Plochý kvapalinový slnečný kolektor EKOSOLAR

Poskytujeme možnost zakupenia slnečného kolektora EKOSOLAR vyrobeného na klúč, alebo jednotlivých častí pre svojpomocnú montáž.

PROJEKT EKOSOLAR - Výroba slnečných kolektorov Know-How

Invertárny zoznam strojného vybavenia

Materialova základňa pre výrobu slnečných kolektorov

Funkcia solárneho zariadenia

Kolektor Hold-Plech Rakúska technológia nie je patentovo chránený z dôvodu ľahšieho rozšírenia. Jeho montáž je upravená podľa možností pána Korvína pri zachovaní pôvodnej technológie. Solárne zariadenie je systém, ktorý mení energiu slnečného žiarenia pomocou technologického zariadenia v zložení kolektor, zásobník, čerpadlo a príslušné rozvody na teplo, ktorým sa ohrieva úžitková voda. Schéma jednoduchého solárneho zariadenia pozostáva iba z kolektoru a zásobníka teplej vody obr. 1. Toto zariadenie pracuje samočinne bez čerpadla, to znamená, že ohriata voda stúpa z kolektoru do zásobníka a ochladená voda odteká späť do kolektoru. Schéma, ktorá oddeľuje kolektor a zásobník je na obr. 2. Úžitková voda je cez výmenník tepla spojená s kolektorovým obehom . V tomto prípade sa pridáva do vody nemrznúca zmes, čím sa docieli celoročná prevádzka. Obeh kvapaliny kolektor-zásobník je pomocou čerpadla ovládaný elektronickým regulátorom.

Popis celého zariadenia

Schéma na obr. 2 ukazuje slnečné kolektory určené predovšetkým na ohrev teplej vody pre rodinné domy. Zachytená slnečná energia sa v kolektoroch /1/ premení na teplo. To je vodou prenášané trubkami /2/ do bojleru- zásobníka /3/, v ktorom cez výmenník /4/ zohreje úžitkovú vodu. Zásobník by mal byť dostatočne veľký, aby zásoba vody vydržala niekoľko dní. Pri zabudovaní prídavného elektronického vyhrievania /5/ je dostatok teplej vody aj pri dlhšom nepriaznivom počasí / pri nedostatku slnečného žiarenia /. Voda ochladená vo výmenníku tepla odteká späť do kolektoru. V tomto zariadení obieha voda pomocou čerpadla /6/. Elektronické ovládanie /7/ kontroluje, aby čerpadlo bolo v činnosti iba vtedy, keď je voda v kolektore teplejšia než voda v zásobníku. Zásobník a vedenie trubiek sú zaizolované, aby sa predišlo zbytočným stratám. K základnej výbave patrí teplomer /8/ na prívode a spätnom potrubí inštalovaný čo najbližšie k zásobníku. Vyrovnávacia nádržka /9/ udržuje rovnomerný pracovný tlak a vyrovnáva zmeny objemu kvapaliny. Spätný ventil /11/ zamedzuje spätnému toku vody pri vypnutom zariadení. Pretlakový ventil - bezpečnostný /10/ dovoľuje uniknúť prebytočnej kvapaline pri zvýšenom tlaku v potrubí. Automatický odvzdušňovací ventil /12/, inštalovaný v najvyššom mieste teplovodného potrubia, slúži k vypúšťaniu vzduchu v potrubí. Celé zariadenie doplní uzavierací a plniaci ventil.

Stanovište, sklon a nasmerovanie kolektorov

Najčastejšie sa kolektory montujú na streche domu. Najlepšie sú južne orientované strechy so sklonom 30°-60°. Najideálnejší je sklon 45°. Odchýlky do 20° východným či západným smerom nie sú závažné. Pri odchýlke 25° sa znižuje príjem žiarenia asi o 10% a pri odchýlke 45° až o 20%. Preto je výhodnejšie odchýliť kolektor západným smerom než východným. OPtimálny sklon kolektoru sa mení s ročným obdobím. V lete stojí slnko vyššie ako v zime. Pri natočenej ploche kolektoru k juhu je najväčší energetický zisk pri sklone 30-40%. V ostatných mesiacoch je najlepší uhol okolo 60°. Pre najvhodnejšie časové a priestorové využitie je najlepšie nastaviť kolektory o 10°-15° viac, než je treba v letných mesiacoch, lebo vtedy je prebytok slnečnej energie, a preto si môžeme dovoliť nepatrnú stratu účinnosti. Ak je orientácia strechy alebo jej sklon nevhodný pre montáž kolektorov, môže sa inštalovať na vhodný podstavec v blízkosti domu alebo na plochej streche. Podstatou je však, aby rozvod ku kolektorom bol čo najkratší a kolektory boli prístupné i po skončení stavby. Životnosť podľa druhu použitého materiálu je odhadovaná na 20 až 30 rokov.

Popis použitých materiálov a ich spracovanie

Spôsob výroby tohto druhu kolektoru obr.3 je zvolený tak, aby nevznikol žiadny odpad, prípadne iba veľmi malý.

Vaňa kolektoru

Pri výrobe vany kolektoru môžme použiť nerez materiál alebo pozinkovaný, prípadne inak povrchovo upravený plech.

Vaňa vyrobená z pozinkovaného plechu:
použitý plech je hrúbky cca 0,55 mm, ktorý je relatívne lacný a dostupný v obchodnej sieti. Ľahko sa spracúva a upravuje na potrebný tvar /ohýba, strihá, vŕta, môže sa spájať letovaním a pod./ Životnosť vane - celého kolektoru z pozinkovaného plechu je obmedzená na dobu stanovenú odhadom cca 10-25 rokov, avšak cenovo veľmi prístupná.

Vaňa vyrobená z hliníkového materiálu:
použitý je plech hrúbky cca 1 mm, ktorý má veľmi dlhú životnosť cca 30-50 rokov, je však pomerne drahší. Vaňa je vyrobená z jedného celku v rohoch zanitovaná a silikónom utesnená tak, aby do vane nevnikala voda. Na čelnej strane sú vyvŕtané dva otvory o priemere 20mm, cez ktoré sú napojené trubky do absorbéru. Hrúbka plechu je dostatočne pevná a naviac je vaňa spevnená tabuľou skla o hrúbke 6 mm. Vaňu z pozinkovaného plechu môžeme natrieť ochranným náterom. Pri výrobe vane môžeme použiť aj iný materiál ako je napr. plastový materiál, drevo a i

Izolácia

Dobrá izolácia je nevyhnutná z dôvodu vyšších tepelných strát v chladnejšom období. Možno použiť rôzne tepelno-izolačné materiály. Pri umiestnení kolektoru do strechy v drevených rámoch je vhodná izolácia z minerálnej vaty. Je nehorľavá a neobsahuje žiadne škodlivé látky.

Do vane kolektoru sa používa izolácia z minerálnej vaty na dno v hrúbke 4 cm, po stranách 2,5 cm. Pripravené dosky položíme na dno vane, potom položíme pruhy o šírke 2,5cm po stranách vane. Pri rezaní dáme pozor, aby pásy minerálnej vaty neboli úzke po stranách vane, pretože by pevne nedržali vo vani.

Absorbér

Absorbér /prijímač slnečného kumulovaného tepla/ sa skladá z medeného plechu, na ktorý sú pripájkované medené trubky. Strana otočená k slnku má byť natretá čiernym náterom k lepšej absorbcii slnečného žiarenia. Medený plech je 0,2 mm hrubý a 30 cm široký. Hrubší plech nemá žiadne výhody a tenší sa horšie pájkuje. Medený plech je na výrobu absorbéru najvhodnejší pre jeho veľmi dobrú tepelnú vodivosť. Plech o šírke 30 cm použijeme z kotúča, čím dosiahneme nulový odpad. Výhodou je taktiež pri rozdelení plechu na jednotlivé kusy, pretože teplo z plechu sa lepšie prenáša na trubky a nevyžaruje sa tak vo forme strát do okolia. V plechu sú vylisované drážky, v ktorých je umiestnená medená trubka.

Dĺžka plechu na 1 kolektor je 74 cm a 6,5 ks. Celková dĺžka predstavuje 4,81m o hmotnosti 2,6 kg, Medené trubky použité v absorbéri majú priemer 15 mm. Trubky s menším priemerom ako 15 mm kladú značný odpor pretekajúcej kvapaline. Použitie väčšieho priemeru ako 15 mm /18-22 mm/ má tú nevýhodu, že v absorbéri je veľké množstvo kvapaliny. Tým je zariadenie pomalšie a klesá jeho účinnosť. Stavebný spôsob s použitím 4radoch trubiek priemeru 15 mm predstavuje 8,3 m medených trubiek. Poskytuje taktiež veľkú stavebnú plochu /20-30 m2/bez veľkého odporu vo vedení. Obsah kvapaliny v kolektore je malý iba 1,1 l pri absorbčnej ploche 1,36 m2. Trubky z mäkkej medi majú tú výhodu, že z jedného kotúča sformujeme hada absorbéru bez pájkovania. Trubky z tvrdej medi v ohyboch spájame medenými tvarovkami.

Pájkovanie medenej trubky k plechu absorbéru

Plech očistíme v ryhách oceľovým kartáčom. Do ryhy štetcom nanesieme v tenkej vrstve vo vode rozpustenú taviacu prísadu. Taktiež očistíme medenú trubku a vložíme ju do drážky. Pri pájkovaní trubky s medeným plechom trubku ľahko dotlačíme do prelisovanej ryhy a pripájkujeme cínom. Cín je po jednej strane trubky, ktorú nahrejeme plynovým horákom tak, aby sa cín rozpustil a spojil trubku s plechom.

Náter absorbéru

Medený absorbér musíme pred náterom dôkladne očistiť, aby sa odstránili zbytky pájkovacej pasty. Ako čistiaci prostriedok môžme použiť saponát na odmastenie s použitím teplej vody v špecialne upravenej vane. Absorbér musíme očistiť po oboch stranách, čím zabránime neskoršej oxidácii. Veľmi dôležité pred použitím náteru je, aby bol absorbér dokonale vysušený. Absorbér natierame alebo striekame vo vodorovnej polohe. Použitý akrylový čierno-matný náter musí byť v tenkej vrstve, pretože opačne môže vytvoriť určitú izolačnú vrstvu. Farba sa používa vodou rieditelná, odolná proti UV žiareniu a vyšším teplotám. Takto je absorbér hotový a môže sa začať so skladaním kolektoru.

Sklo - vrchný kryt

Sklo je najlepším krytom kolektoru. Použitím skla dosiahneme skleníkového efektu a vyššiu pôsobnosť slnečného žiarenia na absorbér a tým i väčšieho tepla. Používame tabule obyčajného skla o hrúbke cca 6 mm a rozmere 200x75 cm. Sklo nám môže pri neodbornej manipulácii ľahko prasknúť preto pri manipulácií je potrebná opatrnosť. Okraje skla obrúsime, aby nedošlo k porezaniu sa na ostrých hranách.

Lepenie tabule skla

Vaňa kolektoru, na ktorej bude sklo nalepené, musí byť veľmi dobre očistená. Na vnútornú stranu horného okraja vane nalepíme gumenú samolepiacu pásku 3x9 mm, ktorá zabráni úplnému doľahnutiu skla na vaňu. Sklo má na vani plávať, inak môže prasknúť z dôvodu rozdielnej rozťažnosti. Sklo sa pred položením dôkladne očistí a osuší. Po uložení skla na vanu sa nanesie na okraj tenka vrstva silikónu, položením lišty v tvare L okolo okraja skla sa dosiahne vodotesne prilepenie lišty a skla s hornej časti, nakoniec sa lišta prinituje z bočnej strany vane. Vaňa musí ležať v rovine. V prípade, že dôjde ku skríženiu vane, môže sklo po nalepení prasknúť. S kolektorom možno manipulovať až druhý deň. Silikón je stály od +160°C do -30°C.

Prívodné vedenie

Na prívod použijeme medené trubky priemeru 18 mm. Týmito trubkami možno pripojiť maximálne 10 kolektorov o ploche 15 m2, v dĺžke do 20 m /kolektor-bojler/. Pokiaľ máme viac kolektorov je potrebné prívodné trubky o priemere 22 mm. Čím je dlhšie prívodné potrubie, tým je väčšia strata tepla. Nezabudnúť na vodič čidla (pri obehu s čerpadlom).

Izolácia prívodného vedenia

Na izoláciu prívodného potrubia sú najvhodnejšie hadice s kaučuku K-Flex. Dobre izoluje a má výhodu, že pri montáži sa nasúva na potrubie teplotne stála až 160°C s ochranou UV žiarenia. Táto izolácia je hrubá 13 mm. Izoláciu nemusíme chrániť pred poveternostnými vplyvmi.

Použitie armatúr

Usporiadanie použitých armatúr je účelové a praktické. Vzdušníkom odstránime z potrubia vzduchové bubliny. Teplomer na prívode potrubia /od kolektoru k bojleru/ ukazuje teplotu vody, ktorá prichádza od kolektoru. Uzáver za teplomerom je nutný pri výmene bojlera.

Plniaci-uzavierací-vypúštaci ventil je potrebné pre naplnenie sústavy kvapalinou a druhým je tento prúd miernený. To trvá tak dlho, pokiaľ nie je z kolektoru a potrubia vytlačený vzduch. Pri plnení nemrznúcou zmesou použijeme ventil pred čerpadlom. Uzavierací ventil musí byť uzavretý. Druhým ventilom sa použitá kvapalina vypúšťa. Týmto spôsobom sa do sústavy nedostane žiadny vzduch. Obehové čerpadlo sa používa trojrýchlostné, nemusí byť veľké. Do 8 kolektorov pracuje na stupni I, pri väčšom počte použitých kolektorov a dlhšom potrubí /30m/ na stupni II alebo III. Pred prvým zapnutí čerpadla musí byť skrutka na odvzdušnenie čerpadla uvoľnená, aby mohol uniknúť vzduch z komory čerpadla. Na teplomere možno zistiť teplotu vody, ktorá prúdi z bojlera do kolektorov. Manometer ukazuje tlak v sústave. Mal by byť okolo 150 Mp /1,5 atm/. Spätný ventil zabraňuje spätnému prietoku kvapaliny, čo môže nastať pri vypnutí čerpadla. Poistný ventil zabráni škodám, ktoré môžu vzniknúť zvýšením tlaku v sústave. Otvára sa pri tlaku 600Mp /6 atm/. Expanzná nádržka slúži k vyrovnávaniu kvapaliny, ktorá zahrievaním mení svoj objem a rozťahuje sa. Obsah sa vypočíta podľa plochy kolektorov na 2 m2 je cca 6 litrov.

Bojler

Pri návrhu bojleru sa určuje objem dennej spotreby v objekte, zásadou je že objem bojleru určuje plochu kolektorov, to znamená že keď má kolektor 1,5 m2 zohreje 80 l vody. Dnes sú vyrábané bojlere aj na účely solárneho ohrevu s väčším zabudovaním výmenníkom a zo smaltovanou nádobou, preto je životnosť bojlerov dostatočne veľká.

Diferenciálne ovládanie

Diferenciálne ovládanie má za úlohu vypínať a zapínať obehové čerpadlo. Bez ovládania by voda prúdila v noci späť do kolektorov. Kolektory sú v noci chladnejšie než voda z bojleru a takýmto nežiadúcim spätným cirkulovaním dochádza k jej ochladzovaniu. Diferenciálne ovládanie registruje teplotu v bojlery a v kolektoroch. Pokiaľ je teplota v kolektoroch vyššia ako v bojlery čerpadlo sa zapne. Ak voda v bojlery dosiahne vyššiu teplotu ako je voda v kolektoroch čerpadlo sa vypne. Dôležitý je spínač pre trvalý chod obehového čerpadla. Trvalý chod je nutný po naplnení sústavy nemrznúcou kvapalinou. Diferenciálne ovládanie nemá byť priamo napojené zo siete, ale cez zástrčku alebo spínač.

Montáž kolektorov

Pri montáži kolektorov na strechu sa ponúkajú dve možnosti:

1. montáž absorbéru vo vani vo vhodnom ráme stavaný nad strechu. Absorbér a izolácia sú osadené v plechovej vani. Jednotlivé vane sú pripevnené v ráme z oceľového uholníka /40x40 mm/ a priskrutkované cez strešný plášť priamo do drevenej konštrukcie strechy /krovu/ .
2. ďalšia možnosť je zabudovať kolektory do strechy. Takto sú kolektory namontované priamo na latovanie strechy alebo krov strechy. Táto varianta je náročnejšia z dôvodu oplechovania všetkých prechodov medzi kolektormi a strechou /pod škridlou/. Nezatesnené miesta môžu spôsobiť škody pri zatečení. Výhodou zabudovania kolektorov priamo do plášťa strechy sú nízke tepelné straty na kolektorovej stene a prívodnom potrubí. Taktiež je lepšie optické začlenenie do plochy strechy. Kolektor sa ukladá v plechovej vane.

Všeobecné pokyny pri montáži

Pri zhotovení kolektorovej skrine resp. pri zhotovení absorbéru musíme bezpodmienečne dodržať rozmery jednotlivých dielov /zmeny pri ohreve a vychladení predstavujú 1-2 mm v dĺžke absorbéru a trubiek/.

Pri zhotovení medeného absorbéru a medených trubiek musíme dbať na to, aby nedošlo ku kontaktu s vaňou kolektoru.

Kolektory alebo rám /kovový/, v ktorom sú namontované jednotlivé kolektory, musí byť spojený s rozvodom bleskozvodu.

Odvzdušnenie sústavy musí byť na najvyššom mieste vedenia teplej vody.

Pri montáži čidla teploty pre ovládanie je nutné:

• čidlo zásobníka je v ochrannej trubke dostatočne dlhej a je naskrutkované v odpovedajúcom otvore
• kolektorové čidlo je upevnené zvonka na teplej zbernej trubke

Trubka v tomto mieste musí byť dobre zaizolovaná, aby meraná teplota vody bola čo najpresnejšia. Musí sa dbať na dobrú izoláciu potrubia. V opačnom prípade vznikajú straty, čím klesá účinnosť celej solárnej sústavy.

Usporiadanie a prepojenie kolektorov

Kolektory montujeme zásadne vodorovne z dôvodu ľahšieho odvzdušnenia potrubia. Pri sériovom zapojení tečie voda z jedného kolektoru do ďalšieho

Paralelné zapojenie kolektorov - samostatné napojenie každého kolektoru na potrubie do bojlera. U viac ako 6 kolektorov môžeme kombinovať sériové a paralelné zapojenie.

Do série nemožno zapojiť viac ako 3 kolektory, inak veľmi rastie strata tlaku pre vnútorný odpor. Sériovo-paralelné zapojenie musí byť napojené symetricky

Uvedenie zariadenia do prevádzky

Uzavrieme ventil medzi plniacimi ventilmi. Plniaci ventil pred obehovým čerpadlom pustíme pod tlakom 1,5 atm. Súčasne necháme vodu tiecť otvoreným druhým plniacim ventilom. Voda má pretekať najmenej 5 minút. Pokiaľ voda preteká bez bubliniek je zaistený bezporuchový chod. Po prepláchnutí je sústava naplnená na tlak 1,5 atm.

Nemrznúcu zmes môžeme naplniť až po jednodňovom zabehnutí za slnečného dňa.

Výpočet množstva nemrznúcej zmesi

Aby sme zistili spotrebu, musíme poznať približný obsah vody v solárnej sústave.

Tu sú potrebné údaje pre výpočet:

• priemer 18 mm trubka..................0,2 l/m
• kolektor 200x75 cm......................1,1 l
• expanzná nádrž.............................9 l
• výmenník 12 m Cu.......................2,4 l

Celkový obsah vody v sústave musíme vydeliť tromi, tak dostaneme potrebné množstvo nemrznúcej zmesi potrebné k naplneniu zariadenia.

Získaná zmes je nemrznúca do -30°C. Možno pridať viac nemrznúcej zmesi na odolnosť voči teplote -40°C, ale účinnosť sústavy mierne klesne.