Масовата принципна схема на стандартна слънчева инсталация изглежда по този начин:
Принцип на действие
- Загрятата в панелите соларна течност протича през бойлерната серпентина и отдава там топлината си на питейната вода.
- Помпата придвижва охладената вече соларна течност за ново подгряване в панелите.
Точки 1 и 2 се изпълняват само ако едновременно са спазени следните две условия:
- температурата, измерена в точка Т1 е по-голяма от тази, измерена в точка Т2
- температурата в Т1 е по-голяма от някаква начално зададена от потребителя температура Тстарт (примерно 32ºC).
Ако добитата от слънчевите панели енергия не достига, питейната вода се доподгрява от втората, горна серпентина, свързана към отоплителен котел. Тази втора серпентина най-често служи само за доподгряване на БГВ (Битова Гореща Вода). Понякога когато в системата се монтира само слънчев колектор без котел двете серпентини се свързват последователно, така че загрятата соларна течност топлоотдава през сумарната контактна площ и на двете серпентини. По този начин в бойлера се усвоява повече топлина с по-малко превъртания на флуида. Това води и до пестене на електроенергия от помпената група.
Соларен бойлер
В общия случай соларният бойлер е оборудван с 2 серпентини. Долната серпентина е предназначена за свързване към соларна инсталация.
Съществуват няколко критерия за избор на качествен соларен бойлер:
- Добра топлоизолация за минимални топлинни загуби.
- Поддържане на температурните слоеве при консумация: горен стабилен горещ слой, надолу охлаждане до студена вода. Температурното разслоение е толкова по-изявено, колкото е по-малък диаметърът на бойлера.
- Достатъчено голям обем за еднофамилни домакинства (за стандартни инсталации около 150 l до 200 l). Може да се изберат и по-малолитражни бойлери, но това е за сметка на по-ниския КПД на инсталацията.
Соларен комбиниран бойлер
Соларните комбинирани бойлери за соларно подпомагане на отоплението са оборудвани с два поставени един в друг резервоара. Вътрешният резервоар съхранява питейната вода. Обикновено той е емайлиран. Външната облицовка предоставя предварително подгрята вода за подаването към отоплителната инсталация и така действа като буферен резервоар. Соларният комбиниран бойлер има две серпентини. Чрез долната серпентина се подава соларна топлина, а горната служи за доподгряване на питейната вода, когато слънчевата енергия не е достатъчна.
Соларен панел
Той поема слънчевите лъчи през абсорбера си и ги превръща в топлина. Протичащата в тръбите на абсорбера соларна течност в повечето случаи е смес от вода и антифриз или пропилен – гликол. Тя протича през абсорбера, като така се загрява и транспортира топлината към серпентините в соларния бойлер.
Съществуват вакуумно-тръбни колектори, чийто принцип на действие ще разгледаме по-подробно в отделна категория.
Също така има и слънчеви панели с електромеханична задвижка и редукторна част за следене на слънцето. По такъв начин се гарантира, че слънчевите лъчи ще падат върху панела винаги под ъгъл от почти 90º. Нарастването на ефективността е факт, но цената която трябва да се плати за допълнителното оборудване в никакъв случай не е символична.
Абсорбер
Абсорберът е повърхност (алуминиева или медна ламарина) с неподвижно свързани към нея тръби. Абсорберната повърхност поема слънцегреенето и го превръща в топлина. Соларната течност тече през абсорберните тръби, поема топлината и я отвежда извън колектора. За постигане на възможно най-голяма ефективност, абсорберите се покриват със специални слоеве. Те повишават абсорбацията и попадащото върху тях лъчение и намаляват емисията на топлината. Тези специални слоеве са известни под името “селективно покритие”. В продължение на десетилетия селективното покритие се състоеше от хром или никел, върху който чрез галваничен процес се полага черен пласт. Алтернативният производствен метод е вакуумното нанасяне на селективно покритие. При този метод енергийните загуби на абсорберите са по-малки. Колко ефективно работи слънчевият колектор, т.е. колко от поетата от слънчевото лъчение топлина успява да преобразува в полезна топлина, се дава с параметъра ефективност на колектора. Ефективността му не може да бъде описана с фиксирана стойност, а като крива, тъй като тя се променя според силата на лъчението и разликата между температурата на абсорбера и околната среда. Мощността на колектора зависи в голяма степен от топлоизолацията му и поглъщателната способност на абсорбера.
Регулатори
Регулаторите, по – известни и като диференциални термостати следят работата на соларната система. Те управляват помпата по такъв начин, че да се постигне максимален соларен добив. В повечето случаи (подгряване на БГВ) се използват обикновени електронни управления по температурна разлика. За да се управлява производството на БГВ, регулаторът се нуждае от два датчика за температура. Единият мери температурата в най- горещата точка на соларния контур преди изхода на колектора Т1, а вторият мери температурата в бойлера на височината на соларната серпентина Т2. Информацията от датчиците (стойности на съпротивление) се сравняват в управлението.
Когато се достигне зададената температурна разлика за включване, на помпата се подава захранване. Някои термостати могат да управляват и подпомагането на отоплението. Множество други функции, като например изключването на инсталацията при достигане на максималната температура в бойлера или режим ваканция, могат да бъдат настройвани. Модерните управления са с течнокристален дисплей, показващ режима, в който работят в момента. Някои от тях са снабдени със слот за SD карта, в която записват различни по тип данни. Има модели, които могат да се наблюдават дистанционно чрез интернет връзка и впоследствие да се анализират данните.
Помпена група
В помпената група са конфигурирани в компактен и красив корпус няколко компонента.
Помпените групи, известни и като соларни станции, обикновено са предварително монтирани модули и включват следните елементи:
- на връщащата линия: спирателна арматура, кран за пълнене и изпразване, помпа, гравитационна спирачка, термометър, манометър, армиран маркуч, връзка за разширителния съд, предпазен клапан, дебитомер
- на подаващата линия: винтово съединение със затягаща скоба, спирателна арматура, термометър, тръбопровод подаване с фиксатор към връщащата тръба
Освен това модулът има фиксатори към стената и термоизолационен корпус. Соларните станции съкръщават необходимото време за монтаж, намаляват риска от грешки и пестят място. Чрез използването на помпени групи за 1 или 2 щранга могат да се реализират множество хидравлични схеми.
Помпата за соларния контур транспортира соларната течност през соларната система и така пренася топлината от колектора в бойлера. Тя се управлява от соларния регулатор. С променливата настройка на въртящия момент дебитът се настройва съобразно термичната ситуация. Други варианти на регулатори само включват и изключват помпата.
В случайте, когато потребителят не държи на външния вид или просто не е съгласен да заплати по-високата цена за помпена група, може да се използва помпа, към която да се свържат всички останали компоненти, необходими за коректната и безопасна работа на слънчевата инсталация.
Предпазна група с разширителен съд
Предпазната група се състои от:
предпазен клапан
манометър
връзки за разширителен съд
взависимост от вида и топологията на тръбния път
система за пълнене/източване на инсталацията.
Типично свързване на обезвъздушител, предпазен клапан и манометър:
Предпазният клапан отваря, когато налягането в системата стане прекалено високо (напр. поради дефектирала помпа) и така предотвратява щети на колектора, бойлера или тръбопроводната система. Изпусканата соларна течност се отвежда в събирателен съд.
При загряване соларната течност се разширява. Допълнителният обем се поема от разширителен съд и се отдава обратно в системата при охлаждане.
Разширителният съд е затворен метален съд. Средноразположена гъвкава мембрана разделя две медии: поставен под предварително налягане азот и постъпващата при загряване и увеличаване на обема си соларна течност. Разширителният съд поема промяната в обема на течността, която е температурно обусловена. За това той трябва да е свързан без блокировки към колекторите. Освен това размерът на разширителния съд трябва да е достатъчен за поемане на флуидното съдържание на колекторното поле.
Ако при продължително загряване на соларните колектори топлината не се отвежда чрез соларната течност (например при достигане на максималната температура на бойлера), при достигане температурата на изпарение (която е зависима от налягането) течността се изпарява. Ако разширителният съд е оразмерен за това допълнително поемане на флуидното съдържание на колекторите, то може да бъде поместено в съда така, че инсталацията да не достига максимално допустимото работно налягане и предпазният клапан да не се задейства (самоосигуряваща се система). В соларни инсталации с вакуумно-тръбни колектори при оразмеряването на разширителния съд трябва да се калкулира допълнителен резерв за обема на изпаряващата се течност. Важно е мембраната да е устойчива на пропилен-гликол и висока температура. Тъй като при използваните в отоплителните инсталации разширителни съдове това не винаги е гарантирано, в соларните системи се използват специални разширителни съдове.
Възвратна клапа
Възвратната клапа предотвратява термично обослувеното течение на соларна течност. Ако температурата в колектора падне под температурата на бойлер (напр. през нощта), соларната помпа се изключва от соларния
регулатор. Топлата соларна течност в серпентината на бойлера се стреми да се издигне нагоре поради ниската си плътност. Гравитационната спирачка предотвратява това. Така е невъзможно бойлерът да бъде охладен от колектора.
Дебитомер
Малък механичен дебитомер дава възможност за ориентировъчен контрол на дебита. В стъклен визьор количеството дебит може да бъде отчетено от горния ръб на поплавъка. При някои дебитомери дебитът може да бъде намален в известни граници посредством дроселов клапан. Общоприето е дебитът да се регулира чрез промяна скоростта на помпата. По този начин се пести електроенергия.
Обезвъздушител
Обезвъздушителят на най-високата точка на соларния контур може да бъде спестен, ако инсталацията се промива, пълни и обезвъздушава със соларна помпа за пълнене и е монтиран допълнителен обезвъздушител в соларния контур. Честа причина за неизправности в соларната система е наличието на въздух в соларния контур. Затова в най-високата точка на соларната система се вгражда автоматичен обезвъздушител със спирателен кран или ръчен такъв. Намиращият се пред обезвъздушителя спирателен кран трябва да бъде затворен след обезвъздушаване на системата, защото в противен случай съществува опасност при евентуален покой на инсталацията изпаряващият се топлоносител да бъде изпуснат от инсталацията.
Обезвъздушителят трябва да притежава следните качества:
• Устойчивост на пропиленгликол
• Устойчивост на корозия и температура (до150°С)
• Устойчивост на налягане (до 10 bar)
• Дългoгодишна сигурна функционалност
Това се постига чрез изцяло метален обезвъздушител.
Фитинги
Тази категория е доста обширна и включва всички необходими компоненти за осъществяване на свръзка по тръбното трасе: муфи, нипели, холендрови връзки, колена, кръстачи, редуктори, възвратни клапи, филтри, сферични кранчета, тройници, гилзи за термо сонди…
Трипътен вентил
Използва се за управление на соларния отоплителен контур при соларно подпомагане на отоплението или като превключващ вентил за инсталации с два консуматора.
Термостатен вентил
Смесител за БГВ за ограничаване температурата на питейната вода в мрежата при висока температура в бойлера чрез примесване със студена вода. Ефектът е, че вече не съществува опасност от изгаряния.
Група за допълване
Топлообменник
Ролята на топлообменника е да предава топлина от един топлоносител на друг. В слънчевите инсталации топлообменник се използва, когато бойлерът е без серпентина. В този случай той хидравлично разделя гликола, който циркулира между слънчевия панел и топлообменника от водата, която циркулира между топлообменника и бойлера.
Наличието на топлообменник налага използването на втора помпа.
Кабели
Нужните ни кабели са за захранващият кабел на помпата (помпената група) и диференциалния термостат, за термодатчиците и за таблото, ако клиентът иска такова.
Тръби
Изборът на тръба, както и нейното сечение се съобразява взависимост от вида на системата, дебита, хидравлично съпротивление, най-висока допустима температура и др. Тя може да бъде медна, поцинкована или PPR тръба. Използва се и станалата популярна в последно време гъвкава неръждавейка. Рядко поради финансови компромиси се използва и тръба с алуминиева вложка. Видът на фитингите също зависи от вида на тръбното трасе.
Пропиленгликол
Пропилен гликолът е неотровен и нетоксичен антифриз, който е безопасен за човешкото здраве. В случай на контакт с тялото или евентуално поглъщане не вреди на човешкото тяло. Използва се за топлоносител в тръбния път на слънчевите инсталации. Разрежда се с вода в съотношение според предписанието на производителя.
Изолация
За да се сведат до минимум топлинните загуби по протежение на тръбите, те се “обличат” в изолация.
Едни от най-популярните изолации са K-FLEX. Произвеждат се във формата на тръби и листове с различна дебелина. Основата е синтетичен каучук, който ги прави високо еластични и дава възможност за използването им в различни области – климатизация, вентилация, отопление, хладилна техника. Притежават отлична водонепроницаемост, ниска топлопроводимост, негоримост, устойчивост към микроорганизми, мухъл и атмосферни влияния.
Материали за спояване
В случай, че се използва медна тръба са нужни флюс и припой. Флюсът е субстанцията, с която се обмазва медната тръба в местата за спойка преди да се нагрее и запои. Неговата роля е да зачисти основата и осигури добро проникване на припоя в повърхностния слой на медта. Чрез припоя се осигурява твърда неразглобяема връзка между крайщата на две тръби както и между тръба и фитинг.
Съществуват два типа медна тръба: твърда (на пръти) и мека (на рула). Припоят за твърдата, аналогично се нарича твърд, а за меката – мек.
Други
Тук попадат всички компоненти, без които монтажа и коректната работа на системата биха били невъзможни: лустерклеми, различни видове крепежи, термосвиваем шлаух, тефлонова лента, кабелни обувки, изолирбанд, алуминиево фолио, бандажна лента, кабел – канали и др.