Simulace solárního systému s trubicovými kolektory

Zdarma Vám nasimulujeme Vaši konkrétní instalaci

Pro simulaci solárního systému používáme profesionální software T*SOL Pro 5.0 od společnosti Dr. Valentin EnergieSoftware GmbH. Tento simulační program umožňuje simulovat různé systémy například jednoduchý systém pouze pro ohřev teplé užitkové vody nebo kombinace TUV a přitápění ale i systémy s elektro či plynovým kotlem nebo tepelným čerpadlem.

Program T*SOL Pro 5.0

Program T*SOL Pro 5.0 využívá pro simulaci reálná meteorologická data z profesionálních meteorologických stanic umístěných v ČR a zahraničí. Vlastní simulace solárního systému probíhá den po dni hodinu po hodině a je zpracována do přehledného reportu. V reportu je možno vyčíst vyrobenou energii, úsporu a období kdy bude systém pracovat sám bez další energie na přitápění. Je možno také simulovat více variant (různý počet kolektorů, různá velikost zásobníku…)

Příklad simulace pro rodinný dům pro dvě osoby se 4 trubicovými kolektory (72 trubic), kombinovaným zásobníkem na 300 l jak pro přípravu teplé užitkové vody tak pro přitápění do radiátorů a elektro kotlem o výkonu 22 kW.

Příklad simulace

Simulace solárního systému pro rodinný dům - 72 trubic (4 kolektory po 18 trubicích)

Montáž kolektorů na rodinném hotelu ve Skalné

Rodinný Hotel Skalná

Původní ohřev teplé užitkové vody v hotelu s vířivkou

Ohřev teplé užitkové vody v hotelu byl původně realizován pomocí plynového kotle, který ohříval dva zásobníky teplé vody o celkové kapacitě 340 l (2 x 170 l). Vzhledem k velké spotřebě teplé vody v hotelu a ve vířivce se majitel rozhodl použít solární energii pro přípravu TUV.

Popis instalace

Střecha hotelu Sklaná je plechová a umístěná na jih. Celková velikost střechy je 20 m x 4,80 m, sklon střechy je 30°, rozteč mezi ohyby plechu na střeše je cca 92 cm. Solární kolektory jsou umístěny ve dvou řadách pod sebou, délka kolektoru je 2,04 m. Upevnění na střechu je provedeno prostřednictvím háků a hliníkových lišt. Háky jsou namontovány na spoj plechových desek a na ty se jsou umístěny hliníkové lišty. Kolektory v jedné řadě jsou umístěny na čtyřech lištách (18-12-18) 4,7 m a (18-12-12-18) 5,5 m pod každou lištou je 4 až 6 háků (spojů). Celková absorpční kolektorová plocha je 16,43 m² = 10,952 m² (8 x 18 trubic) + 5,478 m² (6 x 12 trubic), celkový počet vakuových trubic je 216.

Doporučený objem zásobníků vody je:  1150 l tedy zaokrouhleno cca 1200 l
Doporučená plocha výměníku je: 6-8 m² v každém zásobníku

Nově jsou nainstalovány dva nerezové zásobníky s kapacitou 2 x 500 l původní zásobníky 2 x 170 l jsou rovněž použity a připojeny do systému. Celková kapacita zásobníků tedy je 2 x 500 l + 2 x 170 l = 1340 l

Montáž vakuových trubicových solárních kolektorů na hotelu ve Skalné

Popis fungování systému

Při ozáření kolektorů sluncem a ohřátí teplonosné kapaliny (teplotní čidlo na kolektorech) nad teplotu v zásobníku (teplotní čidlo nahoře v zásobníku B1) o cca 6 °C sepne regulace přívodu solární kapaliny do solárního čerpadla R1, které ohřátou kapalinu protlačí přes výměník v zásobníku B1. Zde kapalina předá teplo a ochlazená se vrací do kolektorů. Primárně je nahříván zásobník B1, v případě že slunce nestačí pro zvýšení teploty v B1 (teplota na kolektorech je shodná s teplotou v zásobníku dole), ale stačilo by na ohřátí zásobníku B2 (teplota na kolektorech je vyšší o 6 °C než voda nahoře v bojleru) regulace vypne čerpadlo R1 a sepne čerpadlo R2 a začne se ohřívat zásobník B2.

Popis solárního systému v hotelu ve Skalné

V případě dosažení maximální teploty v zásobníku B1 (teplota dole 85 - 90 °C) se vypne  čerpadlo R1 a zapne čerpadlo R2 a bude se ohřívat voda v zásobníku B2. Při dosažení maximálních teplot v obou zásobnících se obě čerpadla vypnou a  teplonosná kapalina se v plynné podobě nashromáždí v expanzní nádobě (bod varu teplonosné kapaliny je 105 °C). Kolektory mají maximální odolnost proti teplotě 270 °C. V případě nedostatečného slunečního záření bude voda v stávajících zásobnících 2 x 170 l dohřívána plynovým kotlem. Ze zásobníků B1 a B2 je přes stávající bojlery 2 x 170 l čerpána TUV.

Závěr

Původní ohřev byl pouze plynovým kotlem se zásobníky 2 x 170 l. Vzhledem k velké spotřebě teplé užitkové vody byla cena plynu na přípravy TUV značně vysoká. Po instalaci solárních kolektorů a zásobníků není během letních měsíců vůbec třeba připravovat teplou vodu plynovým kotlem a během jarních a podzimních měsíců běží plynový kotel velmi sporadicky. Vířivka je přitom teď využívána mnohem častěji než před instalací solárních trubicových kolektorů. Majitel hotelu je spokojený protože účet za plyn se velmi snížil.

Instalace solárních vakuových kolektorů na chatě

Instalace solárních vakuových kolektorů na chatě

Příklad instalace vakuových solárních trubicových kolektorů s Heat-Pipe na rodinném domku. Solární kolektory jsou vyžívány jak k přípravě teplé užitkové vody, tak k přitápění v období podzimu a jara.

Umístění kolektorů na lyžinách, které zajistí větší sklon a tak zlepší využití v zimě  

Na střeše jsou instalovány 4 kusy solárních kolektorů a jsou přizvednuty pomocí lyžin a podpěr tak, aby měli vyšší sklon a tedy lepší využití během jarních, zimních a podzimních období (během těchto měsíců je slunce níže nad obzorem a pokud chceme, aby solární kolektory pracovaly dobře i v zimě je třeba ještě větší sklon např. 55° a nebo i kolmou instalaci nelze-li jinak).

Detail montáže solárního kolektoru s tepelnými trubicemi

Systém se skládá ze 4 trubicových vakuových kolektorů s tepelnými trubicemi. Každý kolektor obsahuje 18 trubic – tedy celkem 72 trubic. Celý systém je řízen pomocí regulátoru RESOL DeltaSol ES.

Solární regulátor RESOL DeltaSol ES

Čerpadlová stanice

Jako zásobník  TUV je použit 300 l solární ohřívač DZ Dražice  OKC 300 NTRR/SOL s dohřevem pomocí elektrické patrony. Zásobník obsahuje dva výměníky, na první je napojen solární systém a druhý je napojen do ústředního topení a je určen na dotápění během jara a podzimu.

Zásobník DZ Dražice OKC 300 NTRR/SOL

Jak fungují vakuové kolektory na principu Heat Pipe

Vakuové trubicové solární kolektory na principu Heat-Pipe

Skleněná trubice vakuová trubice je jako termoska (odborně Dewarova nádoba) – mezi tenkými stěnami je vakuum a vnitřní skleněná vrstva je pokovená absorpční vrstvou ALN/AIN. Sluneční záření se tedy dostane dovnitř, ale již nemůže díky této vrstvě ven a změní se na teplo. Díky pokovení má trubice vysokou absorpci záření (pohlcování), ale malou emisi (vyzařování). Toto teplo je z vnitřní stěny vakuové trubice sbíráno pomocí lamel a přenášeno pomocí tepelné trubice – Heat-Pipe nahoru do sběrače.

Podélný řez trubicovým vakuovým kolektorem s tepelnými trubicemi

Ve sběrači proudí kolem trubice nemrznoucí kapalina, která teplo dále přenáší pomocí výměníku (buď externího nebo vnitřního - šroubovice) a čerpadla do zásobníku teplé vody - bojleru. Solární vakuový kolektor s tepelnou trubicí je nejefektivnějším řešením ohřevu vody pomocí slunce.

Příčný řez trubicovým vakuovým kolektorem s tepelnými trubicemi

Na výstupu se zásobníku musí být  umístěn termostatický ventil jelikož teplá užitková voda v zásobníku muže mít i teplotu 90 °C a do rozvodů vody je vhodné mít vodu teplou 60 °C. Nehrozí tím tedy například riziko opření dětí horkou vodou a tím že se voda mísí se studenou se rovněž snižuje spotřeba teplé vody v zásobníku.

Systém pro ohřev teplé užitkové vody s trubicovým vakuovým kolektorem s tepelnými trubicemi

Tepelná trubice - Heat Pipe

Tepelná trubice - Heat-Pipe

Tepelná trubice (anglicky Heat-Pipe, nebo Heat Pipe) dokáže přenášet velké tepelné výkony při zachování malého rozdílu teplot (běžně kolem 2 °C). Přenos tepla v ní je založen na odpařování a kondenzaci. Zajímavostí je, že tuto technologii vynalezla NASA.

Princip Heat-Pipe

Princip činnosti tepelné trubice

Jedná se o hermeticky uzavřenou trubici, ve které je pracovní látka (voda, alkohol, propanbutan, freon a pod.). Budeme-li jeden konec ohřívat a na druhý umístíme chladič, začne se pracovní médium odpařovat. V důsledku toho roste tlak. Na chlazeném konci páry kondenzují a předávají tak teplo, které bylo spotřebováno k odpaření. Kondenzát teče, nebo vzlíná zpět a tak to jde stále dokola.

Solární trubicové kolektory

Tento blog je zaměřen na solární trubicové vakuové kolektory fungujících na bázi tepelných trubic tak zvaných "Heat-Pipe". Tyto kolektory mají na rozdíl od jiných velkou výhodu v tom, že fungují i v chladnějších obdobích, kdy klasické ploché kolektory ani ty se selektivní barvou nefungují.

Solární vakuový trubicový kolektor s tepelnými trubicemi