Napkollektoros rendszerek

A szoláris melegvíz-termelő rendszerek általában az alábbi fő részekből állnak:

- napkollektorok, amelyek elnyelik és hővé alakítják a Nap sugárzott energiáját
- tárolók, melyek a napkollektorokkal termelt hőt melegvíz formájában tárolják, napsütésmentes időszakokra
- működtető, szabályozó, biztonsági és ellenőrző berendezések, szerelvények. Ide tartozik a keringtető szivattyú, az automatika, a tágulási tartály, a biztonsági szelep, a nyomásmérő, a hőmérők és az egyéb szerelvények
- csővezeték rendszer, mely a kollektort köti össze a tárolóval

A szoláris melegvíz-termelő rendszerek egy vagy kétkörösek lehetnek. Egykörös rendszer esetén a kollektorban közvetlenül a felmelegítendő használati víz kering. Az ilyen rendszer csak a nyári félévben használható, mivel télen a 0°C alatti hőmérséklet esetén a kollektorban a víz megfagyna. A rendszer előnye az egyszerűség. Hátránya a fagymentes időszakra korlátozott alkalmazhatóság, valamint a kollektorkörben jelentkező vízkövesedés, lerakódás veszélye.
Kétkörös rendszernél a kollektorkör a használati melegvíz hálózattól elválasztott külön kör, amelyben megfelelő minőségű fagyálló folyadék kering. A használati melegvíz felmelegítése hőcserélőben történik. Az ilyen rendszerek egész évben biztonsággal használhatók. A kétkörös rendszer előnye a nagyobb éves energiahozam, a megbízható, lerakódást, vízkövesedést kiküszöbölő üzem, míg hátrányuk a hőcserélő miatti nagyobb beruházási költség.

Magas hőmérséklet

Talán a legfontosabb, amire egy napkollektoros rendszer megvalósítása során ügyelni kell, az a kollektor körben előforduló igen magas hőmérséklet. A mai korszerű napkollektorok maximális belső, üresjárati hőmérséklete elérheti a 180-200°C-ot is. Ha ilyen üresjárat után elindul a kollektor köri keringtetés, akkor rövid ideig ez a magas, 100°C feletti hőmérséklet jelenik meg a teljes rendszerben. Minden beépített elemnek olyannak kell tehát lennie, hogy ezt károsodás nélkül elviselje.

Magas nyomás

Mivel a napkollektorokban nagyon magas hőmérséklet állhat elő, ezért a hőhordozó közeg forrását csak úgy lehet elkerülni, ha a rendszert viszonylag magas, 4-5 bar üzemi nyomásra töltik fel. A nyomás emelésével ugyanis a forráspont is növekszik. Ezért nem a fűtési rendszerekre jellemző 2,5 bar, hanem 6 bar nyitónyomású biztonsági szelepet kell beépíteni. Ez viszont természetesen azt is jelenti, hogy valamennyi rendszerelemnek bírnia kell a 6 bar nyomást. Elsősorban a tágulási tartály kiválasztására kell ügyelni, hiszen az általánosan alkalmazott fűtési tágulási tartályok többsége csak ennél alacsonyabb nyomással terhelhető.

Tágulási tartály méretének megválasztása

A hagyományos fűtési rendszerekben a hőhordozó közeg általában víz, a maximális hőmérséklet pedig nem magasabb 90°C-nál, ezért a zárt tágulási tartály méretének megállapítása viszonylag egyszerű. A kollektoros rendszerek azonban ehhez képest "halmozottan hátrányos" helyzetben vannak. A hőhordozó közeg fagyálló folyadék, amelynek a hőtágulási együtthatója magasabb a víznél, a hőmérséklet maximális értéke magasabb, a kollektorokban elérheti a 180-200°C-ot is, de rövid időre akár a hideg ágban is meghaladhatja a 120-140°C-ot.

Fagyálló folyadék

A napkollektoros rendszereket az egész éves használat miatt fagyálló hőátadó folyadékkal kell feltölteni. Fontos, hogy erre a célra csak nem mérgező fagyálló alkalmazható. Erre egészségvédelmi szempontból van szükség, hiszen, ha egy használati-melegvíz készítő rendszerben kilyukad a hőcserélő, akkor a fagyálló az ivóvíz hálózatba kerülhet. A kollektoros rendszerekben általában propilénglikol-víz keveréket alkalmaznak, amely - amellett hogy nem mérgező - biológiailag teljes mértékben lebomlik, ezért nem terheli a környezetet sem.

Csővezeték mérete

Napkollektoros rendszerek csővezetékét ugyanúgy kell méretezni, mint a hagyományos rendszerekét. Nem szabad azonban elfeledkezni arról, hogy a szállított közeg nem víz, hanem fagyálló folyadék, aminek a viszkozitása - különösen alacsony hőmérsékleten - lényegesen magasabb, mint a víznek. A kézikönyvekben megadott csővezeték nyomásveszteség diagramok, valamint a szivattyú jelleggörbék is víz közegre vannak megadva, ezek tehát korrekció nélkül nem alkalmazhatók. A magasabb viszkozitás miatt a fagyállóval töltött rendszerek nyomásvesztesége akár 30-40%-al is több lehet.

Hőcserélő méretezése

Mivel a kollektorokban fagyálló folyadék kering, a fűteni kívánt közeg pedig rendszerint víz, ezért szükség van hőcserélő alkalmazására. Ez kisebb rendszereknél általában belső, tartályba beépített hőcserélő. Fontos azonban, hogy a hőcserélő felülete megfelelően nagy legyen. Ha kicsi a hőcserélő, akkor a kollektorok csak magasabb hőmérséklet-különbség mellett tudják átadni teljesítményüket a fűtött tároló vizének. A magasabb kollektor hőmérséklet pedig rosszabb kollektor hatásfokot, így kevesebb hasznosított napenergiát eredményez. A rosszul megválasztott hőcserélő akár 30-40%-ban is csökkentheti a kollektoros rendszer teljesítményét. Ennek elkerülése érdekében olyan hőcserélőt kell választani, hogy a belső hőcserélő/napkollektor felület viszonya legalább 0,2 legyen simacsöves hőcserélőnél, és 0,3-0,4 legyen ún. bordáscsöves hőcserélőnél.

Feltöltés, légtelenítés

A napkollektoros rendszert a kiépítés után fagyálló folyadékkal kell feltölteni, mégpedig úgy, hogy lehetőleg többet ne kelljen utánatölteni. Ez azért fontos, mert a fagyálló folyadékkal való feltöltés külön töltőszivattyút és szakértelmet is igényel. Ezt nem lehet rábízni a rendszer laikus tulajdonosára. Mindenképpen el kell kerülni azt is, hogy az esetleges nyomásesést a vízhálózatról való rendszeres feltöltéssel pótolják, mert ez a fagyálló folyadék ellenőrizhetetlen hígulását, végső soron a kollektorok szétfagyását okozhatja.

Szabályozás

A napkollektoros rendszerek szabályozásánál az alapvető feladat az, hogy a kollektor köri szivattyút a kollektorok és a fűtött közeg közötti hőmérséklet-különbség függvényében kell vezérelni. A szivattyú csak akkor járhat, ha a kollektorok hőmérséklete megfelelő értékkel magasabb a fűtött tároló hőmérsékleténél. Csak a kollektorok abszolút hőmérsékletének mérése (pl. egy termosztáttal) tehát nem elegendő.
A legegyszerűbb, ha a tároló fűtésére alkalmas szivattyús-napkollektoros rendszert is hőmérséklet-különbségre kapcsoló szabályozással látjuk el. Az ilyen szabályozáshoz minimum két érzékelő tartozik. Egyikkel a kollektorok, másikkal a fűtött tároló hőmérsékletét kell mérni. Nagyon fontos, hogy az érzékelők megfelelő módon, és megfelelő helyen legyenek. Fontos a tároló érzékelő elhelyezése is. A tárolókban a víz hőmérséklet szerint rétegződik, ezért nem mindegy, hogy milyen magasságban helyezik el az érzékelőt. Belső hőcserélő esetén a hőcserélő magasságában, külső hőcserélő esetén pedig a szívócsonk közelében kell mérni a tároló hőmérsékletét.