smjeru juga.