Ciepło za darmo - kolektory słoneczne

Kolektory i pompy ciepła są ekologicznymi urządzeniami grzewczymi, które wykorzystują do wytwarzania ciepła odnawialne źródła energii. W ostatnim czasie rośnie popularność tego typu urządzeń, ze względu na coraz większą świadomość społeczeństwa o kurczeniu się zasobów paliw pierwotnych, takich jak: ropa naftowa, gaz ziemny, węgiel kamienny oraz energii jądrowej.

Według szacunkowych prognoz ropy naftowej wystarczy jeszcze na około 30 lat, gazu ziemnego na około 60 lat,  energii jądrowej na około 210 lat, węgla kamiennego na około 220 lat a wodoru zawartego w jądrze  Słońca, który jest paliwem napędzającym naszą gwiazdę na około 5000000000 lat. Jak widać stosunkowo spokojnie mogą spać właściciele kotłów węglowych, a właściciele kolektorów słonecznych mają zapewniony prawie wieczny dostęp do darmowego źródła energii jakim jest nasze Słońce.

W ofercie firmy Buderus znajdują się następujące grupy kolektorów słonecznych:

• kolektory płaskie Logasol SKS 4.0
• kolektory płaskie Logasol SKN 4.0
• kolektory płaskie Logasol SKN 2.0
• kolektory próżniowe Logasol SKR CPC

Na rysunku poniżej przedstawiono budowę kolektorów słonecznych. Kolektory płaskie zbudowane są w formie ramy i wanny wykonanej z tworzywa sztucznego. Blacha miedziana pokryta absorberem położona jest na izolacji, która minimalizuje straty ciepła przez tylną ścianę kolektora. Od strony padania promieni słonecznych absorber chroniony jest przed wpływem czynników atmosferycznych specjalną szybą. Ogrzana przez promienie słoneczne blacha pokryta absorberem oddaje ciepło cieczy solarnej (solarfluid) krążącej w systemie rurek miedzianych połączonych mechanicznie z blachą. W górnej części kolektora znajduje się tuleja pomiarowa, do której można włożyć czujnik temperatury informujący automatykę jaką temperaturę ma w danej chwili kolektor słoneczny.

Budowa płaskiego kolektora słonecznego
V - wylot ogrzanego czynnika grzewczego, R - wlot czynnika grzewczego, M - miejsce pomiaru temperatury, 1 - szyba ochronna, 2 – blacha miedziana pokryta absorberem, 3 - rurki miedziane, 4 - izolacja, 5 - tylna ściana obudowy, 6 - rama montażowa z włókien szklanych, 7 – narożnik wzmacniający, 8 - osłona kolektora zbiorczego

Aby możliwe było pobranie energii z kolektora słonecznego potrzebny jest system, który przeniesie ciepło do podgrzewacza c.w.u. System taki składa się z kolektora słonecznego, stacji pompowej, regulatora sterującego pracą stacji oraz podgrzewacza c.w.u. biwalentnego (składającego się z dwóch wężownic: dolna - podgrzewanie wody przez kolektor słoneczny, górna - przez kocioł) lub nie. Regulator na bieżąco sprawdza temperaturę między polem kolektorów a podgrzewaczem c.w.u. Uruchomienie stacji pompowej następuje jeżeli spełnione będą następujące warunki:

• temperatura kolektora słonecznego musi być o 10 [°C] (możliwość utawienia innej wartości) wyższa od temperatury wody w zasobniku,
• temperatura wody w zasobniku musi być niższa od wymaganej temperatury c.w.u.,
• temperatura kolektora słonecznego musi być niższa od 120 [°C] w celu ochrony pompy zamontowanej w stacji pompowej.

Stacje pompowe występują w dwóch wariantach ze zintegrowanym regulatorem oraz bez regulatora, wtedy sterowanie pracą pompy odbywa się poprzez specjalny moduł funkcyjny zamontowany na regulatorze kotłowym. To drugie rozwiązanie pozwala na jeszcze większe oszczędności w zużyciu energii ponieważ, gdy kolektor słoneczny przekazuje ciepło do podgrzewacza c.w.u. regulator kotłowy nie włącza palnika koła po to by stworzyć lepsze warunki do odbioru ciepła i oszczędności paliwa. Jednak gdy ilość doprowadzanego z kolektora słonecznego ciepła jest za mała i regulator kotła oszacuje, że w określonym czasie nie zostanie osiągnięta temperatura c.w.u. w podgrzewaczu wtedy zostanie załączony palnik kotłaj ednak tylko tak długo jak to jest niezbędne.

Na rysunku przedstawiającym schemat instalacji, na podgrzewaczu c.w.u. widać 2 czujniki temperatury FSX umieszczony w środkowej części podgrzewacza i FSS w dolnej części podgrzewacza. Dodatkowy czujnik
temperatury FSX zamontowany został w celu optymalizacji procesu podgrzewu c.w.u. w zasobniku. Jeżeli
temperatura na czujniku FSX jest niższa niż 45 [°C] układ działa w trybie LowFlow. W tym trybie pracy regulator zmniejsza wydajność pompy w stacji pompowej po to by uzyskać duże schłodzenie płynu solarnego w podgrzewaczu c.w.u. i uzyskać jak najwięcej energii słonecznej. Gdy czujnik temperatury FSX pokaże, że została osiągnięta temperatura 45 [°C], układ przechodzi w tryb pracy High Flow i regulator zwiększa wydajność pompy po to by osiągnąć mniejsze schłodzenie płynu solarnego i podnieść przez to średnią temperaturę, znajdującej się w dolnej części podgrzewacza, wężownicy solarnej. Dzięki temu możliwe będzie szybsze osiągnięcie wymaganej temperatury w górnej części podgrzewacza c.w.u.

Schemat ideowy instalacji podgrzewu wody przez kolektor słoneczny
E - odpowietrznik, FSK - czujnik temperatury kolektora słonecznego, V - zasilanie, R - powrót, MAG - naczynie
wzbiorcze, FE - zawór spustowy, FSS - czujnik temperatury w dolnej części zasobnika, FSX - czujnik temperatury w górnej części zasobnika, EK - dopływ zimnej wody, VS - zasilanie zasobnika c.w.u., RS - powrót zasobnika c.w.u., AW - wylot ciepłej wody, WWM - termostatyczny zawór mieszający

Dobierając urządzenia dla systemu podgrzewania c.w.u. przy pomocy kolektorów słonecznych należy zwrócić uwagę na odpowiednią pojemność podgrzewacza c.w.u. Chodzi o to, by kolektory słoneczne pracowały możliwie jak najdłużej w ciągu dnia. Podgrzewacz c.w.u. o małej pojemności w stosunku do powierzchni kolektorów słonecznych nagrzeje się szybko. Przy braku zapotrzebowania na ciepło ze strony podgrzewacza c.w.u. zostanie wyłączona stacja pompowa i kolektory słoneczne przestaną pracować a gdy kolekory słoneczne nie pracują to również nie zarabiają.