Zaujíma Vás, ako funguje princíp solárneho ohrevu vody u našich tlakových solárnych kolektoroch All-in-One? Solárny kolektor sa skladá z vákuových trubíc vyrobených z borokremičitého skla. Vákuum medzi dvomi vrstvami skla je vynikajúci izolátor a zabraňuje tepelným stratám. Pri procese trojitej magnetronovej metalizácie sa používa absorbér (zlúčenina absorbujúca slnečné lúče a transformujúca ich na tepelnú energiu). Ďalšie vrstvy absorbéru sú navrhnuté tak, aby udržovali čo najviac energie vo vnútri potrubia a zabraňovali tepelným stratám v rámci infračerveného žiarenia.
Nová špeciálna absorpčná vrstva ALN / AIN-SS / CU s prídavkom medi je ďalšia generácia absorpčných vrstiev. Nástupca vrstvy AL / N / AL sa vyznačuje väčšou účinnosťou (až 12%) a vynikajúcimi absorpčnými vlastnosťami priameho a rozptýleného slnečného žiarenia. Vnútro vákuovej trubice sa môže zahriať až na 300°C. Vo vnútri vákuových trubíc je namontovaná tzv. Heat-Pipe. Vďaka odsatiu všetkého vzduchu dochádza ku zníženiu bodu varu a zároveň zníženiu tlaku vo vnútri Heat-Pipe trubice. Kvapalina vo vnútri tohto tepelného výmenníka sa vďaka tomu varí už pri 25°C.
Meď použitá pre výrobu, neobsahuje kyslík, čo zaisťuje dlhú a spoľahlivú prevádzku. Pod vplyvom slnečného žiarenia sa vnútro vákuových trubíc zahrieva. Teplo sa prenáša do trubicového kondenzátoru pomocou hliníkového ohrevného telesa. Po dosiahnutí teploty 25°C sa kvapalina v kondenzátore začne variť a premieňa sa na paru. Para rýchlo stúpa až k hlave výmenníka, kde sa pri uvoľňovaní tepla ochladí a znovu kondenzuje. Trubicový kondenzátor, potiahnutý tepelne vodivou pastou, je vložený do objímky inštalovanej v nádobe. Nahriaty kondenzátor tepelnej trubice pomocou termopasty prenáša teplotu do objímky, ktorá ohrieva vodu v nádrži.
Horúca voda stúpa, chladnejšia voda klesá. Vo vnútri nádoby je inštalovaná trubka, vďaka ktorej je zhromažďovaná voda iba z hornej časti nádoby, zatiaľ čo studená voda zostáva na dne nádrže. Voda v tlakovej nádrži je pod konštantným tlakom z vodovodnej siete a po uvoľnení kohútiku sa automaticky dopĺňa. Nádrž má tlakový bezpečnostný ventil, ktorý sa otvorí, ak je teplota vody príliš vysoká. Uvoľní sa tak horúca voda a studená voda sa automaticky dopustí do nádrže, čím sa teplota vody vo vnútri nádrže zníži.
Vzhľadom k tomu, že voda v nádrži je pod konštantným tlakom, môže byť náš systém namontovaný na úrovni terénu a voda bude napriek tomu ľahko dodávaná aj do horných poschodí budovy. Vysoká účinnosť kolektoru je dôsledkom schopnosti absorbovať rozptýlené slnečné žiarenie (napr. v oblačných dňoch) a maximálne znížiť tepelné straty. Solárne kolektory tvoria jadro solárneho tepelného systému, pretože zachytávajú slnečné žiarenie a premieňajú ho na využiteľné teplo, ktoré sa môže použiť na ohrev teplej úžitkovej vody alebo ako záložný zdroj ústredného kúrenia v domácnosti.
Typy kolektorov a mechanizmy prenosu tepla
Odhliadnuc od niekoľkých špeciálnych technických riešení sa v Nemecku používajú predovšetkým kolektory, ktoré obsahujú cirkulačné teplonosné médium. Médium sa spravidla skladá zo zmesi vody a glykolovej nemrznúcej zmesi. Médium je v trubici. V závislosti od spôsobu inštalácie možno rozlišovať medzi trubicovými a plochými kolektormi. Obidva však majú spoločné to, že absorbér premieňa slnečné žiarenie na teplo. Teplonosné médium absorbuje teplo a odvádza ho z kolektora.
V trubicových kolektoroch je absorbér umiestnený v sklenenej trubici, ktorá je pod vákuovým tlakom (evakuovaná), podobne ako termoska. Vákuum má veľmi dobré tepelnoizolačné vlastnosti a zabezpečuje zníženie tepelných strát. Vo všeobecnosti možno trubicové kolektory rozlíšiť podľa ich konštrukcie: v trubicových kolektoroch s priamym prúdením teplonosné médium cirkuluje cez absorpčné trubice, ktoré sú umiestnené vo vnútri trubíc. V systémoch s trubicovými kolektormi teplonosné médium trubicami nepreteká. Namiesto toho sa médium (zvyčajne voda) odparuje v medenej trubici pod absorbérom. Para kondenzuje v príznačne nazvanom kondenzátore na hornom konci trubíc - tu sa energia odovzdáva teplonosnému médiu v kolektore.
Pri plochých kolektoroch je absorbér zvyčajne chránený pred poveternostnými vplyvmi krytom z oceľového plechu s povrchovou úpravou, hliníka alebo nehrdzavejúcej ocele a predným krytom z nízkoželezného bezpečnostného skla. Antireflexná (AR) vrstva na skle môže ďalej znížiť odrazivosť. Absorpčné potrubie je uložené v meandri, čo zabezpečuje spoľahlivý priebeh prúdenia cez kolektor. Absorpčná trubica je zváraná aj v ohyboch, čím sa zabezpečuje optimálny prenos tepla až po okraje. Podlahová doska je po celom obvode spojená s rámom kolektora.
Solárne kolektory možno vďaka ich rozmanitému dizajnu inštalovať takmer v každej koncepcii budovy, v novostavbách aj v projektoch modernizácie, a to buď na budove, alebo v jej blízkosti. Podľa potreby ich možno inštalovať na šikmé strechy, ploché strechy a steny, ako aj voľne stojace na zemi. Vo všetkých prípadoch kolektor a montáž tvoria jeden statický celok. Množstvo energie, ktoré je k dispozícii na výrobu tepla, je najväčšie, keď žiarenie dopadá na povrch kolektora pod pravým uhlom. V našej zemepisnej šírke sa to nedá dosiahnuť pri vodorovnom povrchu. Povrch kolektora však môže byť primerane naklonený.
Účinnosť a prevencia prehriatia
Kľúčovou hodnotou, ktorú musíte zvážiť pred kúpou solárneho termického systému, je účinnosť kolektorov. Táto hodnota predstavuje podiel slnečného žiarenia, ktorý sa premení na využiteľnú tepelnú energiu. Pri výpočte účinnosti solárnych kolektorov sa zohľadňujú aj energetické toky a tepelné straty. To znamená, že nie všetko svetlo dopadajúce na povrchy sa môže využiť na výrobu tepla (optické straty). Ak sa z kolektora neodoberá žiadne teplo (pretože čerpadlo stojí a teplonosné médium necirkuluje), kolektor sa zohreje na tzv. stagnačnú teplotu. Riziko prehriatia sa zvyšuje so zvyšujúcim sa teplotným rozdielom voči okoliu.
Viessmann tomuto javu čelí špeciálnou absorpčnou vrstvou - ThermProtect. V rámci tohto procesu absorbér pri zahrievaní vyžaruje čoraz viac tepla. Tým sa zvyšujú tepelné straty kolektora, pričom zároveň teplota kolektora stúpa len mierne a stagnačná teplota zostáva výrazne pod obvyklými hodnotami. ThermProtect mení kryštálovú štruktúru plochých kolektorov. Pri teplote 75 stupňov Celzia sa menia aj optické vlastnosti. To znamená, že vnútorné teploty kolektorov nemôžu stúnuť nad 145 stupňov Celzia. Naopak, pri vákuových trubicových kolektoroch sa na ochranu systému pred prehriatím využíva princíp tepelnej trubice. Ak je slnečné žiarenie príliš vysoké a prenos tepla začne klesať, spustí sa postupné vypínanie v závislosti od teploty. Tým sa zablokuje kondenzácia na výmenníku tepla. Teplonosné médium sa už nemôže skvapalňovať a teplo sa ďalej neprenáša.
Princíp fungovania solárneho systému je nasledovný: solárny kolektor mení slnečné žiarenie na teplo. Nosičom tepla je nezamŕzajúca zmes propylénglykolu cirkulujúci v solárnej inštalácii pomocou obehového čerpadla umiestneného v čerpadlovej zostave. Batéria solárnych kolektorov je prepojená potrubím s výmenníkom tepla umiestneným v zásobníku úžitkovej vody. V korektne nadimenzovanej inštalácii rozdiel teplôt medzi kolektormi a výmenníkom tepla v zásobníku úžitkovej vody dosahuje max. 15 st. C. Znamená to, že kolektor je ohriaty vždy na vyššiu teplotu ako úžitková voda a následne je výmenník schopný preniesť získanú tepelnú energiu do zásobníka úžitkovej vody. Taktiež správne navrhnutý solárny systém neprehrieva úžitkovú vodu na teplotu vyššiu ako 70 st. C. Môže to spôsobic poškodenie potrubia a spojov potrubia teplej úžitkovej vody.
