THERMO SOLAR- POLSKA DZIERŻONIÓW Ul. SŁONECZNIKOWA 12 Woj. DOLNOŚLĄSKIE

Transkrypt

1 THERMO SOLAR- POLSKA DZIERŻONIÓW Ul. SŁONECZNIKOWA 12 Woj. DOLNOŚLĄSKIE , Fax:

2 SPIS TREŚCI 2 1. WSTĘP Podstawowe dane o promieniowaniu słonecznym Kolektory słoneczne-kryteria wyboru ENERGETYCZNY ZYSK CENA ŻYWOTNOŚĆ KOMFORT UŻYTKOWANIA Części KOLEKTOR SŁONECZNY Typowy szereg HELIOSTAR Typowy szereg HELIOSTAR Typowy szereg HELIOSTAR Typowy szereg HELIOSTAR Typowy szereg HELIOSTAR 400V WYPOSAŻENIE KOLEKTORA KONSTRUKCJE NOŚNE WYMIENNIKI, BOJLERY SOLARNE I ZASOBNIKI CIEPŁA POMPA OBIEGOWA RURY I IZOLACJE ODPOWIETRZENIE POMPA NAPEŁNIAJĄCA NACZYNIE PRZEPONOWE, ZAWÓR BEZPIECZEŃSTWA RESZTA ELEMENTÓW PIERWOTNEGO OBIEGU HYDRAULICZNEGO SOLARNA JEDNOSTKA INSTALACYJNA REGULATORY ELEKTRONICZNE INNE Projekt systemu solarnego WYLICZENIE WIELKOŚCI SOLARNEGO SYSTEMU Z POMOCĄ MONOGRAMU ŚREDNIA UŻYTECZNA ENERGII SŁONECZNEJ (P S ) SYSTEM DO PRZYGOTOWANIA C.W.U SYSTEM DO SOLARNEGO DOGRZEWANIA Montaż systemu słonecznego WIADOMOŚCI OGÓLNE TYPOWE SCHEMATY SYSTEMÓW SOLARNYCH MONTAŻ KOLEKTORÓW Montaż kolektorów na dach skośny Montaż kolektorów na dach płaski Montaż kolektorów w połać dachu MONTAŻ PIERWOTNEGO OBIEGU MONTAŻ REGULATORA I OBWODÓW ELEKTRYCZNYCH MIĘKKIE LUTOWANIE RUROCIĄGU MIEDZIANEGO MONTAŻ KOLEKTORÓW PRÓŻNIOWYCH Montaż rur pierwotnego obiegu Montaż elementów próżniowych Kontrola elementów obiegu próżniowego Obsługa i konserwacja NAPEŁNIANIE PIERWOTNEGO OBIEGU CIEPŁO-NOŚNĄ CIECZĄ KONTROLA SZCZELNOŚCI NASTAWIENIE PARAMETRÓW SOLARNEGO SYSTEMU KONTROLA SOLARNEGO SYSTEMU KONSERWACJA USTERKI I USUWANIE Przepisy i normy PRZEPISY BEZPIECZEŃSTWA...31

3 9.2. NORMY OCHRONA PRZED WYŁADOWANIAMI ATMOSFERYCZNYMI GWARANCJA Ekonomia a ekologia zastosowania kolektorów słonecznych ZAŁĄCZNIKI

4 4 1. WSTĘP Przedstawiony materiał zawiera podstawowe informacje potrzebne do projektowania, montażu systemów solarnych, wyboru kolektorów słonecznych, sposób ich użycia, informacje o komponentach produkowanych i sprzedawanych przez firmę THERMO/SOLAR oraz materiał przeznaczony dla projektantów, firm montażowych, użytkowników systemów do przygotowania ciepłej wody użytkowej, ogrzewania wody w basenach, dogrzewania pomieszczeń, obiektów i potrzeby przemysłowe. Osoby zainteresowane techniką solarną, więcej informacji mogą uzyskać bezpośrednio w firmie THERMO/SOLAR POLSKA lub w firmach projektowo-montażowych rozmieszczonych na terenie Polski (adresy firm na stronie THERMO/SOLAR ŻIAR Spółka z.o.o jest firmą powstałą w wyniku połączenia się firmy produkującej kolektory słoneczne w ówczesnej Czechosłowacji(mającej 20-letnie praktyczne doświadczenie w produkcji kolektorów) i THERMO/SOLAR Energietechnik Regensburg-największego producenta kolektorów słonecznych w Niemczech z 30 letnią praktyką. W wyniku tego połączenia produkowane są kolektory słoneczne pod nazwą HELIOSTAR. NAJWYŻSZĄ JAKOŚĆ kolektorów HELIOSTAR zawdzięczamy absorberowi pokrytemu wysokoselektywną warstwą absorpcyjną tlenków aluminium, czarnego chromu i konstrukcji. Kolektory słoneczne HELIOSTAR swoimi parametrami technicznymi, wysoką jakością i różnorodnością typów są jedynymi swojego rodzaju w Europie i świecie. Jakość i wydajność kolektorów jest potwierdzona badaniami renomowanych ośrodków badawczych tj. Solarenergie Prüfund Forschungsstelle Rapperswil w Szwajcarii, Institut für Solarenergie und Forschung, Hannover- Niemcy i potwierdzają je badania przeprowadzone przez Polską Akademię Nauk w Warszawie. Istnieje wiele możliwości ażeby zamienić promieniowanie słoneczne na ciepło użyteczne, co przedstawia rys. 1 Rys. 1 W dalszym tekście będziemy zajmować się problematyką związaną z cieczowymi kolektorami słonecznymi typu HELIOSTAR, produkowanymi przez firmę THERMO/SOLAR ŻIAR.

5 2. Podstawowe dane o promieniowaniu słonecznym. Pięć miliardów lat temu nie istniało ani Słońce, ani Ziemia. W tym obszarze galaktyki, który teraz nazywamy domem, kłębiła się wielka, rzadka chmura pyłu i gazu. Składała się ona przede wszystkim z wodoru i helu, które nadal są głównymi składnikami wszechświata, ale zawierała też nieco pyłu - drobiny cięższej materii, wyrzucone z umierających gwiazd. Chmura nie była jednorodna. Gęstość materii w pewnej części chmury była nieco większa od średniej. Przyciąganie grawitacyjne danego obiektu zależy od jego masy, a zatem obszar o większej gęstości przyciągał materię mocniej niż inne obszary. Wobec tego materia spływała do niego, jeszcze bardziej zwiększając zawartą w nim masę, a tym samym powodując wzmocnienie przyciągania grawitacyjnego. Ten lawinowy proces narastania gęstości spowodował, że cała chmura zaczęła się zapadać. Stało się to przyczyną dwóch zjawisk. Po pierwsze, ilość materii w centrum bardzo wzrosła i powstała olbrzymia kula o dużej gęstości. W miarę wzrostu gęstości, rosła też temperatura kuli. Po drugie, gdy kurczyła się chmura i narastała jej gęstość, rosła prędkość jej wirowania, a spływająca materia utworzyła płaski dysk prostopadły do osi obrotu. Chmura przybrała kształt naleśnika z łyżką masła po środku. Obie części były zbudowane z takiej samej materii, ale na obrzeżach dysku jej gęstość była znacznie mniejsza niż w centrum w dysku znalazł się 1% materii chmury, reszta skupiła się w części centralnej. Część centralna zmieniła się w gwiazdę - Słońce - natomiast z dysku planety, księżyce, planetoidy i komety. W miarę zapadania się części centralnej i gromadzenia w niej coraz większej ilości materii, wzrastała jej temperatura i gaz zaczął promieniować. Pod wpływem grawitacji kula zapadła się coraz bardziej, co powodowało kompresję i rozgrzanie spadającej materii. Temperatura wzrosła tak bardzo, że elektrony oderwały się od atomów; materia, od której miało powstać Słońce, przybrała postać gorącej mieszaniny ujemnie naładowanych elektronów i dodatnio naładowanych jąder atomowych. Fizycy nazywają materię w takim stanie plazmą. Słońce jest kulą gazową o promieniu ponad 700 tyś. Km złożoną w dużej mierze z wodoru 92% i helu 7,8%. Pozostałe 0,2% to takie pierwiastki jak węgiel, azot, tlen i żelazo. Na powierzchni Słońca panuje temperatura 5800 K. Gwiazda emituje energię w postaci dwóch rodzajów promieniowania. Pierwszym z nich jest promieniowanie widzialne-światło białe, natomiast drugi typ to promieniowanie niewidzialne podczerwone. Słońce znajduje się w odległości 15 milionów kilometrów od ziemi. Temperatura w centrum wynosi 15 milionów stopni Celsjusza, a moc, czyli ilość energii wyemitowanej w ciągu sekundy to 38 tysięcy trylionów kw. Intensywność promieniowania słonecznego w kierunku Ziemi wynosi 1350W/m2, z czego na poziomą powierzchnię Ziemi przenika przez atmosferę 1000 W/m2(przy bezchmurnym niebie). 5 Rys.2 Średnie wartości całkowitego promieniowania słonecznego. Z rysunku 2 wynika, że dyfuzyjne promieniowanie w Europie środkowej to 50-70% całkowitego promieniowania, a w zimie sięga ono 90%. Jest to jeden z powodów, dlaczego firma THERMO/SOLAR 8% skonstruowała i produkuje kolektory słoneczne z izolacją próżniową.

6 Przy projektowaniu systemów solarnych w konkretnych lokalizacjach należy skorzystać z danych stacji meteorologicznych o całkowitym promieniowaniu słonecznym i temperaturze zewnętrznej w czasie słonecznego blasku. Dane i wartości, które można wykorzystać: 6 Dzienne sumy całkowitego promieniowania słonecznego w Europie środkowej wahają się w stosunku 1:6 pomiędzy zimowym a letnim okresem. Roczne sumy całkowitego promieniowania słonecznego na poziomą powierzchnię w Polsce wahają się od 950 do 1200 kwh na m2, przy czym 75% tej wartości przypada na 6 letnich miesięcy-od kwietnia do września. Przy nachyleniu kolektora słonecznego pod kątem 45 od poziomu zwiększa się wyżej wymieniona suma o około 20%.

7 7 3. Kolektory słoneczne-kryteria wyboru. Efektywność systemu solarnego uzależniona jest od wyboru typu kolektora. W Polsce i w Europie mamy do wyboru bardzo dużo typów kolektorów w różnych cenach i jakości. Inwestor powinien zwrócić największą uwagę na następujące kryteria wyrobów różnych firm: Zysk energetyczny Cena Żywotność Komfort użytkowania 4.1. Energetyczny zysk. Energetyczna skuteczność jest zdefiniowana jako stosunek intensywności przepływu ciepła odebranego z kolektora do wydajności tj. intensywność promieniowania słonecznego padającego na transparentne pokrycie kolektora. Energetyczna skuteczność jest jednoznacznie gwarantowana: wielkością optycznych strat ilością strat ciepła Wielkość strat optycznych i strat cieplnych zobrazowana jest charakterystyką skuteczności kolektorów, której przebiegi dla różnych konstrukcji kolektorów pokazuje rys PRÓŻNIOWY RUROWY 2 PRÓŻNIOWY PŁASKI 3 SELEKTYWNY Z ZWYKŁYM SZKŁEM 4 NIESELEKTYWNY Z ZWYKŁYM SZKŁEM 5 ABSORBER BEZ ZASZKLENIA SPRAWNOŚĆ KOLEKTORÓW SŁONECZNYCH Rys.3.1 Ś W diagramie widzimy przebieg sprawności różnych konstrukcji kolektorów słonecznych. x = η = c o - c 1 x - c 2 G K x2 [-] ( T T ) m G Gdzie: k a [m 2 kw -1 ] c o stała wyrażająca maksymalną sprawnością kolektora tzn., kiedy średnia temperatura T m jest równa temperaturze powietrza otaczającego kolektor. c 1 stała wyrażająca straty ciepła kolektora [W m -2 K -1 ]

8 c 2 stała wyrażająca zakrzywienie zależności = f (x) (związek ze stratami ciepła) [W m -2 K -2 ] G k - intensywność całkowitego promieniowania słonecznego padającego na przeszkloną powierzchnię kolektora [W m -2 ]. Energetyczna sprawność kolektorów Heliostar była mierzona w Szwajcarii w Solarenergie Prüfund Forschungsstelle Rapperswill i potwierdzona przez P.A.N.w Warszawie. Zmierzone stałe wartości to: Kolektory Heliostar [ m 2 KW -1 ] [ m 2 KW -1 ] Standartowe c 0 = 0,8 c 1 = 4,17 c 2 = 0,01 Próżniowe c 0 = 0,8 c 1 = 2,61 c 2 = 0,0008 Próżniowe z kryptonem c 0 = 0,81 c 1 = 1,723 c 2 = 0,0127 Tabelka nr. 1 Przy ogrzewaniu wody w odkrytych basenach średnia temperatura ciepło-nośnej cieczy w kolektorze (Tm) jest prawie równa z temperaturą powietrza zewnętrznego (Ta), co na rys. 3 odpowiada punktowi x=0. W tym przypadku jest to tzw. maksymalna sprawność kolektora z selektywnym jak i nie selektywnym absorberem równa ok. 80%. Wyższą sprawność około 90% mają tylko najprostsze czarne, nie selektywne absorbery bez przezroczystego pokrycia (szkło, folia, pleksi itp.)gdzie nie ma optycznych strat. Odwrotnie natomiast w wymienionych warunkach najniższą sprawność- ok. 60% osiągają próżniowe rurowe kolektory słoneczne. Wyższe optyczne straty, w porównaniu z płaskimi kolektorami, są spowodowane wysokimi odbiciami na zakrzywionej szklanej rurze i niskiej średniej wartości absorpcyjnej powierzchni w stosunku do wymiaru zewnętrznego kolektora. Przy przygotowaniu ciepłej wody użytkowej, w większości przypadkach temperatura ciepło-nośnej cieczy w kolektorze (Tm) jest większa od temperatury zewnętrznej (Ta) o 40, K, co przy promieniowaniu słonecznym 800 W m -2 na rysunku 3.1 odpowiada punktowi x = 0,05. W tym przypadku sprawności kolektorów płaskich próżniowych i rurowych są jednakowe i dochodzi do wartości około 55%. W przypadku wyższych strat ciepła przez kolektor z nie selektywnym absorberem wartość ta wynosi około 40%. Najniższą sprawność do 20% ma kolektor z niepokrytym absorberem. W przypadku, gdy żądana różnica temperatur pomiędzy średnią temperaturą absorbera a otoczeniem wynosi 80 K przy promieniowaniu słonecznym 800 W m -2 odpowiada tym warunkom punkt x = 0,1. W punkcie x= 0,1 najwyższą sprawność około 45% ma rurowy próżniowy kolektor gdzie, wpływ wysokiej próżni jest eliminowany stratami konwekcji i przewodzenia ciepła. Dobry płaski selektywny kolektor ma w tym punkcie najwyższą sprawność 28%. Płaski nie selektywny kolektor z niepokrytym absorberem w tym przypadku jest nie użyteczny. Z diagramu charakterystyk różnych typów kolektorów słonecznych wynika, że decydującym kryterium wyboru konstrukcji kolektorów jest zamiar przeznaczenia używania kolektora. Niekryte absorbery (przeważnie plastikowe) są tylko efektywnie wykorzystane w czasie sezonowego ogrzewania wody w basenach. Z drugiej strony bardzo drogie próżniowe rurowe kolektory mają zastosowanie w tych przypadkach gdzie wykorzystuje się wyższe temperatury np. C.O, albo tam gdzie intensywność promieniowania słonecznego jest bardzo mała np. Europie w północnej. Płaskie kolektory słoneczne z wysoko selektywną warstwą absorpcyjną sa bardzo korzystne do całorocznego przygotowania ciepłej wody użytkowej i niskotemperaturowego ogrzewania w okresie przejściowym w naszych szerokościach geograficznych (środkowa i zachodnia Europa). W przypadku ogrzewania pomieszczenia wskazane jest, aby w okresie letnim nadmiar ciepła wykorzystać do ogrzania wody w basenie. 8

9 Rzeczywiste osiągnięte parametry kolektorów różnych producentów w ramach danej grupy mogą się bardzo różnić w zależności od detali, jakości warstwy absorbera i rodzaju pokrycia kolektora (szkło, pleksi itp.). Specyficzny charakter ma przebieg próżniowej charakterystyki płaskiego próżniowego kolektora. Jego optyczna sprawność wynosi prawie 80%- jak w płaskich kolektorach z transparentnym pokryciem z tym, że krzywa w wyższych temperaturach ( T) przebiega pomiędzy krzywą 1 i 3 to znaczy między kolektorem próżniowym rurowym a płaskim z selektywną powłoką absorbera Graniczne ciśnienie, gdy przestaje się opłacać przewodzona strata ciepła, która w przybliżeniu wynosi 2 x 10 4 Pa. 2. Między ciśnieniem 2 x 10 4 a 100 Pa straty ciepła są na wewnętrznym ciśnieniu niezależnym. 3. Przy obniżeniu ciśnienia o 100 Pa zaczyna się opłacać wpływ redukcji strat ciepła przewodzonego. Ten typ kolektora w znacznej mierze przewyższa parametry kolektorów tradycyjnych, przede wszystkim w realnej optycznej sprawności oraz w niskich stratach ciepła w obszarze pracy przy wyższych temperaturach Cena Cenę kolektora możemy wyliczyć na podstawie kosztu ceny jednej, kwh uzyskanej z instalacji solarnej. I tak dobrze zaprojektowana instalacja w warunkach polskich może zaoszczędzić od 60 do 80 % energii niezbędnej do przygotowania ciepłej wody użytkowej, i od 20 do 40% ciepła niezbędnego do dogrzewania (niskotemperaturowe ogrzewanie podłogowe lub ścienne). Koszty wytwarzania ciepła słonecznego określa się stosunkiem: koszt ciepła słonecznego do iloczynu rocznego zysku energetycznego i żywotności. Całkowity koszt przedstawia sumę kosztów inwestycyjnych i użytkowania na okres żywotności urządzenia. Dla zaspokojenia 70% zapotrzebowania ciepłej wody użytkowej dla 4 osobowej rodziny należy zamontować 3 kolektory Heliostar 200, 300- litrowy zasobnik C.W.U wraz z pozostałą armaturą. W tym przypadku wydatki na 1 kwh ciepła przy poziomie cen z 2002 roku są następujące: koszty inwestycyjne ( dostawa pod klucz) max zł, koszty użytkowania ( 0,5 % nakładów) inwestycyjnych x okres żywotności) =1250 zł, roczny zysk energetyczny ( 1 kolektor Heliostar 200 produkuje ok 1080 kwh/rok w zalezności od lokalizacji ) = 3240 kwh /rok, żywotność instalacji 25 lat plus cena pozyskania i koszty użytkowania ciepła słonecznego przy tych warunkach wynosi ( zł zł) : (3240 kwh/rok X 25 lat) = 0, zł / kwh W tabeli nr. 2 przedstawiamy wartości z publikowanych protokołów Solarenergie Prüf-und Forschungsstelle Rapperswil. Jest to cenowy przegląd celowo wybranych kolektorów, które były testowane w latach cena [ ] [ DM / m ] DM W = / 2 800W / m.η Rodzaj kolektora Cena DM/m 2 Cena DM/ W x=0,05 Cena DM/ W x=0,1 Ilość testowanych kolektorów Nie selektywne ,11-1,57 4,15-10,42 7 Selektywne ,69-1,88 1,28-3,59 28 Rurowe próżniowe ,49-4,18 2,83-4,85 9 Tabela nr 2

10 Z tabeli nr 2 wynika, że relatywnie najkorzystniejszą ceną mocy w całym zakresie używanych temperatur osiągają płaskie kolektory z selektywnym pokryciem powierzchni absorbera. Największa ilość testów tych typów dokumentuje o największym przedstawicielstwie właśnie tych kolektorów na rynku. Kolektory z nieselektywnym absorberem wykazują w przybliżeniu jednakowe parametry ceny mocy jednej kwh przy x=0,05 jak selektywne, ale zasadniczo mniej korzystna sytuacja w obszarze wyższych temperatur (przy x=0,1) Żywotność. Do tej pory żadna instytucja testująca kolektory słoneczne nie podaje parametrów, które mówią o żywotności kolektorów, inwestor sam musi polegać na zapewnieniu producenta. Przełom w tej zasadzie wnosi norma ISO obowiązująca w Unii Europejskiej. W dalszym tekście zwrócimy uwagę na jeden bardzo ważny parametr z punktu widzenia charakterystyk wydajności kolektora podczas jego żywotności, to znaczy stałych optycznych własności warstwy selektywnej. Dotychczasowe wiadomości i dane uzyskane z różnych źródeł i eksperymentów świadczą, że wpływ termicznej i korozyjnej degradacji warstw absorberów postępując obniża się, co ma wpływ na ich energetyczną sprawność. Kinetyka procesów degradacji zależy od reżimu temperatury użytkowanego kolektora (nadmiernego przegrzewania absorbera na skutek awarii solarnego systemu, wadliwej pracy pompy obiegowej, braku prądu),od nadmiernej ilości szkodliwych agresywnych gazów w powietrzu, różnych lokalizacji. W próżniowych kolektorach nie ma możliwości degradacji absorpcyjnej warstwy absorbera, spowodowanej otaczającym powietrzem, ponieważ są hermetycznie szczelne i panuje w nich próżnia 100 Pa. Praktyka jednak pokazuje, że renomowani światowi producenci rurowych próżniowych kolektorów mają często problem z uzyskaniem rocznej żywotności. Większość producentów przewiduje żywotność kolektorów w rozpiętości lat, przy czym argumentują żywotność kolektora użyciem anty-korozyjnych materiałów konstrukcyjnych, którymi są najczęściej: miedź, aluminium, nierdzewna stal, szkło, izolacja cieplna z włókien mineralnych i bardzo dobrej jakości materiały sylikonowe. Doświadczenie i praktyka w czasie kilkunastoletniej eksploatacji kolektorów HELIOSTAR pokazały, że żywotność kolektora jest w bardzo dużym stopniu uzależniona od szczelności skrzyni kolektora wobec wnikania do niej pary wodnej. Oczywiste jest to, że kompaktowa wanna (wytłoczka) jest doskonalszym elementem kolektora od skrzyń złożonych z elementów, których połączenia uszczelniane są za pomocą kitu lub klejów. W praktyce sprawdziło się, że na obniżenie energetycznej sprawności kolektora ma zasadniczo większy wpływ degradacja (obniżenie) solarnej absorpcji wierzchniej warstwy α s przed degradacją (zwiększeniem)emisji cieplnej ε T. W selektywnej warstwie anodowego tlenku aluminium pokrytego pigmentowanym czarnym chromem, która była używana we wszystkich typach kolektorów słonecznych HELIOSTAR przed poprzednikami nie próżniowych kolektorów używanych 10 lat na farmie, bez przerwy mierzona była degradacja optycznych charakterystyk powierzchniowej warstwy absorbera. Potwierdziło się, że absorpcja nie wykazuje pomiaru degradacji (obniżenia), a termiczna emisja zwiększyła się z dopuszczalnych 20 na 30%.Z bilansu ciepła kolektora było wyliczone zwiększenie radiacyjnych strat ciepła przy zwiększonej emisji ciepła o 1% dla różnych temperatur powierzchni absorbera. Wyniki tych wyliczeń są następujące: ( Qr/ ε)60 C = 1,25 W m -2 ( Qr/ ε)80 C = 2,40 W m -2 Przy stwierdzonej degradacji termicznej emisji powierzchni o +10 % będą całkowite straty ciepła wyliczone w jednostkach strat: przy 60 C - 12,5 W m -2 przy 80 C - 24,0 W m -2 Dla kolektora HELIOSTAR można oczekiwać spadku sprawności przy promieniowaniu GK = 800 W m2 o wartość: przy temperaturze absorbera 60 C: (12,5/0,56*800)*100 = 2,8 % (z początkowych 56 % na 53,2 %) 10

11 Przy 80 C: (24/0,43*800)*100 = 7,0 % (z początkowych 43 % na 36 %) Wyliczone wartości obniżenia sprawności kolektora nie są zlekceważone, jednak biorąc pod uwagę 10-cio letni czas eksploatacji przy charakterystycznych temperaturach pracy absorbera pomiędzy C przedstawiają średnie obniżenie sprawności o 5 %. Jeżeli dalszy przebieg degradacji będzie proporcjonalnie postępował w czasie, to wówczas przy projektowanej żywotności kolektora na 25 lat spadek sprawności nie przekroczy 10%. Z podsumowanych wyników obserwacji degradacji selektywnej warstwy Ni-Al 2 O 3 oznacza, że są one niedopuszczalne. Wynika z tego to, że miarą degradacji będzie zależeć od wpływu agresywnych związków atmosfery w danej lokalizacji. Zwiększona zawartość związków (SO 2, NO x ) w atmosferze obszarów przemysłowych, jodu na terenach nadmorskich stwarza doskonałe warunki do szybszego przebiegu korozyjnej degradacji selektywnej warstwy absorbera z porównanym przykładem eksploatacji. Do tej pory jednak żadna instytucja testująca kolektory nie opublikowała wyników testów, które by miały na celu stwierdzić wpływ atmosferycznych zanieczyszczeń na szybkość degradacji selektywnej warstwy. W tej sytuacji żywotność kolektorów płaskich cieczowych próżniowych jest bezkonkurencyjna. Niskie ciśnienie (próżnia 100 kpa) wewnątrz kolektora eliminuje wytwarzanie się pary wodnej, która ma negatywny wpływ na korozyjne uszkodzenie selektywnej warstwy absorbera. W pozostałych rodzajach kolektorów HELIOSTAR problem parowania rozwiązany jest poprzez specjalny system przewietrzania komory wewnętrznej Komfort użytkowania Do tej kategorii wartościowych kryteriów, o których miałyby zadecydować potencjalny inwestor przy wyborze typu kolektora słonecznego, decydują następujące zalety: minimalne koszty na obsługę i konserwacje różnorodny montaż: dach płaski, skośny, ściana, teren prosty serwis możliwość ponownego przetworzenia konstrukcyjnych elementów wyeliminowanych kolektorów z pracy. Z analizy tych kryteriów wynika, że duże firmy z zasady dostarczają na rynek produkty z wyższym komfortem użytkowania i udzielają rzemieślnikowi większego zabezpieczenia serwisu. Inaczej jest to w małych firmach, które jak szybko powstają tak szybko znikają Części 5.1. Kolektor słoneczny Kolektory słoneczne HELIOSTAR są to urządzenia służące do zamiany energii słonecznej na nisko potencjalne ciepło, tzn. na energię bezpośrednio użyteczną przez ludzi, najczęściej używane do ogrzewania wody i pomieszczeń. Promieniowanie słoneczne przechodzi przez bardzo dobrze przepuszczającą hartowaną szybę na wysokoselektywną warstwę absorbera aluminiowego, następnie z absorbera ściśle zaciśniętego wokół wężownicy do ciepło nośnej cieczy solarnej. Wszystkie funkcyjne części kolektora są ułożone w hermetycznie zamkniętej powierzchni pomiędzy hartowaną szybą a kompaktową wanną wypełnioną izolacją cieplną. Dla uzyskania wygodnego montażu i transportu kolektory produkowane są w wymiarach zewnętrznych 2000x1000 mm., Jeżeli jeden kolektor nie zabezpieczy żądanej mocy wówczas

12 łączymy więcej kolektorów w jedno pole. Kolektory HELIOSTAR bardzo wygodnie łączy się między sobą szybko-złączkami bez użycia innych elementów. Kolektory słoneczne HELIOSTAR są skonstruowane tak, aby z jednej jednostki powierzchni zyskać jak najwięcej energii. Są one przeznaczone do całorocznej pracy i dlatego pracują w oddzielnym obiegu pierwotnym, który jest napełniony niezamarzającą cieczą ciepło nośną. Kolektory te służą do zamiany i transportu energii, (ale nie do akumulacji), dlatego objętość cieczy w wężownicy jest jak najmniejsza. Kolektorów HELIOSTAR nie wolno wykorzystywać do bezpośredniego podgrzewania wody. Kolektorowe pole pierwotny obieg z akcesoriami i wymiennikiem ciepła ( zasobnik solarny z wymiennikiem) tworzy podstawowy system solarny. Systemy solarne według ilości obiegów, które można podłączyć do pola kolektorowego, dzielimy na jedno-, dwu- lub trój obiegowe. Jeżeli system posiada więcej niż trzy obiegi, wówczas energię uzyskaną z kolektorów słonecznych można wykorzystać do maksimum(do ogrzania C.W.U i wody w basenie, do dogrzewania pomieszczeń, a pozostałą energię do grzania kolektora ziemnego glikolowej pompy ciepła). Systemy te są bardziej skomplikowane i droższe. Nie zaleca się konstruowania ich z mniejszej ilości niż 5 kolektorów. Pod względem sposobu cyrkulacji w pierwotnym obiegu systemy dzielimy na: 12 grawitacyjne, czyli takie, w których obieg ciepło nośnej cieczy wynika z różnicy ciężaru właściwego zimnej i ciepłej cieczy. systemy z wymuszonym obiegiem za pomocą pompy. Samoczynną cyrkulację używamy tylko w bardzo prostych jedno obiegowych systemach. Kolektory z wężownicowym absorberem to: HELIOSTAR 200, HELIOSTAR 202, HELIOSTAR 320 i HELIOSTAR 400V. Do systemów grawitacyjnych produkowane są kolektory z oznaczeniem, HELIOSTAR 380, które dostarcza się z kompletną armaturą ( specjalny bojler i konstrukcję nośną). W systemach grawitacyjnych całoroczny zysk energetyczny jest mniejszy niż w systemach z wymuszonym obiegiem. ` Firma THERMO SOLAR produkuje 5 typów kolektorów słonecznych. Ich rozmiary, jakość i parametry selektywnej warstwy absorbera są jednakowe. Różnice są tylko w konstrukcji absorbera i wężownicy, wynikające z oporu przepływów cieczy ciepło nośnej i rodzajów wyjść z kolektora. Zbiorcze rury znajdują się wewnątrz kolektorów. Kolektor pokryty jest solarnym szkłem z antyrefleksyjną powłoką tyu SOLITE( import z amerykańskiej firmy AFG).Wszystkie typy kolektorów HELIOSTAR dostarczane są z katodowanymi aluminiowymi ramami zewnętrznymi koloru srebrnego lub ciemnego brązu Typowy szereg HELIOSTAR 200 Absorber z aluminiowego stopu SKV i spiralą z miedzianych rurek. Jest używany do montażu w pozycji pionowej z pompą obiegową. Kolektory łączy się szeregowo, maksymalne 4 sztuki w jednym rzędzie Typowy szereg HELIOSTAR 202 Absorber z aluminiowego stopu SKV i spiralą z miedzianych rurek. Jest używany do montażu w pozycji pionowej z pompą obiegową. Montuje się maksymalnie 8 sztuk w jednym rzędzie Typowy szereg HELIOSTAR 320 Absorber z aluminiowego stopu SKV i spiralą z miedzianych rurek. Jest przeznaczony do montażu w pozycji poziomej z pompą obiegową. Montuje się maksymalnie 4 sztuki w jednym rzędzie.

13 Typowy szereg HELIOSTAR 380 Absorber z aluminiowego stopu SKV i spiralą z miedzianych rurek. Jest używany do montażu w pozycji pionowej. Kolektor przeznaczony do systemów grawitacyjnych Typowy szereg HELIOSTAR 400V Absorber z aluminiowego stopu SKV i spiralą z miedzianych rurek. Jest używany do montażu w pozycji pionowej z pompą obiegową. Montuje się maksymalnie 8 sztuk w jednym rzędzie. Szczegółowe dane techniczne w załączniku nr Wyposażenie kolektora Wyposażenie kolektora, to te części obwodu hydraulicznego, które służą do łączenia kolektorów między sobą oraz do podłączania kolektorów do innych części urządzenia słonecznego. Następnie są to części służące do odpowietrzania, montowania wprost w kolektorze oraz puszka czujnika temperatury kolektora. Kiedy obwody hydrauliczne urządzenia słonecznego zostaną połączone rurami miedzianymi, wówczas do montażu wystarczą następujące części: złączka, wieko i korek z odpowietrznikiem. Jeżeli złącza zrobione są za pomocą rur stalowych, należy dodatkowo użyć części mosiężnych z gwintem, które podłącza się do wyjścia z kolektora słonecznego. Podstawowe zespoły montażowe, rozszerzające i odpowietrzające pokazane są w załączniku nr. 2 Wszystkie komponenty systemu solarnego posiadają certyfikaty państwowe i dostarczane są przez firmę THERMO SOLAR POLSKA. Sensor (czujnik) temperatury kolektora montuje się do gniazda, które bezpośrednio dotyka do absorbera Konstrukcje nośne. Konstrukcja nośna wraz z kolektorami jest w większości przypadków umieszczona w nieprzystępnych miejscach i jest pod stałym działaniem warunków atmosferycznych. Z tego powodu, że konserwacja, ewentualnie wymiana, jest pracochłonna, należy poświęcić więcej uwagi podczas jej wyboru i montażu. Thermo-solar produkuje konstrukcje nośne do montażu kolektorów na dachach płaskich, na dachach skośnych, oraz do montowania w konstrukcji dachu jako jej nieodłączną część. Konstrukcja nośna jest aluminiowa i nie wymaga żadnej konserwacji. Trwałość jej jest taka sama jak trwałość kolektorów. Zasady montażu konstrukcji nośnych zamieszczone są w instrukcji. Spis podzespołów i instrukcję montażu zawiera każdy zestaw oraz załącznik do niniejszej instrukcji. 5.4 Wymienniki, bojlery solarne i zasobniki ciepła. Do instalacji solarnych używa się bojlery z większą powierzchnią wymiennika niż te, które podłącza się do pieca centralnego ogrzewania. Używa się dla nich nazwy "bojler solarny". Objętość bojlera wybieramy według prawdopodobnego zapotrzebowania na ciepło albo ciepłą wodę użytkową. Związek między objętością bojlera, a powierzchnią wymiennika dla konkretnego systemu wyliczamy według ilości kolektorów. Do małych systemów solarnych używamy podgrzewaczy wody z większą ciepło-wymienną powierzchnią wymiennika ciepła, i innych niż te, które używa się w tradycyjnych ogrzewaczach podłączonych do tradycyjnego kotła. Takie podgrzewacze nazywamy solarnym bojlerem. Pojemność, objętość bojlera uzależniona jest od zapotrzebowania na ciepłą wodę. Objętość bojlera i powierzchnie wymiennika dla konkretnej instalacji solarnej dobieramy na podstawie ilości kolektorów. Kolejną ważną własnością bojlerów solarnych jest żywotność i wewnętrzna powłoka. Obecnie produkowane przez renomowane firmy bojlery solarne posiadają powłoki ceramiczne na bazie teflonu lub w całości z nierdzewnej stali. Przy łączeniu elementów solarnego obiegu należy dbać o to, żeby nie doszło do kombinacji materiałów wytwarzających korozje.

14 Przy większych systemach solarnych, albo wszędzie tam, gdzie potrzebne jest oddzielenie jednego obiegu od drugiego, używamy płytowych lub rurowych wymienników ciepła. Zaletą wymienników jest: Wysoka wydajność. Małe wymiary. Z niższą wydajnością solarnego systemu musimy się liczyć w przypadku użycia podróbek albo prostych wymienników rurowych wstawianych do bojlerów. Współczynnik przepływu ciepła w tym przypadku jest o połowę niższą, a wyraża się to obniżeniem wydajności w zależności od różnicy temperatur. Takie rozwiązanie jest korzystne tylko w małych systemach solarnych (np. do przygotowania C.W.U.), ponieważ nie wymagają dodatkowej pompy obiegowej i są wiele tańsze. Jeżeli system solarny montuje się w obiekcie gdzie zainstalowany jest już bojler C.W.U, można przed mim zainstalować bojler solarny z wymiennikiem o odpowiedniej wielkości. Szeregowe połączenie dwóch bojlerów (zasobników), może być dobrym rozwiązaniem, ponieważ niedostateczne rozwarstwienie ciepłej i zimnej wody w jednym z bojlerów, może negatywnie wpływać na energetyczną sprawność kolektorów słonecznych. Zimna woda w pierwszym zasobniku może się ogrzać z wstępnej temperatury: C na C w czasie niższej intensywności promieniowania słonecznego w okresie zimowym. Wodę w drugim bojlerze wystarczy tylko dogrzać z innych źródeł ciepła np.: piec C.O, grzałkę elektryczną do żądanej temperatury. W dużych zasobnikach ciepła i bojlerach należy wziąć pod uwagę niebezpieczne rozmnożenie się bakterii Legionelli. Są to bakterie, które żyją w każdej słodkiej wodzie. Jest ich 30 rodzajów, ale tylko niektóre są niebezpieczne dla człowieka. Najszybciej rozmnażają się w temperaturze od 30 do 45 C. Do infekcji może dojść podczas kąpieli pod natryskiem w czasie wdychania pary wodnej, i wskazane jest, co pewien czas podgrzanie wody do temperatury powyżej 50 C, w której bakterie giną Pompa obiegowa Pompa obiegowa zabezpiecza nam transport cieczy ciepło nośnej pomiędzy kolektorem słonecznym, a wymiennikiem ciepła. Strata ciśnienia w zespole 8 sztuk kolektorów HELIOSTAR podczas przepływu cieczy ciepło nośnej SOLAREN-EKO o temperaturze 50 C wynosi około 3 kpa. Tym wymogom technicznym odpowiada niemal każda pompa ciepłowodna, jeśli spełnia warunek, że może być zastosowana w obwodzie z roztworem propylenoglikolu (w wyjątkowych przypadkach może dojść do tego, że uszczelki w pompie pod wpływem propylenoglikolu zmiękną). Odpowiednimi pompami są pompy firmy Grundfos. Są niezawodne, montaż jest prosty a moc można regulować trójstopniowo Rury i izolacje Rury łączące pierwotnego obiegu systemu solarnego muszą być odporne na temperaturę 180 C i ciśnienie według użytego zaworu bezpieczeństwa. Ich średnicę dobieramy w zależności od ilości kolektorów i długości rurociągu. Rury mogą być miedziane lub stalowe czarne. Zakazane jest używanie rur plastikowych i stalowych ocynkowanych ( plastikowych ze względu na temperaturę cieczy ciepło nośnej, ocynkowanych ze względu na reakcje cynku ze składnikami propylenoglikolu). Przy izolacji obowiązują te same kryteria. Poza tym izolacja musi być odporna na zawilgocenie, działanie warunków atmosferycznych i promieniowanie ultra fioletowe. W przypadku awarii pompy obiegowej lub braku napięcia w sieci, temperatura na wyjściu z kolektora może wzrosnąć do 180 C, a w próżniowym do 210 C. Do izolowania pierwotnego obiegu używamy izolacji wyprodukowanych na bazie wełny mineralnej spełniającej wyżej wymienione kryteria i właściwości. Do tych warunków w pełni nadają się specjalne kształtki na rury, wykonane z nie wilgotniejących drobnych włókien szklanych, znanych pod nazwą Therwoolin. Mogą być naklejone na folię aluminiową,

15 albo tam gdzie to jest konieczne, okryte folią aluminiową z siatką stalową. W obu przypadkach klienci mogą zakupić je bezpośrednio w firmie Thermo/Solar -Polska Odpowietrzenie Podstawowym warunkiem poprawnego krążenia cieczy ciepło-nośnej jest idealne usunięcie resztek powietrza i gazów z pierwotnego obiegu systemu hydraulicznego. Z tego powodu najczęściej spotykanymi podłączeniami do systemu hydraulicznego są naczynia odpowietrzające montowane w najwyższym punkcie systemu (na wyjściu z zespołu kolektorów) z wyjściem i kurkiem zamykającym pod dachem albo najlepiej w miejscu napełniania systemu. W tym wypadku, można w prosty sposób (wszystko z jednego miejsca) napełniać, przeprowadzać próby ciśnieniowe i odpowietrzać system. W najwyższym punkcie systemu znajduje się ręczny zawór odpowietrzający, który jest wykorzystany podczas pierwszego napełnienia. W dobrze przystępnym odcinku obwodu, za pompą obiegową umieszczamy automatyczny odpowietrznik. Odpowietrznika używa się w celu odpowietrzenia systemu podczas napełniania oraz odprowadzania gazów wyzwalanych z cieczy pod wpływem temperatury. W zasadzie można użyć ręczny zawór odpowietrzający, naczynie odpowietrzające z ręcznym zaworem odpowietrzającym albo odpowiedni zawór automatyczny. Szczególną uwagę należy zwrócić na automatyczne zawory odpowietrzajace w przypadku ich montażu przy kolektorze albo w bezpośredniej odnodze systemu hydraulicznego, aby były odporne na wysoką temperaturę (180 C C), a takich odpowietrzników nie mamy zazwyczaj do dyspozycji. Negatywne przypadki złego odpowietrzenia pierwotnego obiegu: Obniżenie skuteczności systemu solarnego z powodu mniejszego przepływu Złe przenikanie ciepła w kolektorach i wymienniku ciepła (zmniejszenie kontaktu z powierzchnią) Zwiększenie procesów korozji (skrócenie żywotności systemu) Uszkodzenie pompy obiegowej (erozja łopatek pompy, zatarcie łożyska) Aby zapobiec wyżej wymienionym przypadkom zaleca się zamontowanie specjalnego absorpcyjnego automatycznego odpowietrznika FLAMCO odpornego na wysokie temperatury Pompa napełniająca Pompy napełniającej używa się w celu napełnienia systemu podczas wymiany cieczy ciepłonośnej (w wypadku użycia płynu Solaren -po 6 latach), albo podczas ewentualnej awarii systemu, która ma związek z zapowietrzeniem lub wyciekiem cieczy. Zalecamy pompę skrzydełkową, jakąkolwiek pompę ręczną lub z silnikiem o dostatecznej mocy. W systemie z zaworem bezpieczeństwa 600 kpa ciśnienie powinno wynosić 350 kpa.

16 5.8. Naczynie przeponowe, zawór bezpieczeństwa 16 Urządzenia słoneczne montowane są wyłącznie w obiegu zamkniętym, z zamkniętym naczyniem wyrównawczym (przeponowym). Dane techniczne naczynia wyrównawczego są zależne od objętości całkowitej cieczy w systemie oraz od mocy źródła ciepła. Różni producenci dostarczają na rynek naczynia przeponowe o różnym ciśnieniu roboczym. Dla urządzeń słonecznych są lepsze naczynia przeponowe o większym ciśnieniu roboczym, dlatego że w tym wypadku system jest mniej podatny na zapowietrzenie. Maksymalne dozwolone ciśnienie w systemie z kolektorem Heliostar wynosi 600 kpa. Wielkość naczynia przeponowego dobieramy według zasady: 1 kolektor 6 litrów pojemności naczynia przeponowego. Jeżeli parametry zaworu bezpieczeństwa są niższe to ustawia się je według dozwolonego maksymalnego ciśnienia w systemie, który jest roboczym ciśnieniem kolektora albo maksymalnym dozwolonym ciśnieniem roboczym naczynia przeponowego Reszta elementów pierwotnego obiegu hydraulicznego DO tej grupy należą te elementy, które w jakiś sposób polepszają działanie urządzenia słonecznego, ale urządzenie może pracować i bez nich. Filtr zanieczyszczeń mechanicznych zatrzymuje wiórki oraz inne zanieczyszczenia mechaniczne, które mogą pojawić się w systemie. Na rynku jest więcej typów filtrów, które spełniają wszystkie wymogi. Wybrać należy według średnicy rurociągu. Ciśnieniomierz jest ważny podczas uruchamiania systemu oraz dla kontroli podczas jego użytkowania. Wystarcza ciśnieniomierz o średnicy 63 mm, dobieramy zgodnie z maksymalnym ciśnieniem w systemie Termometr najwłaściwszy jest bimetalowy ze skalą do 150 C. Montuje się go do rurociągu w miejscu wejścia do kolektora za pomocą specjalnie do tego celu przeznaczonej kształtki dostarczanej razem z termometrem. Przepływomierz zalecany jest dla wygodnego i dokładnego nastawienia systemu Solarna jednostka instalacyjna. Jest kompaktowa, małych rozmiarów, którą dostarcza firma THERMO SOLAR -POLSKA. Umożliwia prosty montaż i sprawia, że do maksimum skraca się czas pracy podczas montażu systemu. Dostarcza się w wielu rodzajach i różnymi pompami obiegowymi, w zależności od wielkości systemu i różnymi średnicami wyjść. W cenniku znajduje się opis słonecznej jednostki instalacyjnej z wyszczególnieniem numerów katalogowych poszczególnych produktów. Na życzenie klienta możliwe jest uzupełnienie produkowanej solarnej jednostki instalacyjnej w pomiar aktualnej ilości uzyskanej energii słonecznej z promieniowania słonecznego.

17 5.11. Regulatory elektroniczne 17 Regulator systemu jedno-obiegowego ma na celu włączenie pompy obiegowej zawsze wtedy, kiedy temperatura w kolektorze jest wyższa od temperatury w odbiorniku ciepła (w większości przypadków w bojlerze ciepłej wody użytkowej) Poza tym regulatory systemów wielo-obiegowych kierują również pracą zaworów trój-drożnych, które przełączają między sobą obiegi z poszczególnymi odbiornikami. Na rynku znajduje się więcej rodzajów regulatorów produkcji krajowej i zagranicznej. Ich cena jest zróżnicowana przede wszystkim z tego powodu, że te droższe mierzą temperaturę w różnych punktach i wyświetlają ją. Jest to przydatne szczególnie podczas regulowania systemu przy jego uruchamianiu. W systemie jednoobiegowym w większości przypadkach wystarcza prosty regulator z dwoma czujnikami. Myślą przewodnią przełączania obiegów jest to, że pierwszeństwo odbioru ciepła ma ten obieg, który działa przy najwyższej temperaturze, kiedy zostanie osiągnięta maksymalna temperatura tego obiegu, albo intensywność promieni słonecznych spadnie tak, że obiegowi nie można efektywnie oddać więcej energii,wówczas zostanie przełączony samoczynnie na obieg drugi, ewentualnie w ten sam sposób, na trzeci. Pierwszym obiegiem jest w większości przypadków bojler do ogrzewania ciepłej wody użytkowej, drugim obiegiem dogrzewanie pomieszczeń wewnętrznych, albo ogrzewanie wody w basenie, trzecim obiegiem ogrzewanie wody w akumulatorze ciepła (zasobniku buforowym). Każdy regulator dostarczany jest razem z czujnikami temperatury i może być użytkowany wyłącznie razem z nimi, albo z czujnikami o tych samych parametrach. Regulatory dostarczane są wraz z instrukcjami wystarczającymi do ich montażu. Z powodów bezpieczeństwa może je montować wyłącznie osoba posiadająca odpowiednie kwalifikacje elektrotechniczne dla montowania obwodów niskiego napięcia. Termometry podłączone są do obwodów z bezpiecznym napięciem. Wyjście do pompy i zaworów trójdrogowych podłączone jest do obwodu z napięciem 220 V Inne. Trójdrogowy zawór używa się do systemów wielo-obiegowych. Można używać różnych zaworów np.: z średnicą wewnętrzną 20 mm i sterownikiem 220 V. Ciepło-nośna ciecz. Zgodnie z przepisami obowiązującymi w Polsce, zabronione jest używanie cieczy ciepło-nośnej (płynu solarnego) na bazie etylenoglikolu. Zaleca się używanie płynu solarnego na bazie propylenoglikolu pod nazwą SOLAREN - EKO, który jest ekologicznie nieszkodliwy. Zabrania się natomiast stosowania wody w pierwotnym obiegu do bezpośredniego podgrzewania. 6. Projekt systemu solarnego. Ilość uzyskanej energii zależy nie tylko od jakości i ilości kolektorów, ale od optymalnego projektu całego systemu solarnego. Intensywność promieniowania słonecznego zmienia się w czasie dnia i pór roku. Wydajność kolektorów zależy od kierunku ustawienia, konta nachylenia, szerokości geograficznej, wysokości nad poziomem morza, mikroklimatu, miejsca umieszczenia (odbicia, zacienienia itd.). Jednym z problemów występujących przy projektowaniu systemów solarnych do przygotowania C.W.U i dogrzewania obiektów jest zagwarantowanie realnego zysku ciepła z kolektorów słonecznych zamontowanych w żądanym miejscu w danym czasie (dzień, miesiąc) i lokalizacji. Znajomość tych informacji umożliwia sprawne wykorzystanie nie tylko pola kolektorów, ale i wymiennika ciepła w zasobniku wody. Do rozwiązania tych problemów służy program komputerowy HELIOS. Pozorny ruch Słońca po obłoku w czasie dnia i całego roku zmusza nas do odpowiedniego ustawienia orientacji i konta nachylenia kolektorów słonecznych.

18 Dla osiągnięcia jak największych zysków energetycznych jest ważne ażeby montować kolektory w odpowiednim położeniu. Dla całorocznego okresu w naszym położeniu geograficznym optymalne ustawienie kolektora jest wówczas, kiedy powierzchnia absorbera, skierowana jest na południe, a kont nachylenia do poziomej powierzchni wynosi 45. Odchyłka o 20 od kierunku południowego w nieznacznym stopniu ok. 5% może zmienić uzyski energetyczne. Można również zamontować kolektory na specjalnej konstrukcji, która podąża za słońcem, ale koszty takiej inwestycji przewyższają kilkakrotnie wartość osiągniętych uzysków energetycznych. Jest z korzyścią jednak w przypadku całorocznego używania kolektorów słonecznych, ażeby kont nachylenia ustawiony byłby w zależności od pory roku. Trzeba jednak pamiętać, że w lecie musielibyśmy zwiększoną wydajność kolektorów efektywnie wykorzystać do podgrzania wody w basenie. Jeżeli w praktyce nie możemy zamocować kolektorów w kierunku południowym wówczas lepszym kierunkiem jest południowy zachód niż wschód, ponieważ w popołudniowych godzinach są wyższe temperatury powietrza, a zarazem niższe straty ciepła kolektora czyli większa sprawność. Kiedy nie mamy do dyspozycji programu komputerowego i danych do użycia metody BWE, można użyć prostego wyliczenia wielkości systemu solarnego Wyliczenie wielkości solarnego systemu z pomocą monogramu. Załącznika nr Średnia użyteczna energii słonecznej (P s ) Letni okres (IV -IX) Okres zimowy (jesień, zima) P s = 3,5 kwh/m 2 dzień (wartość średnia) 5,5 kwh/m 2 dzień (max.wartość) P s = 2,5 kwh/m 2 dzień (wartość średnia) 3,5 kwh/m 2 dzień (max.wartość) 6.3. System do przygotowania C.W.U. Dzienne zapotrzebowanie na C.W.U. (m): m = ilość osób x 50 l/dzień Wzrost temperatury wody ( T): T = żądana temperatura wstępna temperatura Ciepło właściwe wody (c): c = 1, kwh kg -1 K -1 Zapotrzebowana moc ciepła (P u ): P u = m.c. T Przykład wyliczenia systemu solarnego dla 4 osób: Żądana temperatura np. 45 C, wstępna temperatura 10 C P u = , (45-10) = 8,12 kwh/dzień Wyliczenie powierzchni kolektorów:

19 Z energetycznego bilansu wynika: P u = P s. η. A [kwh] η-średnia skuteczność solarnego systemu: 0,5 [-] absorpcyjna powierzchnia kolektora: A [m 2 ] 19 A = P u P s η. = [m 2 ] a) wyliczenie systemu dla okresu letniego: Uwaga! Wyliczona powierzchnia 4,64 m2 to powierzchnia robocza absorbera. Dobór: powierzchnia absorbera w kolektorach HELIOSTAR wynosi 1,76 m2 4,64:1,76 = 2,63, tzn. są potrzebne 3 kolektory. b) wyliczenie systemu dla okresu zimowego: 8,12kWh / dzień A ef = = 2,5kWh / m. dzień.0,5 6, 5 2 m 2 Dobór: 6,50 :1,76 = 3,69, tzn. są potrzebne 4 kolektory Uwaga: W wyżej pokazanym sposobie zagwarantowania wielkości pola kolektorów przy skierowaniu na południe i koncie nachylenia od 35 do 50 możemy mieć pewność, że zysk energetyczny z kolektorów pokryje 70-80% dotychczasowe zużycie energii System do solarnego dogrzewania Zapotrzebowanie na ciepło : Powierzchnia mieszkalna : A o [m 2 ] Zapotrzebowanie w ciepło : A o. 100 Wm W m -2 (średnia wartość dla domu z dużymi stratami ciepła). Przykład wyliczenia dla domu o powierzchni 100 m 2 : Zapotrzebowanie ciepła na powierzchnie = 100 m 2 x 100 Wm -2 = 10 kw Kocioł o mocy 10 kw będzie podstawowym źródłem ciepła.

20 Wyliczenie mocy i powierzchni pola kolektorów słonecznych: 20 Natężenie promieniowania słonecznego: 800 Wm -2 (średnia moc) 1000 Wm -2 (maksymalna wartość) Średnia sprawność kolektora : 50 % 70% próżniowy Absorpcyjna powierzchnia kolektora 1,76 m 2 Moc kolektora: 1,76 m Wm -2.0,5 = 704 W a) Moc instalacji = zapotrzebowanie na ciepło przy intensywności promieniowania słonecznego 800 Wm -2 Ilość kolektorów (n k ) n k. 704 W/kol = 10 kw 10kW n k = = 14,2 szt. kolektorów 0,704kW Dobór : 14 lub 15 kolektorów.

21 b) Moc pola kolektorów = 70% zapotrzebowania na ogrzewania przy intensywności promieniowania słonecznego 800 Wm -2 10kW n k = 0,7 = 9,94 szt. kolektorów 0,704kW 21 Dobór : 10 szt. kolektorów. Inny prosty sposób na wyliczenie pola kolektorów: Powierzchnia kolektorów = 0,25 x m 2 powierzchni ogrzewanej. Przykład wyliczenia dla domu o powierzchni 100 m 2 : Powierzchnia kolektorów: 0,25 x 100 m 2 = 25 m 2 Przy tym sposobie wyliczania bierzemy pod uwagę obrys zewnętrzny kolektorów, tzn. 2 m 2 /kolektor. 2 25m n k = = 12,5 szt. kolektorów 2 2m / kol Dobór: 12 szt. kolektorów. Uwaga: Przy wyliczeniach wzięto pod uwagę kolektory standartowe. Całoroczne docelowe realne oszczędności ciepła na ogrzewanie przy zastosowaniu solarnego systemu w wyżej opisanych sposobach wynoszą od %. Jest to spowodowane tym, że średnia intensywność całkowitego promieniowania słonecznego i okresowe użycie kolektorów jest wyraźnie niższe, jak widzimy w wyliczeniach. 7. Montaż systemu słonecznego Wiadomości ogólne Kolektory słoneczne Heliostar mają kompaktową konstrukcję. Są odporne na uszkodzenia, instalacja jest nie skomplikowana, jednak na przekór temu trzeba wspomnieć nie tylko o zasadach obchodzenia się z nimi: Kolektory transportujemy w pozycji leżącej max. 12 szt. jeden na drugim. W czasie transportu muszą być zamocowane tak żeby się nie przesuwały. Na szybę musi być położony ochronny karton, a przy większej ilości niż 3 sztuki jeden na drugim trzeba użyć rozpórek dystansowych pomiędzy brzegi wanny kolektorów. W ogrzewanych magazynach możemy składować kolektory bez ograniczenia czasu. Kolektor ma być tak składowany ażeby słońce nie świeciło bezpośrednio na absorber i nadmiernie go nie przegrzewało. Pod wpływem ekstremalnych i szybkich zmian temperatur wewnątrz kolektora może kondensować się para wodna. Montaż kolektorów najlepiej przeprowadzać, kiedy jest ciepło i sucho, ale należy chronić nie podłączone kolektory przed bezpośrednim promieniowaniem słonecznym przez zakrycie, ażeby niepotrzebnie nie przegrzewać absorbera. Nie odebrane ciepło z absorbera może wzrosnąć od 178 do 214 stopni Celsjusza. Wyjścia z kolektorów mogą mieć tą samą temperaturę i łączenie ich między sobą jest zabronione z powodu poparzeń lub uszkodzenia kolektorów. Do montażu kolektorów używamy aluminiowych katodowanych konstrukcji nośnych, które umożliwiają nam montaż : Nad dachem skośnym

22 22 Na teren lub dach płaski do wysokości +8 m nad terenem Na dach płaski + 20 m nad terenem (specjalnie wzmocnione konstrukcje) Zintegrowane z dachem Wyjściowe rury z kolektorów podczas łączenia w szereg nie mogą być naprężone. Maksymalna ilość kolektorów HELIOSTAR 202, 400V zamontowana w jednym rzędzie to 8 sztuk. W takich przypadkach musi być zabezpieczona dylatacja cieplna, która jest rozwiązana w dostarczanych konstrukcjach. Maksymalna ilość kolektorów HELIOSTAR 200, 320 zamontowane w jednym rzędzie to 4 sztuki. Jako ciepło-nośnej cieczy używamy SOLAREN - EKO o temperaturze krzepnięcia -32 C. Używanie kolektorów do bezpośredniego podgrzewania wody, lub dopełnianie wodą pierwotnego obiegu jest zabronione. Producent wymaga od firm montażowych używanie takich elementów instalacji solarnych, które posiadają państwowe atesty i ważne badania techniczne takich, które po zamontowaniu będą gwarantowały optymalną współprace z całym systemem solarnym w nienaganny sposób. Przy stosowaniu zewnętrznej izolacji cieplnej kolektorów z wełny mineralnej nie można dopuścić do wytworzenia się mostków kondensacyjnych na zewnętrznej części wanny kolektora, ponieważ może dojść do korozyjnego uszkodzenia. Jest to głównie niebezpieczne w przypadku, kiedy w wodzie rozpuszczą się mikro-kawałeczki otuliny i będą wykazywały reakcję alkaiczną. Na taki przypadek należ zwrócić uwagę przy izolowaniu rur łączących wejście i wyjście kolektora Zaleca się przy montażu utrzymać minimum 5 mm szparę pomiędzy skrzynią kolektora a izolacją rur. Słoneczne kolektory typu HELIOSTAR znajdują się na czele z pośród produkowanych na świecie. Aby ich własności były w pełni wykorzystane, zobowiązuje to do fachowego montażu i w bardziej złożonych systemach wypracowania najwyższej jakości projektu THERMO - SOLAR POLSKA służy radami oraz kontaktem z firmami zajmującymi się problematyką systemów solarnych. Na życzenie THERMO SOLAR POLSKA przedstawi wykaz firm, które mają dobre teoretyczne i praktyczne doświadczenie z montażem kolektorów typu HELIOSTAR Typowe schematy systemów solarnych. Konkretne solarne systemy nie różnią się od siebie. Różnice mogą być w sposobie użycia, ilości kolektorów, sposobie łączenia, mocy systemu, a także w własnościach formalnych jak np.: rozplanowaniu części systemu w pomieszczeniach, budowy i wyborze elementów systemu od różnych producentów. Większość systemów solarnych można zbudować na podstawie schematów, które zostały sprawdzone w praktyce. Pomogą nam w projektowaniu i uproszczą prace montażowe, gwarantując optymalne wykorzystanie energii słonecznej. W załącznikach są następujące schematy: Schemat jedno-obiegowego systemu z wymuszonym obiegiem - załącznik nr. 4 Schemat dwu-obiegowego systemu CWU i basen - załącznik nr. 5 Schemat trój-obiegowego systemu dla CWU, ogrzewanie i basen - załącznik nr. 6 Z literatury i opracowań znamy jeszcze inne schematy systemów solarnych. Połączenie foto-woltaicznego panela bezpośrednio z pompą obiegową na prąd stały może pracować jako jedyne urządzenie lub jako uzupełniające do cyrkulacji ciepło-nośnej cieczy. Oprócz grawitacyjnych systemów jest to jedyny sposób wykorzystania systemów solarnych wszędzie tam gdzie nie ma energii elektrycznej. W przypadku, gdy cena i wymiary naczynia przeponowego w bardzo dużych instalacjach solarnych jest duża wówczas zastosowanie tego rozwiązania jest bardzo wskazane. Ciepło-nośna ciecz z pola kolektorów instalacji solarnej łączymy bezpośrednio do elementów ogrzewania ściennego. Zaletą tych rozwiązań jest: niskie nakłady inwestycyjne, (oszczędność w zakupie wymiennika ciepła i zbiorników akumulacyjnych buforów).wadą rozwiązania jest:, że ciepło do ogrzewania jest tylko do dyspozycji w czasie, kiedy świeci słońce i duża ilość cieczy ciepło-nośnej. Takie rozwiązania mają zastosowanie w obiektach z dużą powierzchnią akumulacyjną ciepła są to np.: stare budowle, kościoły, zabytki z grubymi kamiennymi murami.