Solarni sistemi

Solarne sisteme projektiramo skladno s standardom SIST-TS CEN/TS 12977-1:2010.

Solarni sistemi za pridobivanje toplotne energije so predvsem sistemi za ogrevanje sanitarne tople vode in sistemi za podporo ogrevanju. Obstajajo tudi drugi sistemi, ki pa so manj pogosti: sistemi za 100% pokrivanje ogrevanja stavb s sončno energijo, hibridni sistemi – fotovoltaični moduli s hlajenjem, kjer izkoriščamo odvedeno toploto, hladilni sistemi – hlad za hlajenje objektov pridobivamo iz toplotne energije sonca in ostali sistemi.

Najbolj pogosti solarni sistemi za ogrevanje sanitarne tople vode:

(Hidravlične sheme v nadaljevanju so poenostavljene in ne vsebujejo elementov varovanja in regulacije sistema !)

Solarni bojler z dvema ogrevnima kačama je najpogostejši način ogrevanja sanitarne vode s solarnim sistemom za enostanovanjske hiše.

Kot dodatni energent za dogrevanje tople sanitarne vode lahko enostavno uporabimo elektrogrelnik (kadar se na primer ne moremo priklopiti na peč).

Termosifonski solarni bojler ima prednost v tem, da sistem deluje brez črpalk, se pa običajno vgrajuje v podnebno toplejših krajih.

V tem primeru nimamo hranilnika sanitarne tople vode, voda se ogreje sproti, kolikor jo porabimo – grelna kača, običajno iz nerjavne narebrene cevi, se nahaja znotraj hranilnika vroče vode. Prednost sistema je zaradi manjše možnosti razvoja legionel.

Pri toplotni črpalki z eno grelno kačo lahko nanjo direktno vgradimo solarni sistem. Sistem je sicer investicijsko malo dražji, vendar pri porabi energije eden od najbolj ekonomičnih.

Solarna toplotna črpalka za ogrevanje sanitarne tople vode se od običajne toplotne črpalke za sanitarno toplo vodo razlikuje le v tem, da ima za dodatno ogrevanje na razpolago dve ogrevni kači, od katerih lahko na eno priključimo solarni sistem, na drugo pa peč.

Pretočni modul sanitarne tole vode pride v poštev, kadar imamo na razpolago hranilnik vroče vode. Prednost modula je v majhni porabi prostora, zaradi pretočnega principa delovanja tudi ni možnosti razvoja legionel. Modul omogoča tudi nastavitev izhodne temperature sanitarne tople vode.

Solarni sistem lahko montiramo na obstoječ hranilnik tople sanitarne vode tudi v primeru, kadar nimamo na razpolago nobene ogrevne kače. Takrat lahko uporabimo izvedbo z zunanjim prenosnikom toplote. Taka izvedba je uporabna na majhnih in velikih sistemih.

Shema 9 prikazuje le eno izmed številnih možnosti solarne podpore ogrevanju prostorov. Pri sistemih za podporo ogrevanju sta sistem ogrevanja prostorov in sistem ogrevanja tople sanitarne vode običajno integrirana v isti sistem.

Teoretično je najboljše 100% ogrevanje prostorov in tople sanitarne vode izključno s solarnim sistemom. Glavni problem, ki pri tem nastopi, je hranjenje toplotne energije. Največ toplotne energije za ogrevanje prostorov potrebujemo v času, ko je na razpolago najmanj sončnega sevanja. Pri vodnih hranilnikih toplote, ki so trenutno najbolj razširjeni, običajno s solarnim sistemom pokrivamo do 30% celotnih potreb za ogrevanje prostorov oziroma do 60% celotnih potreb po ogrevanju sanitarne tople vode. Preostanek potreb po toplotni energiji pa lahko pokrivamo z različnimi energenti vključno z obnovljivimi viri.

Sprejemnike sončne energije (sončne kolektorje)

Delimo predvsem na dve večji skupini in sicer na termosolarne kolektorje, kjer se sončna energija posredno prenaša na toplotno energijo glikola ali vode ter na toplozračne kolektorje, kjer se sončna energija prenaša na toplotno energijo zraka.

Termosolarne kolektorje

Potem naprej delimo na ploščate sončne kolektorje in cevne sončne kolektorje. Med cevne sončne kolektorje sodijo cevni vakuumski sončni kolektorji. Niso pa vsi cevni kolektorji vakuumski. Ploščatih vakuumskih kolektorjev v prosti prodaji ni.

Sončni kolektorji se po karakteristikah zelo razlikujejo. Zato jih je potrebno pred vgradnjo tako tehnično kot cenovno preveriti – pregledati tehnične specifikacije in cenike ter po možnosti pridobiti dodatne informacije glede ostalih karakteristik in zanesljivosti delovanja. Dejstvo, da kolektor proizvaja ali trži pod svojo znamko renomirano podjetje, še ni garancija, da boste dobili kakovostne kolektorje. Najboljši pokazatelj kakovosti kolektorja je njegova stagnacijska temperatura. Ta temperatura je najboljši pokazatelj, kako velike so izgube toplotne energije v kolektorjih. Pri boljših vakuumskih kolektorjih so stagnacijske temperature okoli 300°C ali pa vsaj blizu. Pri slabših ploščatih kolektorjih pa so stagnacijske temperature lahko tudi krepko pod 200°C. V zadnjem času predvsem tisti bolj kakovostni (ne vsi) ploščati kolektorji ne zaostajajo veliko za vakuumskimi kolektorji. Možno je izdelati tudi računalniško simulacijo za primerjavo med enim in drugim tipom kolektorja, če smo še vedno v dilemi, katerega izbrati. Običajno pa je cenovno bolj ugodno izbrati ploščate kolektorje, še posebej, kadar jih potrebujemo pretežno za ogrevanje sanitarne tople vode. Tehnično gledano pa so v vsakem primeru boljši vakuumski kolektorji. Trgovci, ki želijo prodati ravne kolektorje pogosto kot protiargument za vakuumske kolektorje navajajo, da imajo vakuumski kolektorji višjo stagnacijsko temperaturo in so v primeru pregrevanja zato bistveno slabši. Ta navedba je zavajajoča in napačna. Vakuumski kolektorji imajo res višjo stagnacijsko temperaturo, vendar pregrevanje kolektorjev ni nikoli posledica napačne izbire tipa kolektorja temveč napačno dimenzioniranega in sestavljenega celotnega sistema. Ko določamo velikost solarnega sistema, moramo vedno upoštevati porabnike in morebitno varnostno hlajenje sistema. Varnostno hlajenje sistema je lahko izvedeno na zelo različne načine. Prvi ukrep je zadostna akumulacija toplotne energije, v času presežkov toplotne energije lahko na primer to porabljamo za ogrevanje kopalnih bazenov, lahko pa tudi zmanjšamo prejeto sončno energijo na same kolektorje – z obračanjem, s senčenjem ali izmikanjem zrcal. Bistvena razlika med ploščatimi in vakuumskimi kolektorji se pokaže predvsem v zimskem času. Takrat zaradi dosti boljše toplotne izolativnosti z vakuumskimi kolektorji dobimo dosti več toplotne energije na enoto neto absorberske površine kolektorja kot pri ravnih kolektorjih. Velja tudi dejstvo, da pri ravnih kolektorjih dobimo več toplotne energije na časovno enoto (na primer v času sončnega sevanja od 12:00 do 13:00) v poletnem času kakor v zimskem, pri vakuumskih kolektorjih pa ravno obratno. Do tega efekta pride zato, ker je v zimskem času zunanja temperatura nižja in zato so izgube toplote pri kolektorjih večje. V zimskem času pa je sončno sevanje praviloma močnejše kakor pri poletnem, zato vakuumski kolektorji, ki so na temperature zunanjega zraka praktično neobčutljivi, dajejo v zimskem času več toplotne energije na časovno enoto kakor v poletnem času. To dejstvo je preverjeno z meritvami.

Toplozračni sončni kolektorji

Za svoje delovanje ne potrebujejo niti vode niti glikola. S sončno energijo ogrevajo zrak neposredno. Zato pri teh kolektorjih nikoli nimamo težav s pregrevanjem sistema kot je to težava pri klasičnih termosolarnih kolektorjih. Dodatna prednost toplozračnih sončnih kolektorjev je možnost istočasnega prezračevanja objektov. Toplozračni kolektorji, ki se trenutno dobijo na tržišču, so namenjeni predvsem hkratnemu prezračevanju in ogrevanju manjših objektov kot na primer hiš, garaž, zidanic, mobilnih hiš, čolnov. Pri tem je potrebno vedeti, da to ni klasični prezračevalni sistem z vračanjem odpadne toplote, ki deluje neprekinjeno ne glede na zunanje pogoje.

Kot to navaja v svojem članku Bojan Grobovšek, univ.dipl.inž.str., se toplozračni sončni kolektorji učinkovito uporabljajo tudi pri večjih industrijskih in ostalih objektih kot na primer pri šolah, vrtcih in športnih dvoranah. Glede na tehnično učinkovitost, relativno nizko ceno investicije ter neproblematičnost pri delovanju in vzdrževanju bi lahko pričakovali, da bo montiranih več takih sistemov kot jih dejansko je. To je najverjetneje posledica nepoznavanja tako s strani projektantov kakor tudi s strani investitorjev. Glede na prednosti, ki jih imajo taki sistemi pred klasičnimi termosolarnimi bi lahko pričakovali, da jih bo več. Lahko predvidevamo, da se bo to sčasoma spremenilo – še posebej pri večjih objektih. Toplozračne sončne kolektorje namreč lahko priključimo na zajem svežega zraka prezračevalnega sistema in se s tem izognemo celotnim ali pa skoraj celotnim stroškom energenta pri ogrevanju svežega zraka, kadar imamo sončno vreme.

 

Dopolnjeno 18.2.2017, projektant Dušan Škerlj

info@soncna-ledina.si