Solárne systémy HELIOSTAR

Transcript

1 Solárne systémy HELIOSTAR Návod na projektovanie, montáž, obsluhu a údržbu Výrobca: thermo solar Žiar s.r.o. Na vartičke P.O.Box Žiar nad Hronom tel.: +421/45/ , fax: +421/45/ , thermosolar. sk A0410.doc 11/2003

2 1. Obsah 1. OBSAH ÚVOD ZÁKLADNÉ ÚDAJE O SLNEČNOM ŽIARENÍ SLNEČNÝ KOLEKTOR - KRITÉRIÁ VÝBERU ENERGETICKÁ ÚČINNOSŤ CENA ŽIVOTNOSŤ UŽÍVATEĽSKÝ KOMFORT ČASTI SOLÁRNEHO SYSTÉMU SLNEČNÝ KOLEKTOR Typový rad HELIOSTAR Typový rad HELIOSTAR Typový rad HELIOSTAR Typový rad HELIOSTAR Typový rad HELIOSTAR Typový rad HELIOSTAR Typový rad HELIOSTAR 400V PRÍSLUŠENSTVO KOLEKTORA NOSNÉ KONŠTRUKCIE VÝMENNÍKY, SOLÁRNE BOJLERY A ZÁSOBNÍKY TEPLA OBEHOVÉ ČERPADLO A SPÄTNÁ KLAPKA POTRUBIE A IZOLÁCIA ODVZDUŠŇOVAČE PLNIACE ČERPADLO EXPANZNÁ NÁDOBA A POISTNÝ VENTIL OSTATNÉ PRVKY PRIMÁRNEHO OKRUHU SOLÁRNA INŠTALAČNÁ JEDNOTKA ELEKTRONICKÉ REGULÁTORY INÉ NÁVRH SOLÁRNEHO SYSTÉMU VÝPOČET VEĽKOSTI SOLÁRNEHO SYSTÉMU POMOCOU NOMOGRAMU PRIEMERNE VYUŽITEĽNÁ SOLÁRNA ENERGIA (P S ) SYSTÉM NA PRÍPRAVU TÚV...15 A0410.doc 1/49 11/2003

3 6.4. SYSTÉM PRE SOLÁRNE PRIKUROVANIE MONTÁŽ SLNEČNÉHO SYSTÉMU VŠEOBECNE TYPOVÉ SCHÉMY SLNEČNÝCH SYSTÉMOV MONTÁŽ KOLEKTOROV Montáž kolektorov na šikmú strechu Montáž kolektorov na plochú strechu Montáž kolektorov integrovaných do strechy MONTÁŽ PRIMÁRNEHO OKRUHU MONTÁŽ REGULÁCIE A ELEKTRICKÝCH OBVODOV MÄKKÉ SPÁJKOVANIE MEDENÉHO POTRUBIA MONTÁŽ VÁKUOVÝCH PLOCHÝCH KOLEKTOROV Montáž potrubia primárneho okruhu Montáž vákuového príslušenstva Skúška vákuových častí solárneho systému OBSLUHA A ÚDRŽBA PLNENIE PRIMÁRNEHO OKRUHU TEPLONOSNOU KVAPALINOU SKÚŠKA TESNOSTI NASTAVENIE PARAMETROV SOLÁRNEHO SYSTÉMU KONTROLA SOLÁRNEHO SYSTÉMU ÚDRŽBA CHYBY A ICH ODSTRÁNENIE PREDPISY A NORMY BEZPEČNOSTNÉ PREDPISY NORMY STN OCHRANA PRED ATMOSFÉRICKOU ELEKTRINOU ZÁRUKA EKONÓMIA A EKOLÓGIA VYUŽÍVANIA SLNEČNÝCH KOLEKTOROV POUŽITÁ LITERATÚRA PRÍLOHY...30 A0410.doc 2/49 11/2003

4 2. Úvod Predložený materiál obsahuje základné informácie potrebné pre projektovanie a montáž solárnych systémov, výber slnečných kolektorov a spôsob ich využívania a údaje o komponentoch solárnych systémov vyrábaných a dodávaných firmou THERMO SOLAR ŽIAR. Je určený hlavne pre projektantov, montážne firmy a užívateľov systémov, využívaných na prípravu teplej úžitkovej vody (TÚV), ohrev vody v bazénoch, prikurovanie objektov a pre priemyselné účely. Ďalšie doplňujúce informácie môže záujemca o solárnu techniku získať v konzultačno-poradenskom stredisku firmy THERMO SOLAR ŽIAR priamo vo výrobnom závode v Žiari nad Hronom, alebo v projekčných a montážnych firmách rozmiestnených na území Slovenska a Čiech. THERMO SOLAR je mladá firma, založená iba , avšak stavajúca na viac ako 20 ročných vývojových a výrobných skúsenostiach jej zakladateľov, hlinikárenského kombinátu ZSNP, a.s. Žiar nad Hronom a THERMO SOLAR Energietechnik, Regensburg, najväčšieho výrobcu slnečných kolektorov v Nemecku. Kvalitu slnečných kolektorov typu HELIOSTAR pozitívne ovplyvňuje vzájomné dopĺňanie knowhow oboch partnerov, vysokoúčinnej selektívnej konverznej vrstvy - vkladu slovenského partnera a progresívnej konštrukcie - vkladu nemeckého partnera. Výsledkom sú slnečné kolektory, ktoré sa svojimi technickými parametrami i dizajnom radia k tomu najlepšiemu, čo možno dostať na európskom, ale i svetovom trhu. Ich vysokú kvalitu potvrdzuje i rad testov z renomovaných skúšobní Solarenergie Prüf-und Forschungsstelle Rapperswil, Švajčiarsko a Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, Freiburg, Nemecko. Je celý rad možností ako premeniť energiu slnečného žiarenia na teplo využiteľné človekom. solárne zariadenia aktívne pasívne premena solárneho žiarenia na teplo pomocou kolektorov kvapalinových premena solárneho žiarenia na energiu elektrickú fotovoltaickými článkami premena solárneho žiarenia na teplo vhodnými architektonickými prvkov budov (na princípe činnosti skleníka) vzduchových solárno-termická Obrázok č. 1: možnosti využitia slnečnej energie V ďalšom texte sa budeme zaoberať iba problematikou kvapalinových slnečných kolektorov s dôrazom na kolektory typu HELIOSTAR, vyrábané spoločnosťou THERMO SOLAR ŽIAR. A0410.doc 3/49 11/2003

5 3. Základné údaje o slnečnom žiarení Slnko je stredom planetárnej sústavy, do ktorej patrí aj naša Zem. Má približne tvar gule s priemerom km. Skladá sa v prevážnej miere z atomárneho vodíka s malou prímesou hélia a nepatrným množstvom ostatných prvkov. Všetky tieto prvky sa nachádzajú vo forme plazmy. Hmotnosť Slnka je kg, teplota povrchu je okolo K. Celkový tok energie, ktorý Slnko vyžaruje do kozmického priestoru je 3, W. Zdrojom tohto obrovského množstva energie je termojadrová reakcia, ktorá sa uvoľňuje pri fúzii vodíka na hélium ( ton hmoty Slnka sa premení za sekundu na energiu, ktorú Slnko vyžiari). Spektrálne zloženie slnečného žiarenia sa pohybuje od vlnovej dĺžky m (röntgenové a ultrafialové žiarenie) až rádove metrové (rádiové vlny). Z hľadiska energetického využitia slnečného žiarenia na fototermickú konverziu má najväčší význam vlnový rozsah od 300 do 2500 nm, do ktorého spadá približne 98 % energie dopadajúcej na povrch Zeme. Slnečným žiarením dopadá na zemeguľu a jej atmosféru kontinuálne výkon 1, W. Ročná ponuka solárnej energie predstavuje 1, kwh, t.j miliard GWh práce, zatiaľ čo súčasná odhadovaná celosvetová spotreba je kwh za rok. Z porovnania vyplýva, že ponuka Slnka prevyšuje naše súčasné potreby cca krát. Na uspokojenie energetických potrieb ľudstva by stačilo pri päťpercentnej účinnosti premeny 0,13 % zemského povrchu. Intenzita slnečného žiarenia nad zemskou atmosférou je cca 1350 W m -2. Z toho atmosférou na zemský povrch prenikne pri priaznivých podmienkach cca 1000 W m -2. Rozptylom priameho žiarenia na oblakoch a nečistotách v atmosfére a odrazom od terénu vzniká difúzne žiarenie. Súčet priameho a difúzneho žiarenia sa označuje ako žiarenie globálne. V strednej Európe v závislosti na ročnom období a stave atmosféry môže intenzita globálneho žiarenia v poľudňajších hodinách kolísať od 100 do 1000 W m -2. Pomer priameho a difúzneho žiarenia je závislý od geografických a mikroklimatických podmienok. Globálne difúzne žiarenie 6 kwh/m 2 d 4 2 Priame žiarenie Difúzne žiarenie 0 Jan. Feb. Mar. Apr. Máj Jún Júl Aug. Sep. Okt. Nov. Dec. Obrázok č. 2: Stredné hodnoty priameho a difúzneho žiarenia v strednej Európe. Z Obrázok č. 2 vidieť, že difúzne žiarenie v strednej Európe tvorí v celoročnom priemere % z globálneho žiarenia, pričom v zime obsahuje až 90 %-ný podiel. To je jeden z dôvodov, prečo je použitie plochých kolektorov pre nízkoteplotné aplikácie výhodnejšie ako koncentrujúcich. Pri projektovaní solárnych systémov v konkrétnych lokalitách je treba vychádzať z príslušných meteorologických údajov o globálnom slnečnom žiarení a teplote ovzdušia počas slnečného svitu. Dané údaje možno zhrnúť: A0410.doc 4/49 11/2003

6 Denné sumy globálneho slnečného žiarenia v strednej Európe kolíšu približne v pomere 1:6 medzi zimným a letným obdobím. Ročné sumy globálneho žiarenia dopadnutého na vodorovnú plochu na Slovensku a v Čechách kolíšu od 950 do 1250 kwh m-2, pričom cca 75 % z toho množstva pripadá na 6 letných mesiacov (apríl až september). Pri južnej orientácii a 45 sklone kolektora od vodorovnej plochy zväčšujú sa sumy globálneho žiarenia o 19 až 20 %. Presnejšie údaje pre danú lokalitu je možné získať z dlhodobých meraní meteorologických (aktinometrických) staníc. 4. Slnečný kolektor - kritériá výberu Efektívnosť solárneho systému je v značnej miere predurčená správnou voľbou slnečného kolektora. Na trhu, najmä v krajinách západnej Európy, je široká škála týchto výrobkov v rôznych cenách a kvalite. K ľahšej orientácii investora na trhu slnečných kolektorov potom prispieva hodnotenie na základe všeobecne uznávaných kritérií charakterizujúcich kvalitu týchto výrobkov. Jedná sa hlavne o nasledujúce kritériá: energetická účinnosť cena životnosť užívateľský komfort Energetická účinnosť Energetická účinnosť je definovaná ako pomer intenzity tepelného toku odoberaného z kolektora k príkonu, t.j. intenzite slnečného žiarenia dopadajúceho na transparentný kryt kolektora. Energetická účinnosť je jednoznačne určená: veľkosťou optických strát (slnečná absorptivita konverznej vrstvy absorbéra a priepustnosť transparentného krytu), ktoré sú prakticky nezávislé na teplote veľkosťou tepelných strát (smerom na okolie kolektora), ktoré sú závislé na rozdiele teplôt povrchu absorbéra a vzduchu v okolí kolektora. Veľkosť optických a tepelných strát znázorňuje tzv. "účinnostná charakteristika ", ktorej obecné priebehy pre rôzne konštrukčné typy kolektorov a nekrytý absorbér sú uvedené na obrázku č. 3. A0410.doc 5/49 11/2003

7 100 vákuový rúrový 80 vákuový plochý účinnosť [-] ,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 x [m 2 kw -1 ] selektívny s jednoduchým zasklením neselektívny s jednoduchým zasklením absorbér bez transparentného krytu Obrázok č. 3: účinnosť slnečných kolektorov V diagrame je priebeh účinnosti znázornený ako funkcia parametra x určujúceho pracovné podmienky kolektora. kde: [ ] 2 η = c0 c1x c2gk x ( Tm Ta) 2-1 x = mkw G c 0 - konštanta vyjadrujúca maximálnu účinnosť kolektora, t.j. keď stredná teplota kolektora T m je rovná teplote vzduchu v okolí kolektora c 1 - konštanta vyjadrujúca tepelné straty kolektora [W m -2 K -1 ] k c 2 - konštanta vyjadrujúca zakrivenie závislosti = f (x) (súvisí s tepelnými stratami) [W m -2 K -2 ] G K - intenzita globálneho slnečného žiarenia dopadajúceho na presklenú plochu kolektora [W m -2 ] Energetická účinnosť kolektorov Heliostar bola meraná vo švajčiarskom Solarenergie Prüf- und Forschungsstelle Rapperswill. A0410.doc 6/49 11/2003

8 Namerané hodnoty konštánt účinnostnej rovnice sú: Kolektory Heliostar [ m 2 KW -1 ] [ m 2 KW -1 ] štandardné c 0 = 0,8 c 1 = 4,17 c 2 = 0,01 vákuové c 0 = 0,8 c 1 = 2,61 c 2 = 0,0008 kryptónom plnené c 0 = 0,81 c 1 = 1,723 c 2 = 0,0127 Tabuľka č. 1 Pri ohreve vody v nekrytých bazénoch je stredná teplota teplonosnej kvapaliny v kolektore (T m ) približne rovná teplote vzduchu v okolí kolektora (T a ), čo na obr.3.1. zodpovedá bodu x=o. V tomto prípade je tzv. maximálna účinnosť kolektora so selektívnym ako aj neselektívnym absorbérom približne rovnaká s typickou hodnotou okolo 80 %. Vyššiu účinnosť okolo 90 % majú len jednoduché čierne neselektívne absorbéry, bez transparentného krytu (sklo, fólia a pod.), kde nie sú optické straty na tomto kryte. Naopak najnižšiu účinnosť okolo 60 % dosahujú za týchto podmienok vákuové rúrové kolektory. Vyššie optické straty v porovnaní s plochými kolektormi sú zapríčinené vysokými odrazmi na zakrivenom povrchu sklenenej rúrky a nízkou hodnotou pomeru absorpčnej plochy voči pôdorysnej ploche kolektora. Pri príprave TÚV vo väčšine prípadov postačuje teplota T m približne o 40 K nad teplotu T a, čo pri globálnom žiarení o intenzite 800 W m -2 v obr zodpovedá bodu x = 0,05. V tomto prípade sú účinnosti kvalitného plochého selektívneho a vákuového rúrového kolektora približne rovnaké a dosahujú hodnotu okolo 55 %. V dôsledku vyšších strát vyžarovaním je účinnosť kolektora s neselektívnym absorbérom znížená na hodnotu okolo 40 %. Najnižšiu účinnosť pod 20 % má nekrytý absorbér, kde sa rozhodujúcou mierou na tepelných stratách podieľa prirodzená konvekcia, ktorá ďalej prudko vzrastá pri veternom počasí. V prípade, že požadovaný rozdiel teplôt medzi strednou teplotou absorbéra a okolím je 80 K, pri príkone 800 W m -2 zodpovedá týmto podmienkam bod x = 0,1. V tomto bode má najvyššiu účinnosť okolo 45 % vákuový rúrový kolektor, kde vplyvom vysokého vákua sú eliminované straty konvekciou a vedením tepla. Kvalitný plochý selektívny kolektor má v tomto bode najvyššiu účinnosť asi 28 %, čo sú približne 2/3 z účinnosti vákuového rúrového kolektora. Plochý neselektívny kolektor a nekrytý absorbér sú v uvedenom pracovnom režime nepoužiteľné. Z uvedeného rozboru výkonových charakteristík rôznych typov slnečných kolektorov vyplýva, že rozhodujúcim kritériom pre použitie toho ktorého konštrukčného typu kolektora je účel jeho využívania. Nekryté absorbéry (prevažne plastové) sú efektívne iba v prípade použitia pre sezónny ohrev vody v bazénoch. Na druhej strane veľmi drahé vákuové rúrové kolektory majú svoje opodstatnenie najmä v tých prípadoch, kde sa vyžaduje teplo vyššej teplotnej hladiny (napr. technologické účely, konvenčné vykurovacie systémy), alebo kde intenzita slnečného žiarenia je veľmi nízka (napr. severná Európa). Plochý slnečný kolektor s neselektívnym absorbérom je vhodný na celoročnú prípravu TÚV v oblastiach s vysokou intenzitou slnečného žiarenia (trópy a subtrópy), prípadne na sezónnu prípravu TÚV aj v stredných zemepisných šírkach (stredná Európa). Plochý slnečný kolektor s kvalitnou selektívnou konverznou vrstvou je vhodný na celoročnú prípravu TÚV a nízkoteplotné vykurovanie v prechodnom období, v stredných a vyšších zemepisných šírkach (stredná a severná Európa). V prípade vykurovania je výhodné prebytky tepla v letnom období využívať na ohrev vody v bazéne. Skutočné výkonové parametre kolektorov rôznych výrobcov sa v rámci danej skupiny môžu veľmi líšiť v závislosti na detailnom riešení, kvalite konverznej vrstvy, druhu transparentného krytu a podobne. A0410.doc 7/49 11/2003

9 Špecifický charakter má priebeh výkonovej charakteristiky plochého vákuového kolektora. Jeho optická účinnosť je približne rovnaká (80 %) ako u plochých kolektorov s transparentným krytom, ale ďalší priebeh krivky v oblasti vyšších T sa pohybuje medzi krivkou 1 a 3, t.j. medzi vákuovým rúrovým kolektorom a plochým so selektívnym povrchom absorbéra. Je to dané hlavne tým, že vákuový plochý kolektor pracuje v oblasti tlakov, kde sa už neuplatňujú straty prúdením, ale na rozdiel od vákuových rúrových kolektorov sa tu ešte stále uplatňujú straty vedením tepla. 1. Hraničný tlak, kde sa prestávajú uplatňovať straty tepla prúdením je približne Pa. 2. Medzi tlakom a 100 Pa sú straty tepla na vnútornom tlaku nezávislé. 3. Pri znížení tlaku pod 100 Pa sa začína uplatňovať vplyv redukcie strát tepla vedením. Tento typ kolektora do značnej miery zahŕňa výhody plochých kolektorov, predovšetkým relatívne vysokú optickú účinnosť a súčasne výhody vákuových rúrových kolektorov, t.j. nižšie tepelné straty aj v oblasti vyšších prevádzkových teplôt Cena Slnečné kolektory možno z cenového hľadiska ohodnotiť jednak cenou predajnou, vztiahnutou na 1 m 2 plochy absorbéra a cenou za inštalovaný výkon na jednotku plochy, vztiahnutou na určitú hodnotu rozdielu teplôt pri konštantnom Gk = 800 W m -2 tzv. "výkonovou cenou". V tejto súvislosti je treba upozorniť na často publikované veľmi skreslené a nereálne údaje výkonových charakteristík slnečných kolektorov dodávaných niektorými výrobcami. Z tohto hľadiska majú pre správnu orientáciu investora veľký význam objektívne údaje renomovaných skúšobní, akou je napr. Solarenergie Prüf-und Forschungsstelle Rapperswil, Švajčiarsko, ktorého služby využívajú všetci významní európski výrobcovia slnečných kolektorov a väčšina dealerov mimoeurópskych výrobcov Životnosť Zatiaľ žiadna skúšobňa neudáva parametre kolektorov, ktoré ovplyvňujú ich životnosť a preto sa zákazník musel doteraz spoliehať viac-menej iba na údaje výrobcov. Zásadný zlom do tejto oblasti priniesla aplikácia normy EN , 2 v národných normách štátov EU. V ďalšom sa zameriame iba na jeden parameter dôležitý z hľadiska výkonových charakteristík kolektora počas jeho životnosti a to je stálosť optických vlastností selektívnej konverznej vrstvy. Doterajšie poznatky získané z rôznych experimentov dokazujú, že vplyvom termickej a koróznej degradácie konverzných vrstiev absorbérov sa ich energetická účinnosť časom postupne znižuje. Kinetika týchto degradačných procesov závisí od teplotného režimu pri prevádzkovaní kolektora (najmä prehrievaním absorbérov ako dôsledok rôznych porúch solárneho systému), jednak od korózneho namáhania, ktoré je úmerné stupňu koróznej agresivity atmosféry v príslušnej lokalite. U vákuových kolektorov je možnosť koróznej degradácie konverzných vrstiev vylúčená, pokiaľ sa neporuší ich vákuová tesnosť. Prax však ukazuje, že i renomovaní svetoví výrobcovia rúrových vákuových kolektorov majú často problémy s dosiahnutím ročnej životnosti. Tento problém odpadá u plochých kolektorov s vákuovou izoláciou, kde sa počas prevádzky vákuum periodicky obnovuje krátkodobým chodom vákuového čerpadla ovládaného elektronickým regulátorom. Väčšina výrobcov slnečných kolektorov uvádza dobu životnosti v rozpätí rokov, pričom argumentuje najmä použitím korózneodolných konštrukčných materiálov, ktorými sú najčastejšie meď, hliník, nehrdzavejúca oceľ, sklo, tepelná izolácia z minerálnych vlákien, kvalitné silikónové materiály. Skúsenosti z praxe pri dlhoročnom prevádzkovaní plochých kolektorov však ukazujú, že ďalším významným faktorom určujúcim životnosť kolektora je požiadavka dlhodobého zaistenia tesnosti skrine kolektora voči vnikaniu zrážkovej vody. Je zrejmé, že väčšiu spoľahlivosť poskytujú kompaktné (lisované) skrine pred skriňami zloženými z viacerých dielov, ktoré sú na spojoch tesnené pomocou rôznych tmelov a lepidiel. U selektívnych absorbérov sa zistilo, že na znižovanie energetickej účinnosti kolektora má podstatne väčší vplyv degradácia (zníženie) solárnej absorptivity konverznej vrstvy α s pred degradáciou (zvýšením) tepelnej emisivity ε T. U selektívnej vrstvy na báze niklom pigmentovaného anodického oxidu hlinitého, ktorá je použitá u všetkých typov slnečných kolektorov HELIOSTAR, boli na predchodcoch týchto nevákuových kolektorov, využívaných 10 rokov na poľnohospodárskej farme, uskutočnené merania degradácie optických charakteristík konverzného povrchu. Zistilo sa, že absorptivita nevykazuje merateľnú degradáciu (zníženie) a termická emisivita sa zvýšila z pôvodných 20 na 30 %. Z tepelnej bilancie kolektora bolo vypočítané zvýšenie tepelných A0410.doc 8/49 11/2003

10 radiačných strát pri zvýšení emisivity o 1 %, pre rôzne teploty povrchu absorbéra. Výsledky týchto výpočtov sú nasledujúce: ( Qr/ ε)60 C = 1,25 W m -2 ( Qr/ ε )80 C = 2,40 W m -2 Pri zistenej degradácii termickej emisivity povrchu o +10 % budú celkové tepelné straty 10-násobkom uvádzaných jednotkových strát: pri 60 C - 12,5 W m -2 pri 80 C - 24,0 W m -2 Pre kolektor HELIOSTAR možno očakávať absolútny pokles účinnosti pri G K = 800 W m-2 o hodnotu: pre teplotu absorbéra 60 C: (12,5/0,56*800)*100 = 2,8 % (z pôvodných 56 % na 53,2 %) pre 80 C: (24/0,43*800)*100 = 7,0 % (z pôvodných 43 % na 36 %) Vypočítané hodnoty absolútneho zníženia účinnosti kolektora nie sú zanedbateľné, avšak vzhľadom na 10 ročnú dobu exploatácie pri charakteristických povrchových teplotách absorbéra medzi C predstavuje priemerný pokles účinnosti o 5 %. Ak by ďalší priebeh degradácie pokračoval proporcionálne s časom, potom pri projektovanej životnosti kolektora 20 rokov nebude pokles stredného výkonu väčší ako 10 %. Zovšeobecnenie výsledkov uvedeného sledovania degradácie selektívnej vrstvy Ni-Al 2 O 3 je neprípustné. Vyplýva to z toho, že miera degradácie bude závislá na znečistení, resp. stupni koróznej agresivity atmosféry v danej lokalite. Zvýšený obsah kyslých zložiek (SO 2, NO x ) v atmosfére priemyselných oblastí alebo aerosolov v prímorských oblastiach, vytvára podmienky pre rýchlejší priebeh koróznej degradácie selektívnej vrstvy v porovnaní s uvádzaným príkladom exploatácie. Doteraz však žiadna skúšobňa kolektorov neuvádza výsledok testov, ktoré by vplyv atmosferických nečistôt na rýchlosť degradácie selektívnych vrstiev kvantifikovali. V tejto súvislosti je životnosť plochých vákuových kolektorov bezkonkurenčná. Periodická obnova nízkeho tlaku vo vnútri kolektora vylučuje možnosť kondenzácie vodných pár a tým aj korózneho poškodenia selektívnej konverznej vrstvy Užívateľský komfort Do tejto kategórie hodnotiacich kritérií, ktoré by potencionálny investor mal zohľadniť pri výbere vhodného typu slnečného kolektora, patria nasledovné požiadavky: minimálne nároky na obsluhu a údržbu variabilnosť montáže na rôzne druhy stavebných konštrukcií úroveň a dostupnosť servisných služieb možnosť recyklácie konštrukčných materiálov po vyradení kolektorov z prevádzky. Z výsledkov analýzy týchto kritérií vyplýva, že väčšie výrobné firmy spravidla dávajú na trh výrobky s vyšším užívateľským komfortom a poskytujú zákazníkovi väčšiu istotu v servise, na rozdiel od malých firiem, ktoré rýchlo vznikajú, ale aj zanikajú. Pre definitívne rozhodnutie je však potrebné každý prípad posudzovať osobitne na základe spoľahlivých informácií. 5. Časti solárneho systému 5.1. Slnečný kolektor Slnečné kolektory HELIOSTAR sú zariadenia na premenu slnečnej energie na nízkopotenciálové teplo, t.j. na energiu priamo využiteľnú človekom. Najčastejšie je to na ohrev vody a na prikurovanie. Žiarivá slnečná energia prechádza bezpečnostným, dobre priepustným sklom a je zachytená vysokoúčinnou selektívnou konverznou vrstvou vytvorenou na hliníkovej podložke. Z absorpčnej A0410.doc 9/49 11/2003

11 plochy kolektora prechádza teplo na medenú rúrku tvaru meandra alebo lýry a z nej ďalej do teplonosnej kvapaliny. Všetky funkčné časti kolektora sú uložené v priestore uzavretom medzi tvrdeným bezpečnostným krycím sklom a kompaktnou hliníkovou vaňou vyplnenou tepelnou izoláciou. Z dôvodu jednoduchosti montáže a prepravy sa kolektory vyrábajú s vonkajšími rozmermi cca 2 x 1 m. Ak jeden kolektor výkonom nestačí kryť spotrebu energie, spája sa viac kolektorov do jedného kolektorového poľa. Kolektory typu HELIOSTAR sú medziiným výhodné i preto, lebo sa dajú jednoducho spájať bez použitia ďalšieho vonkajšieho potrubia. Slnečné kolektory typu HELIOSTAR sú konštruované tak, aby na jednotku zastavanej plochy získali čo najväčšie množstvo energie. Sú určené pre celoročnú prevádzku, preto pracujú s oddeleným primárnym okruhom, ktorý je naplnený nemrznúcou teplonosnou kvapalinou. Sú určené na premenu energie, ale nie na jej akumulovanie. Preto je ich obsah čo najmenší a v prípade využívania na prikurovanie alebo na prípravu TÚV sa obvykle spájajú s príslušným zásobníkom teplej vody. Na priamy ohrev vody sa kolektory HELIOSTAR nesmú používať. Kolektorové pole, solárny potrubný okruh s príslušenstvom a výmenníkom tepla ( alebo solárny zásobník s výmenníkom) tvoria základ solárneho systému. Solárne systémy podľa počtu okruhov, ktoré sa môžu na kolektorové pole pripojiť, delíme na jedno-, dvoj- alebo trojokruhové. Viacokruhové systémy dokážu lepšie využiť tepelnú energiu získanú z kolektorov. Samozrejme sú i nákladnejšie a nezvyknú sa realizovať pre menší počet kolektorov ako 5. Podľa spôsobu zaistenia cirkulácie v primárnom okruhu delíme systémy na: Samoťažné, iným názvom gravitačné, v ktorých obeh teplonosnej kvapaliny vyplýva z rozdielu mernej hmotnosti studenej a teplej kvapaliny. Systémy s núteným obehom pomocou čerpadla. Samoťažná cirkulácia sa využíva väčšinou v jednookruhových systémoch. Kolektory s meandrovým absorbérom, t.j. vyrábané typové rady kolektorov HELIOSTAR 200, HELIOSTAR 202, HELIOSTAR 250+, HELIOSTAR 300+, HELIOSTAR 320 a HELIOSTAR 400 V sa pre stavbu samoťažných systémov nehodia. Pre samoťažné systémy sa vyrábajú kolektory s typovým označením HELIOSTAR 380. Pri samoťažných solárnych systémoch je celoročný energetický zisk nižší ako u systémov s nútenou cirkuláciou, čo súvisí so zníženou cirkuláciou pri malých výkonoch. THERMO SOLAR ŽIAR vyrába sedem typových radov slnečných kolektorov. Ich rozmery, kvalita a parametre selektívnej konverznej vrstvy sú rovnaké. Rozdiely sú v konštrukcii absorbérov a z toho vyplývajúcich hydraulických odporov a v usporiadaní vývodov. Zberné potrubia sú vo vnútri kolektorov. Krytie kolektorov je solárnym sklom. Všetky typy kolektorov HELIOSTAR je možné dodať s rámom eloxovaným v prírodnej alebo tmavobronzovej farbe Typový rad HELIOSTAR 200 Absorbér z hliníkovej zliatiny s SKV a meandrom z medených rúrok. Je využívaný pre vertikálnu montáž s obehovým čerpadlom. Kolektory sa zapájajú sériovo, maximálne 4 kusy v jednom rade Typový rad HELIOSTAR 202 Absorbér z hliníkovej zliatiny s SKV a meandrom z medených rúrok. Je určený pre vertikálnu montáž s obehovým čerpadlom. Zapája sa maximálne 8 kusov v jednom rade Typový rad HELIOSTAR 250+ Absorbér z hliníkovej zliatiny s SKV a meandrom z medených rúrok. Je využívaný pre vertikálnu montáž s obehovým čerpadlom. Kolektory sa zapájajú sériovo, maximálne 4 kusy v jednom rade Typový rad HELIOSTAR 300+ Absorbér z hliníkovej zliatiny s SKV a meandrom z medených rúrok. Je určený pre vertikálnu montáž s obehovým čerpadlom. Zapája sa maximálne 8 kusov v jednom rade. A0410.doc 10/49 11/2003

12 Typový rad HELIOSTAR 320 Absorbér z hliníkovej zliatiny a meandrom z medených rúrok. Je určený pre horizontálnu montáž s obehovým čerpadlom. Zapájajú sa maximálne 4 kusy v jednom rade Typový rad HELIOSTAR 380 Absorbér z hliníkovej zliatiny s SKV a lýrovým usporiadaním medených rúrok. Je určený pre vertikálnu montáž v samoťažných solárnych systémoch Typový rad HELIOSTAR 400V Absorbér z hliníkovej zliatiny s SKV a meandrom z medených rúrok. Je určený pre vertikálnu montáž s obehovým čerpadlom. Zapája sa maximálne 8 kusov v jednom rade. Bližšie technické údaje kolektorov sú uvedené v prílohe č Príslušenstvo kolektora Pod pojem príslušenstvo kolektora zahrňujeme tie časti primárneho okruhu, ktoré slúžia na prepojovanie kolektorov navzájom a na pripojovanie kolektorov k ostatným častiam solárneho systému. Ďalej sú to odvzdušňovacie prvky montované priamo na kolektor a púzdro senzora na snímanie teploty kolektora. Dodávajú sa ako základné, rozširovacie a odvzdušňovacie súbory pre jednotlivé typy kolektorov a sú uvedené v prílohe č.2. Všetky komponenty solárnych systémov dodávané firmou THERMO SOLAR ŽIAR sú schválené štátnymi skúšobňami. Senzor teploty kolektora sa montuje na krajný kolektor do senzorového púzdra, ktoré sa dotýka absorbéra Nosné konštrukcie Nosná konštrukcia spolu s kolektormi je vo väčšine prípadov na relatívne neprístupnom mieste a je pod stálym vplyvom vonkajšieho prostredia. Celohliníkové eloxované nosné konštrukcie nevyžadujú žiadnu údržbu a ich životnosť je zhodná so životnosťou kolektorov. Vyrábajú sa pre montáž kolektorov na plochú strechu, na šikmú strechu, alebo pre montáž priamo do strešnej konštrukcie, kde kolektory nahrádzajú krytinu. Nosné konštrukcie sa dodávajú vo vyhotovení pre výšky do +8 m, alebo zosilnené do výšky +20 m nad terénom. Pre väčšie kolektorové polia, alebo pre montáž vo výške nad 20 m je treba vyhotoviť projekt, ktorého časťou je i statický výpočet Výmenníky, solárne bojlery a zásobníky tepla Pre menšie solárne systémy sa používajú zásobníkové ohrievače vody s väčšou teplovýmennou plochou výmenníka než tie, ktoré sa pripájajú na kotol ústredného kúrenia. Zaužívaný názov pre ne je "Solárny bojler ". Objem bojlera volíme podľa predpokladanej spotreby teplej vody. Objem bojlera a plocha výmenníka sa pre konkrétne systémy prepočítajú úmerne podľa počtu kolektorov. Ďalšou dôležitou vlastnosťou solárneho bojlera z hľadiska jeho životnosti je jeho vnútorná povrchová úprava. Medzi korózne najodolnejšie patria vrstvy na báze teflónu, keramických povlakov a antikoróznych ocelí. Pri spájaní jednotlivých prvkov solárneho okruhu je potrebné dbať na to, aby nedošlo ku kombinácii materiálov vytvárajúcich korózne články. Pre väčšie solárne systémy, alebo všade tam, kde je potrebné oddeliť jednotlivé okruhy sa používa samostatný doskový protiprúdny výmenník. Jeho výhodou je: vysoká účinnosť malé rozmery A0410.doc 11/49 11/2003

13 S nižšou účinnosťou solárneho systému musíme počítať v prípade použitia duplikátorov (dvojitých plášťov) alebo jednoduchých rúrkových výmenníkov vstavaných v solárnych bojleroch. Koeficient prestupu tepla je v tomto prípade o jeden rád nižší, čo má za následok výraznejší pokles účinnosti v závislosti na teplotnom spáde. Takéto riešenie je však výhodné použiť v malých solárnych systémoch na prípravu TÚV, pretože nevyžadujú ďalšie obehové čerpadlo a sú prevádzkove a investične menej náročné. Ak sa solárny systém montuje do objektu, kde je už inštalovaný bojler na prípravu TÚV, je možné pred existujúci bojler predradiť solárny bojler s výmenníkom vhodnej veľkosti. Sériové zapojenie dvoch bojlerov (zásobníkov) môže byť často i výhodnejšie, pretože nedostatočné rozvrstvenie teplej a studenej vody v jednom bojleri (zásobníku), môže negatívne vplývať na energetickú účinnosť slnečných kolektorov. Studená voda sa môže v predradenom solárnom bojleri predohriať zo vstupnej teploty C na C i v obdobiach nižšej intenzity slnečného žiarenia (v zime). V doohrievacom bojleri stačí potom zvýšiť teplotu vody už s podstatne nižšou spotrebou energie z iných ako solárnych zdrojov, na požadovaných cca 55 C. Pri väčších solárnych bojleroch a zásobníkoch tepla je treba brať do úvahy aj nebezpečie rozmnoženia Legionell. Sú to valčekové baktérie, ktoré sú prirodzenou súčasťou každej sladkej vody a existujú vo viac ako 30-druhoch. Pre zdravie človeka sú však nebezpečné iba niektoré. K ich rozmnožovaniu dochádza najrýchlejšie v intervale teplôt 30 až 45 C. K infekcii môže dôjsť napr. inhaláciou kontaminovaného aerosolu počas sprchovania. V dôsledku horeuvedeného bol v odbornej literatúre publikovaný celý rad hydraulických schém veľkých solárnych systémov, ktorých podstata spočíva v oddelení veľkokapacitného zásobníka tepla (nádrží) od pohotovostného zásobníka TÚV o objeme max. 400 l výmenníkom tepla Obehové čerpadlo a spätná klapka Obehové teplovodné čerpadlo zaisťuje transport teplonosnej kvapaliny medzi kolektorom a výmenníkom tepla. Kolektory HELIOSTAR 202, 300+, 400V, 380 sa v jednom rade spájajú paralelne. Len kolektory HELIOSTAR 200, 250+ sa zapájajú sériove maximálne 4 ks. Tlaková strata na ľubovoľnom počte ostatných kolektorov HELIOSTAR pri prietoku 70 l h -1, pri teplote SOLAREN-EKO 50 C je do 8 ks približne 3 kpa. Týmto technickým požiadavkám vyhovie takmer každé teplovodné obehové čerpadlo ak splňuje podmienku, že sa môže použiť v obvode s roztokom propylénglykolu (výnimočne sa môže stať, že tesnenia v čerpadle pôsobením propylenglykolu zmäknú). Za veľmi vhodné pokladáme čerpadlá Grundfos. Sú spoľahlivé, ich montáž je jednoduchá, výkon je nastaviteľný v troch stupňoch. Keďže výkon väčšiny čerpadiel prevyšuje požadovanú hodnotu, do obvodu čerpadla je nutné zaradiť vhodný škrtiaci element. Vhodný je guľový kohút, alebo šupátko. Proti zamedzeniu cirkulácie kvapaliny v protismere sa do obvodu čerpadla musí namontovať spätná klapka. Môže byť vodorovná, alebo zvislá, na funciu to nemá vplyv Potrubie a izolácia Spojovacie potrubie primárneho okruhu solárneho systému musí byť dimenzované na teplotu 180 C a tlak podľa použitého poistného ventilu. Svetlosť potrubia sa určuje podľa jeho dĺžky a počtu kolektorov. Potrubie pre kolektory HELIOSTAR môže byť medené, alebo oceľové nepozinkované. Nesmie sa používať potrubie z plastov. Pre požadované teploty a tlaky známe výrobky nevyhovujú. Používanie pozinkovaných potrubí je zakázané, pretože SOLAREN-EKO neobsahuje pre tento prípad vhodné inhibitory korózie. Pre izoláciu platia také isté požiadavky, ako pre izoláciu akéhokoľvek teplovodného potrubia až na to, že izolačný materiál vo vonkajších priestoroch musí byť v nenavĺhavej úprave a stály voči pôsobeniu ÚV žiarenia. Zároveň je treba dbať na to, že pri výpadku obehového čerpadla teplota na prípojných miestach zberných rúr kolektora môže dosiahnúť 160 až 180 C. Preto na tieto časti primárneho okruhu, včítane častí potrubia medzi kolektorovým poľom a výmenníkom tepla A0410.doc 12/49 11/2003

14 nedoporučujeme používať izolácie na báze plastov, ale na báze minerálnych látok požadovaných vlastností, prípadne na báze prírodného kaučuku. Daným požiadavkám plne vyhovujú špeciálne tvarovky na potrubia, vyrobené z jemných sklenených vlákien s hydrofóbnou úpravou, známe pod obchodným názvom Therwoolin. Môžu byť kašírované hliníkovou fóliou opatrenou samolepkou alebo sa môžu na miestach, kde je to potrebné, obaliť do hliníkovej fólie so skeletom z oceľového drôtu, ďalším vhodným materiálom je AEROFLEX HT Odvzdušňovače Základným predpokladom dobrej cirkulácie teplonosnej kvapaliny je dokonalé odstránenie zvyškov vzduchu z hydraulického systému. Odvzdušňovač sa využíva na odvzdušnenie systému pri plnení a na odvedenie vzduchu, ktorý sa z teplonosnej kvapaliny postupne uvoľňuje vplyvom zohrievania. V zásade je možné využiť ručný odvzdušňovací ventil, odvzdušňovaciu nádobu s ručným výpustným ventilom, alebo vhodný automatický odvzdušňovač. Hlavne u automatických odvzdušňovačov treba dbať na to, aby v prípade, že sa montujú na kolektor, alebo na vetvu pred výmenníkom tepla, vyhovovali pre teploty do C, také však nie sú bežne k dispozícii. Obvyklé zapojenia sú preto: Odvzdušňovacia nádoba namontovaná v najvyššom bode systému (na výstupe z kolektorového poľa ) s vývodom a uzatváracím kohútom pod strešnou krytinou alebo ešte lepšie v mieste plnenia systému. V najvyššom bode systému je ručný odvzdušňovací ventil, ktorý sa využije pri prvom plnení. V ľahko prístupnej časti, za obehové čerpadlo je zaradený automatický absorpčný odplyňovač. Pri použití bežných uzatváracích a regulačných armatúr (kohúty, ventily), závitových spojov, expanzných nádob s gumovou membránou, nie je možné zabrániť veľmi pomalému avšak trvalému vnikaniu vzduchu difúziou do uzatvoreného primárneho okruhu. Negatívne dôsledky prítomnosti vzduchových bublín v primárnom okruhu sú nasledovné: zníženie účinnosti solárneho systému v dôsledku zníženia prietoku, zlý prestup tepla v kolektoroch a tepelnom výmenníku (zmenšenie dotykovej plochy), urýchlenie koróznych procesov a tým aj skrátenie životnosti systému, poškodenia obehového čerpadla (kavitačná erózia lopatiek obežného kola, opotrebenie ložiska). Popri bežne používaných spôsoboch odstraňovania vzduchu založených na použití odvzdušňovacích ventilov rôznej konštrukcie, existuje aj metóda využívajúca tzv. koalizačný efekt, na základe ktorého pracujú absorpčné odvzdušňovače Plniace čerpadlo Používa sa pri plnení solárneho systému pri výmene teplonosnej kvapaliny, alebo pri prípadnej poruche systému, ktorá súvisí so zavzdušnením, alebo únikom kvapaliny Expanzná nádoba a poistný ventil Solárny systém sa montuje zásadne ako uzavretý s uzavretou expanznou nádobou. Dimenzovanie expanznej nádoby vo všeobecnosti závisí od celkového objemu kvapaliny v systéme a od výkonu zdroja tepla. Pre solárne systémy sú výhodnejšie nádoby s vyšším pracovným pretlakom, systém je v tom prípade menej náchylné na zavzdušnenie. Menovitý objem expanznej nádoby je 6 litrov na kolektor. Maximálny pracovný pretlak je 600 kpa. Poistný ventil sa dimenzuje podľa max. pracovného pretlaku, ktorý je daný najčastejšie maximálnym pretlakom kolektora, alebo maximálnym pretlakom expanznej nádoby, ak je tento nižší. A0410.doc 13/49 11/2003

15 5.10. Ostatné prvky primárneho okruhu Sem patria funkčné prvky, ktoré funkciu solárneho systému nejakým spôsobom zlepšujú, ale solárne systém v princípe by mohlo pracovať i bez nich: Filter mechanických nečistôt zachytáva piliny a iné mechanické nečistoty, ktoré sa v systéme môžu objaviť hlavne počas montáže. Na trhu je viac druhov, vyberáme podľa priemeru potrubia. Tlakomer je dôležitý pri spúšťaní systému a pre jeho kontrolu počas prevádzky. Postačuje tlakomer s priemerom 63 mm, rozsah volíme podľa maximálneho pretlaku v systéme. Teplomer je najvhodnejší bimetalový so stopkou s rozsahom do 150 C. Montuje sa do potrubia prívodnej vetvy od kolektora pomocou na to určeného púzdra. Ak má regulátor zobrazenie teploty na display, bimetalové teplomery nie sú nutné. Prietokomer je výhodný pre pohodlné a rýchle nastavenie optimálnych prevádzkových parametrov solárneho systému Solárna inštalačná jednotka Je kompaktný celok malých rozmerov, ktorú dodáva firma THERMO SOLAR. Umožňuje jednoduchú a pohodlnú montáž solárneho systému so zníženým nárokom na odbornosť a pracovný čas. Dodáva sa vo viacerých vyhotoveniach s rôznymi typmi čerpadiel. Zvlášť sa dodávajú koncovky na pripojenie potrubia Elektronické regulátory Regulátor jednookruhového systému má za úlohu zopnúť obehové čerpadlo vždy, keď na kolektore je vyššia teplota než v spotrebiči tepla (vo väčšine prípadov v zásobníku TÚV). Regulátory viacokruhových systémov okrem toho ovládajú aj trojcestné ventily, ktoré prepínajú okruhy jednotlivých spotrebičov medzi sebou. Na trhu je viac druhov regulátorov zahraničnej aj domácej výroby. Ich cena sa odlišuje najmä preto, že tie drahšie z nich nameranú teplotu v rôznych bodoch systému aj zobrazujú. Je to výhodné najmä pri nastavovaní systému pri jeho spúšťaní do prevádzky. Filozofia prepínania okruhov viacokruhového systému je taká, že prednostne sa nabíja teplom okruh, ktorý pracuje pri najvyššej teplote. Ak sa dosiahla max. teplota tohoto okruhu, alebo intenzita slnečného žiarenia poklesne natoľko, že do tohoto okruhu sa už energia nemôže účinne odovzdávať, prepne sa samočinne na druhý, prípadne takým istým spôsobom na tretí okruh. Prvým okruhom vo väčšine prípadov je zásobník TÚV, druhým môže byť prikurovanie vnútorných priestorov, alebo vyhrievanie vody v bazéne, tretím okruhom vyhrievanie vody v bazéne. Každý regulátor je dodávaný so senzormi teploty a môže sa používať len s nimi, alebo so senzormi zhodných parametrov. Regulátory sú dodávané s návodmi postačujúcimi pre ich montáž. Z dôvodu bezpečnosti montovať ho smie len osoba s predpísanou elektrotechnickou kvalifikáciou pre montáž obvodov nízkeho napätia. Snímače teploty sú pripojené na obvody s bezpečným napätím. Výstupy na čerpadlo a trojcestné ventily sú pripojené na obvody s napätím 230V 50 Hz Iné Trojcestný ventil sa používa pre viacokruhové systémy. Je možné použiť rôzne ventily s menovitou svetlosťou cca 20 mm a ovládaním 230V 50 Hz. Teplonosná kvapalina. Podľa hygienických predpisov platných na Slovensku a v Čechách sa nesmú používať kvapaliny na báze etylénglykolu. Doporučujeme použitie kvapaliny na báze propylénglykolu s označením SOLAREN-EKO, ktorá neobsahuje ekologicky škodlivé fosfáty, amíny a dusitany. Používanie priameho ohrevu vody je zakázané. A0410.doc 14/49 11/2003

16 6. Návrh solárneho systému Množstvo získanej energie závisí nielen od kvality a počtu kolektorov, ale aj od optimálneho návrhu celého solárneho systému. Intenzita slnečného žiarenia sa mení v priebehu dňa i roka. Výkon kolektorov závisí od ich azimutálnej orientácie a sklonu, zemepisnej šírky, nadmorskej výšky, mikroklimatických podmienok, miesta umiestnenia (odrazy, tienenie a pod.). Jedným z problémov vyskytujúcich sa pri projektovaní solárnych systémov na prípravu TÚV a prikurovanie objektov je určenie reálneho tepelného zisku slnečných kolektorov v určitom časovom období (deň, mesiac) pre danú lokalitu. Znalosť týchto údajov umožňuje správne dimenzovanie nielen kolektorového poľa, ale aj tepelného výmenníka a zásobníka vody. Zdanlivým pohybom Slnka po oblohe v priebehu dňa a aj v celoročnom období je potrebné voliť vhodné sklony a orientáciu kolektorov. Pre dosiahnutie čo najväčšieho zisku energie je dôležité montovať kolektory v správnej polohe. Pre celoročnú prevádzku v našich zemepisných polohách optimálna poloha kolektora je, keď je natočený absorpčnou plochou v smere južnom a k vodorovnej sklonený pod uhlom 45. Odchýlka 30 od južného smeru spôsobuje len zanedbateľné straty. Kolektory sa montujú na pevnú konštrukciu. Uloženie kolektorov na stojany, ktoré sa natáčajú tak, aby kolektory sledovali zmenu polohy slnka sú nákladné a vzhľadom na malé zvýšenie zisku energie sa pri plochých kolektoroch nepoužívajú. Ak sa nedá dosiahnúť v praxi južná orientácia kolektorov, výhodnejšia je orientácia kolektorov smerom na juhozápad ako na juhovýchod, pretože v popoľudňajších hodinách sú vyššie teploty ovzdušia, je nižší výskyt jesenných hmiel a pod Výpočet veľkosti solárneho systému pomocou nomogramu Podľa prílohy č Priemerne využiteľná solárna energia (P s ) Letný polrok (IV.- IX.mesiac) Prechodné obdobie (jeseň, jar) P s = 3,5 kwh/m 2.deň (priemerná hodnota) 5,5 kwh/m 2.deň (max.hodnota) P s = 2,5 kwh/m 2.deň (priemerná hodnota) 3,5 kwh/m 2.deň (max.hodnota) 6.3. Systém na prípravu TÚV Denná spotreba TÚV (m): m = počet osôb x 50 l/deň Zvýšenie teploty vody ( T): T = požadovaná teplota - vstupná teplota Merná tepelná kapacita vody (c): c = 1, kwh kg -1 K -1 Potreba tepla (P u ): P u = m.c. T Príklad výpočtu solárneho systému pre 4-člennú domácnosť: Požadovaná teplota TÚV 45 C, vstupná teplota 10 C P u = , (45-10) = 8,12 kwh/deň Výpočet plochy kolektorov: Z energetickej bilancie vyplýva: P u = P s. η. A [kwh] η priemerná účinnosť solárneho systému: 0,5 [-] A0410.doc 15/49 11/2003

17 absorpčná plocha kolektora: A [m 2 ] A = P P η. s u [m 2 ] a) dimenzovanie systému pre letné obdobie: 8,12kWh / deň A ef = = 4, 64m 2 3,5kWh / m. deň.0,5 2 POZOR! Voľba: Vypočítaná plocha 4,64 m2 je účinná plocha absorbérov. Plocha absorbéra pre kolektor HELIOSTAR je 1,76 m2 a z toho 4,64:1,76 = 2,63, t.j. sú potrebné 3 kolektory. b) dimenzovanie systému pre prechodné obdobie: 8,12kWh / deň A ef = = 2,5kWh / m. deň.0,5 6, 5 2 m 2 Voľba: 6,50:1,76 = 3,69, t.j. sú potrebné 4 kolektory UPOZORNENIE: Pri vyššie uvedenom spôsobe určovania veľkosti kolektorového poľa pri južnej orientácii a sklonu od 35 do 50 je celoročný podiel krytia energie získanej z kolektorov cca 60-80% v závislosti na miestnych klimatických podmienkach Systém pre solárne prikurovanie Potreba tepla pre vykurovanie: 100 W m -2 (priemerná hodnota pre dom s nízkymi tepelnými stratami). Obytná plocha: A o [m 2 ] Potreba tepla na vykurovanie objektov: A o. 100 Wm -2 Príklad výpočtu pre rodinný dom 100 m 2 : Potreba tepla na vykurovanie = 100 m Wm -2 = 10 kw Kotol s 10 kw výkonom bude postačujúci pre konvenčné vykurovanie. Výkon kolektorového poľa: Globálna intenzita slnečného žiarenia: 800 Wm -2 (priemerná hodnota pri jasnej oblohe) ; 1000 Wm -2 (maximálna hodnota) Stredná účinnosť kolektora: 50 % Absorpčná plocha kolektora: 1,76 m 2 Výkon kolektora: 1,76 m Wm -2.0,5 = 704 W a) Výkon kolektorového poľa = potreba tepla na vykurovanie objektu pri intenzite ožiarenia 800 Wm -2 Počet kolektorov (n k ) n k. 704 W/kol = 10 kw 10kW n k = = 14, 2 ks kolektorov 0,704kW A0410.doc 16/49 11/2003

18 Voľba: 14, resp. 15 kolektorov b) Výkon kolektorového poľa = 70% potreby tepla na vykurovanie pri intenzite ožiarenia 800 Wm -2 10kW n k = 0,7 = 9, 94 ks kolektorov 0,704kW Voľba : 10 ks kolektorov Mnemotechnické pravidlo pre výpočet veľkosti kolektorového poľa: Plocha kolektorov = 0,25. obytná plocha Príklad výpočtu pre rodinný dom 100 m 2 : Plocha kolektorov: 0, m 2 = 25 m 2 Pri tomto spôsobe výpočtu sa berie pôdorysná plocha kolektorov, t.j. 2 m 2 /kolektor. 2 25m n k = = 12, 5 ks kolektorov 2 2m / kol Voľba: 12 ks kolektorov UPOZORNENIE: Vo výpočtoch sa predpokladalo použitie štandardných kolektorov. Celoročne docielené reálne úspory tepla na vykurovanie, pri dimenzovaní solárneho systému vyššie popísaným spôsobom, sa pohybujú v rozmedzí %. Je to spôsobené tým, že priemerná intenzita globálneho slnečného žiarenia a časové využitie kolektorov je výrazne nižšie, ako sa uvádza vo výpočtoch. To poukazuje aj na obmedzené možnosti takýchto výpočtov. 7. Montáž slnečného systému 7.1. Všeobecne Slnečné kolektory Heliostar majú kompaktnú konštrukciu. Sú odolné voči poškodeniu a ich inštalácia je jednoduchá, napriek tomu je treba spomenúť niekoľko zásad pre zaobchádzanie s nimi: Kolektory sa prepravujú v polohe ležatej v počte max. 12 kusov na sebe. Pri preprave musia byť zaistené proti posunutiu, na skle musí byť ochranný kartón a pri počte viac ako 3 ks nad sebou sa musia používať rozperné vložky podľa doporučenia výrobcu. V temperovaných skladovacích priestoroch sa kolektory môžu skladovať neobmedzenú dobu. Kolektor však nemá byť uložený tak, aby na absorbér dopadalo priame slnečné žiarenie, lebo sa môže nadmerne prehrievať a okrem iného, vplyvom extrémnych zmien teploty, môže vo vnútri kolektora kondenzovať voda. Montáž kolektorov sa s výhodou robí v suchom a teplom počasí, nemá sa však robiť pri prudkom slnku, aby sa absorbéry zbytočne nadmerne neprehrievali. Ak to nie je možné, doporučuje sa počas montáže ich vhodne zakryť, aby nedošlo k popáleniu montéra. Na upevnenie kolektorov doporučujeme používať celohliníkové, eloxované nosné konštrukcie, umožňujúce variabilnú montáž: nad krytinu šikmej (sedlovej) strechy na terén alebo rovnú strechu do výšky +8 m nad terénom A0410.doc 17/49 11/2003

19 na rovnú strechu do výšky +20 m nad terénom (zosilnená konštrukcia) integrované do šikmej strechy Výstupné rúry z kolektora nesmú byť namáhané silami, ktoré pôsobia na potrubie ohybovým a krútiacim momentom. Maximálny počet kolektorov HELIOSTAR 202, 300+, 400V namontovaných v jednom rade je 8, pričom musí byť zabezpečená tepelná dilatácia, ktorá je riešená na dodávaných nosných konštrukciách. Maximálny počet kolektorov HELIOSTAR 200, 250+, 320 zapojených v jednom rade je 4 ks. Ako teplonosná kvapalina sa smie používať iba SOLAREN-EKO s bodom tuhnutia -32 C. Používanie kolektorov na priamy ohrev vody ako aj doplňovanie primárneho okruhu vodou je zakázané. Výrobca odporúča zákazníkovi používať ním dodávané a štátnymi skúšobňami schválené príslušenstvo slnečných kolektorov, ktoré zaručuje optimálny výkon a spoľahlivý chod celého solárneho systému. Pri dodatočnej vonkajšej tepelnej izolácii kolektorov, hlavne materiálmi na báze minerálnych látok, je treba zabrániť vytváraniu kondenzačných zón na povrchu skrine kolektora, pretože môže dôjsť k jej koróznemu poškodeniu. Je to nebezpečné hlavne v tom prípade, ak vo vode rozpustné látky obsiahnuté v použitých izolačných materiáloch vykazujú silne alkalickú reakciu. Na túto skutočnosť treba dbať aj v prípade izolácií vstupných a výstupných potrubí do kolektorového poľa, kde doporučujeme pri montáži dodržať cca 5 mm medzeru medzi skriňou kolektora a príslušnou izoláciou potrubia. Slnečné kolektory typu HELIOSTAR sa radia medzi špičkové výrobky svojho druhu vo svete. Aby boli ich vlastnosti plne využité, vyžaduje to odbornú montáž a u zložitejších systémov aj vypracovanie kvalitného projektu. THERMO SOLAR ŽIAR doporučuje využitie služieb firiem zaoberajúcich sa touto činnosťou. Na požiadanie zašle THERMO SOLAR ŽIAR zoznam firiem, ktoré majú dostatočné praktické a teoretické skúsenosti s montážou kolektorov typu HELIOSTAR a pôsobia na území SR a ČR Typové schémy slnečných systémov Konkrétne solárne systémy sa od seba navzájom veľmi odlišujú. Rozdiely môžu byť v účele využívania, počte okruhov, spôsobe zapojenia, výkone systému, taktiež vo vlastnostiach skôr formálnych, ako napr. rozloženie dielov systému v priestoroch budovy, výber prvkov od rôznych výrobcov a pod. Napriek tomu je možné väčšinu solárnych systémov s neveľkou odchýlkou zaradiť do niekoľkých základných schém. Ich využitie najmä pri malých systémoch veľmi uľahčí výber, projektovanie a montáž. Sú dlhodobo overené v praxi a zaručujú optimálne využívanie slnečnej energie. V prílohe sú uvedené nasledujúce schémy zapojenia: Schéma zapojenia jednookruhového systému pre TÚV - príloha č.4 Schéma zapojenia dvojokruhového systému pre TÚV a bazén - príloha č. 5 Schéma zapojenia trojokruhového systému pre TÚV, kúrenie a bazén - príloha č. 6 Z literatúry i praxe sú známe aj iné schémy zapojenia solárnych systémov. Spojenie fotovoltaického panelu priamo s obehovým čerpadlom s jednosmerným motorom, ktoré môže fungovať ako jediný, alebo náhradný zdroj cirkulácie teplonosnej kvapaliny. Popri samoťažných systémoch je to jediný možný spôsob využívania termických slnečných kolektorov v oblastiach bez elektrickej siete. V prípadoch, kde uvedené zapojenie slúži ako náhradný zdroj pohonu čerpadla je toto riešenie obvykle investične náročnejšie ako potrebné zväčšenie objemu expanznej nádoby. Teplonosná kvapalina z kolektorového poľa sa priamo privádza do vykurovacích telies. Výhodou týchto zapojení sú nižšie investičné náklady (úspora výmenníka tepla a akumulačnej nádrže). Nevýhodou je, že teplo na vykurovanie je k dispozícii iba v dobe slnečného svitu a je A0410.doc 18/49 11/2003

20 potrebný veľký objem teplonosnej kvapaliny. Takéto zapojenia majú svoje opodstatnenie hlavne v objektoch s veľkou akumulačnou kapacitou tepla, napr. staré domy s objemným kamenným murivom a pod Montáž kolektorov Montáž kolektorov na šikmú strechu Pre montáž kolektorov na šikmú strechu nad krytinu sa dodáva nosná konštrukcia, ktorá zaručuje pohodlnú a rýchlu inštaláciu. Pritom pre väčšinu strešných krytín nie je potrebné robiť dodatočné oplechovanie, alebo iné utesňovanie strechy, lebo vďaka špeciálnym strešným hákom sa celistvosť pôvodnej krytiny neporuší. Konštrukcie sa predávajú pre 2 alebo 3 kolektory s možnosťou vzájomného spájania v jeden rad max. do 8 kolektorov. Pre spájanie konštrukcií pre väčší počet kolektorov ako 3 sa dodávajú jednoduché spojovacie profily z toho istého materiálu ako konštrukcia. Konštrukcia je kompletná, v každom balíku je priložený návod na montáž. V prípade, že sklon strechy sa odlišuje od požadovaných 45 o viac ako o 15 je možné kompletnú sadu doplniť o predĺžené podpery pre každý montovaný kolektor 1 kus. Tieto podpery sa vyrábajú v troch dĺžkach s korekciou uhla kolektorov voči streche takto: Tabuľka č. 2 dĺžka [ mm ] korekcia uhla [ ] Montáž kolektorov na plochú strechu Montáž kolektorov na plochú strechu, alebo akúkoľvek vodorovnú plochu sa dá s výhodou urobiť pomocou dodávanej konštrukcie. Ak sa kolektory montujú nad terén, alebo plochú strechu je žiadúce, aby spodná hrana kolektora bola najmenej 0,5 m nad terénom, alebo plochou strechou. Nosné konštrukcie na plochú strechu sú v dvoch vyhotoveniach, do výšky + 8 m a zosilnené do výšky + 20 m nad terénom. Vyrábajú sa vo veľkostiach pre 2 a pre 3 kolektory a môžu sa vzájomne spájať až do veľkosti pre 8 kolektorov. Konštrukcia sa dodáva kompletná i so spojovacím materiálom a v každom balíku je návod na montáž. Pre spájanie konštrukcií pre väčší počet kolektorov ako 3 je možné zakúpiť jednoduché spojovacie diely z toho istého materiálu ako nosná konštrukcia. Väčšinou sa nosné konštrukcie na plochú strechu upevňujú pomocou kotevných skrutiek. Nosnú konštrukciu vo vyhotovení do výšky + 8 m nad terénom je možné upevniť aj na betónové hranoly dĺžky cca 1500 mm položené na streche. Podmienkou je, aby hmotnosť betónového hranola bola minimálne 340 kg pre každý kolektor. Na zavetrenie konštrukcie slúžia zavetrovacie vzpery. Odporúča sa použiť pre každý rad nosnej konštrukcie pre 4 a viac kolektorov dva kusy zavetrovacej vzpery pod krajné kolektory. Pre sólo konštrukciu na 2 alebo 3 kolektory postačuje jedna zavetrovacia vzpera Montáž kolektorov integrovaných do strechy Montovať kolektory do strechy je výhodné najmä v tom prípade, keď sa slnečný systém montuje súčasne s výstavbou, alebo rekonšrukciou strechy budovy. Kolektory v takom prípade nahradzujú časť strešnej krytiny. A0410.doc 19/49 11/2003