Ochrona instalacji solarnej przed przegrzewaniem powinna być w pierwszej kolejności uzyskiwana dzięki optymalnemu doborowi instalacji - odpowiedniej do potrzeb powierzchni kolektorów słonecznych oraz pojemności podgrzewaczy wody użytkowej lub zbiorników buforowych wody grzewczej. Ochrona przed przegrzewaniem jest na przykład wymagana podczas dłuższej nieobecności mieszkańców w domu. np. podczas wyjazdu urlopowego. Skuteczną ochronę przed przegrzewaniem zapewnia system Drain Back instalacji solarnej. System Drain Back jako bezciśnieniowy, wymusza napełnianie kolektorów jedynie przy ich wymaganej pracy. Gdy nie występuje zapotrzebowanie ciepła z instalacji solarnej, glikol samoczynnie opuszcza kolektory słoneczne, dzięki czemu nie jest narażony na uszkodzenie i chroni także inne elementy instalacji solarnej. Kolektory słoneczne o uznanej jakości, potwierdzonej między innymi w ramach badań zgodnych z norną PN-EN 12975 i certyfikatem Solar Keymark, są przystosowanie do możliwych przegrzewów, czyli tzw. stanów stagnacji.

1. Ochrona instalacji solarnej przed przegrzewaniem
 Optymalne temperatury pracy kolektora słonecznego
 Możliwości występowanie przegrzewów w instalacji solarnej
 Sposoby ochrony instalacji solarnej przed przegrzewaniem
Wydanie 1/2015
30.05.2015
www.eko-blog.pl www.vaillant.pl

2. 2
Prawidłowe warunki eksploatacji
dla instalacji solarnej
 Prawidłowy dobór instalacji solarnej powinien zapewniać warunki do stałego
odbioru ciepła, gdy występuje korzystne nasłonecznienie. Przerwy w odbiorze
ciepła negatywnie odbijają się na efekcie ekonomicznym, gdyż przy poniesionych
już kosztach inwestycyjnych, nie jest pozyskiwane ciepło o niskim koszcie
wytworzenia. Przerwy w wykorzystaniu instalacji solarnej będą tym samym
wydłużać okresy zwrotu kosztów poniesionych środków finansowych.

3. 3
Funkcjonowanie małej instalacji solarnej
 Podgrzewanie wody użytkowej następuje, gdy temperatura mierzona
w kolektorach słonecznych () będzie wyższa od temperatury wody ()
o ustaloną różnicę, np. 8 K. Podczas ustabilizowanej pracy instalacji solarnej,
temperatura mierzona w kolektorach słonecznych jest wyższa od temperatury
wody przeciętnie o 10÷20 stopni (zależnie m.in. od nastawy natężenia przepływu).


 Dopóki woda użytkowa w podgrzewaczu
może odbierać ciepło, zapewniając odbiór
ciepła z kolektorów słonecznych, nie
występują przegrzewy prowadzące do tzw.
stanów stagnacji („postój”). Ważny jest więc
prawidłowy dobór instalacji solarnej, przede
wszystkim odpowiedniej do potrzeb ciepła
powierzchni absorberów oraz dostosowanej
do niej pojemności podgrzewaczy wody.

4. 4
Kiedy można mówić o przegrzewie
w instalacji solarnej?
 Przegrzew w instalacji solarnej następuje, gdy temperatura w kolektorach
słonecznych przekracza punkt wyłączenia pompy obiegu solarnego ze względu
na konieczność ochrony elementów instalacji – w szczególności pompy, naczynia
wzbiorczego, armatury. Wyłączenie pompy obiegowej następuje zależnie od
nastawy regulatora elektronicznego przy temperaturze od 110 do 150oC
(nastawa fabryczna regulatora auroMATIC 620 wynosi 130oC)
130oC
OFF
 Brak odbioru ciepła z kolektorów
słonecznych może prowadzić do
dalszego wzrostu temperatury, do
wrzenia glikolu i tzw. stanu stagnacji.

5. 5
Stan stagnacji w instalacji solarnej
 W stanie stagnacji temperatura oraz ciśnienie glikolu w kolektorach słonecznych
wzrasta i przy około 140÷150oC (dla ciśnienia w kolektorach od 3 do 4 bar)
z roztworu glikolu z wodą, zacznie wytwarzać się para wodna. W ostatniej fazie
stanu stagnacji para (przegrzana) wypełni absorber wypierając z niego glikol.
>140oC<140oC
 Taka sytuacja nie stanowi dla kolektora słonecznego zagrożenia, gdyż w ramach
badań jakościowych (EN 12975, certyfikat Solar Keymark) kolektor jest testowany
na długotrwałą pracę bez odbioru ciepła.

6. 6
Konstrukcja absorbera umożliwiająca
szybkie usuwanie glikolu
 Podstawową kwestią ochrony przed przegrzewaniem jest konstrukcja absorbera
umożliwiająca swobodne i szybkie usuwanie glikolu w razie wystąpienia stanu
stagnacji. Glikol nie będzie wówczas narażony na szkodliwe długotrwałe działanie
podwyższonej temperatury.
auroTHERM VFK 145
 Glikol będzie mógł szybko opuścić absorber
posiadający 4 króćce przyłączeniowe. Para wodna
gromadząca się w górnej części absorbera będzie
mogła wyprzeć glikol przez dolne króćce. Naczynie
wzbiorcze przejmie wzrost objętości glikolu.
 Opróżnianiu z glikolu służy także nachylenie
orurowania absorbera, co również pozwala stosować
kolektor w układach bezciśnieniowych typu
Drainback.

7. 7
Ochrona przed przegrzewaniem – przykrycie
kolektorów słonecznych
 Stosowanie stałych rolet dla zasłaniania kolektorów słonecznych, nie jest
zalecane. Instalacja solarna powinna być tak dobrana, aby zapewnić jej jak
najwyższy stopień wykorzystania. Każda przerwa w pracy przy sprzyjających
warunkach nasłonecznienia zmniejsza opłacalność inwestycji.
 Folie ochronne mogą być stosowane na potrzeby montażu i uruchamiania
instalacji solarnej. Po zakończeniu napełnienia układu, folia ochronna (jeśli jest
dostarczona przez producenta)
powinna zostać zdjęta, aby nie
dopuścić do jej zwulkanizowania
pod wpływem promieniowania
słonecznego. W przeciwnym
razie, można się narazić na
trudności w usuwaniu folii
z szyby kolektora.

8. 8
Warunki pracy kolektora słonecznego
na wykresie jego sprawności
 Na podstawie parametrów kolektora słonecznego zawartych w certyfikacie Solar
Keymark: sprawności optycznej i współczynników strat ciepła, można wykonać
charakterystykę sprawności. Sprawność zależy ściśle od różnicy temperatury
między absorberem, a otoczeniem. Im wyższa różnica, tym większe będą
występować straty ciepła do otoczenia i tym mniejszą moc grzewczą osiągać
będzie kolektor słoneczny. Optymalne warunki pracy kolektora słonecznego
Różnica temperatury (absorber-otoczenie)
Sprawnośćkolektorasłonecznego
mieszczą się w zakresie niskich
różnic temperatury w przedziale
do 50÷60 K. Powyżej 80 K
zaczyna się przedział
podwyższonych temperatur
i możliwych przegrzewów.
Optymalny
zakres
Przegrzewy

9. 9
Wykres sprawności kolektora słonecznego
płaskiego z szybą antyrefleksyjną VFK 155
Standardowy zakres pracy Podwyższone temperatury Przegrzewy 
Różnica temperatury (absorber-otoczenie)
Sprawnośćkolektorasłonecznego

10. 10
Stan pracy 1: początek dnia – niska
temperatura wody użytkowej w podgrzewaczu
20oC
40oC 20oC20 K
 W godzinach porannych woda użytkowa w podgrzewaczu ma niską temperaturę
np. 20oC. Temperatura średnia absorberów zazwyczaj jest wyższa od temperatury
wody o około 10 do 20 stopni i może wynosić wówczas np. 40oC. Oznacza to
różnicę pomiędzy średnią temperaturą absorberów, a otoczeniem = 20 K (różnicę
temperatury wyraża się w stopniach Kelvina), przy założeniu temperatury
zewnętrznej 20oC. Sprawność kolektora słonecznego będzie wynosić ok. 63%

11. 11
60oC
80oC 30oC50 K
 Pod koniec dnia, gdy woda użytkowa w podgrzewaczu osiągnie docelową
temperaturę np. 60oC, średnia temperatura absorberów powinna wynosić około
80oC. Oznacza to różnicę pomiędzy średnią temperaturą absorberów,
a otoczeniem = 50 K, przy założeniu temperatury zewnętrznej 30oC. Sprawność
kolektora słonecznego będzie wynosić ok. 60%. Można uznać, że standardowa
instalacja solarna powinna pracować z maksymalną różnicą rzędu 50÷60 K.
Stan pracy 2: koniec dnia – osiągnięcie
docelowej temperatury wody użytkowej

12. 12
80oC
110oC 30oC80 K
 Jeżeli woda w podgrzewaczu będzie mogła być zgodnie z życzeniem
użytkownika podgrzewana do wyższej temperatury, np. 80oC, to instalacja solarna
może pracować z różnicą temperatury rzędu 80 K. Ten zakres zaczyna już
oznaczać, że w instalacji solarnej mogą występować przegrzewy wskutek braku
odbioru ciepła z kolektorów słonecznych. Sprawność kolektorów słonecznych
zaczyna się także znacząco obniżać, do około 33% dla różnicy 80 K.
Stan pracy 3: koniec dnia – nadwyżki ciepła
wskutek braku odbioru ciepła przez wodę

13. 13
System Drainback – auroSTEP plus
 Rozwiązaniem stosowanym w małych instalacjach solarnych jest także układ
bezciśnieniowy, tzw. Drainback. Korzyścią jest w tym przypadku całkowita
eliminacja możliwości przegrzewu glikolu i elementów instalacji solarnej, a także
brak naczynia wzbiorczego. Glikol wypełnia jedynie dolną część instalacji wraz
z wężownicą podgrzewacza. Jedynie gdy wystąpią warunki dla pracy instalacji
solarnej, a pompa obiegowa zostanie włączona przez regulator, glikol będzie
ONOFF
Brak glikolu
Wypełnienie
glikolem
wypełniał instalację wraz
z kolektorami. Gdy pompa
obiegowa się wyłączy, glikol
grawitacyjnie przepłynie
w dół instalacji solarnej.
Przy wyższej temperaturze
w kolektorach, glikol nie
będzie narażany przez ani
moment na przegrzew.

14. 14
Podsumowanie
 Ochrona instalacji solarnej przed przegrzewaniem jest realizowana przez
regulator (ograniczanie pracy pompy obiegowej), ale przede wszystkim dzięki
odpowiedniej konstrukcji absorbera. Odrębne rozwiązanie stanowi system
bezciśnieniowy Drainback, w którym następuje samoczynne napełnianie
i opróżnianie glikolu z absorberów. Należy zaznaczyć, że odporność samego
kolektora, jak i glikolu na podwyższone temperatury pracy jest bardzo wysoka.
Kolektor spełniający wymagania certyfikatu Solar Keymark jest testowany
w warunkach znacznie bardziej skrajnych niż występujących w praktyce.
 Utrata właściwości glikolu następuje
dopiero po notorycznie powtarzających
się i długotrwałych przegrzewach.
Występowanie takich warunków pracy
może być jednak skutecznie
ograniczane przez odpowiednią
konstrukcję absorberów (usuwanie
glikolu)

15. Chłodzenie
Ogrzewanie
Energia odnawialna
Kotły gazowe
Kotły olejowe
Pompy ciepła
Kolektory słoneczne
Systemy wentylacji
www.eko-blog.pl www.vaillant.pl