Strona dla uczniów technikum

 

Strona główna

Galeria Mapa strony Historia Kontakt PSBiG Filmy  

Technik urządzeń i systemów energetyki odnawialnej

 

     Vademecum energetyki odnawialnej

Energia wód płynących Energia słoneczna Energia geotermalna Energia wiatru
Pompy ciepła Biomasa Biogaz Energia oceanów
Ustawy i rozporządzenia  
 Jesteś:
Energia słonecznaKolektory słoneczneInstalacje solarne - odbiór

 

12. Odbiór instalacji solarnych

12.1 Wiadomości ogólne

12.2 Czynności wstępne

12.3 Napełnianie instalacji

12.4 Regulacja przepływu

12.5 Regulacja ciśnienia w naczyniu wzbiorczym

12.6 Podłączanie sterownika

 

12.1 Wiadomości ogólne

 

Po zamontowaniu zestawu solarnego przeprowadzany jest jego odbiór i przekazanie przyszłemu użytkownikowi wraz z informacjami dotyczącymi prawidłowej obsługi, konieczności dokonywania okresowych przeglądów jak i zasad dokonywania reklamacji. Z odbioru instalacji sporządzany jest protokół. Jeżeli instalacja solarna była finansowana z kredytu, protokół odbioru jest podstawą do rozliczenia z bankiem i stanowi dowód realizacji przedsięwzięcia. 

 

12.2 Czynności wstępne

Odbiór każdej instalacji solarnej rozpoczyna się od sprawdzenia poprawności jej wykonania i zgodności z dokumentacją. Sprawdza się przy tym:

- rodzaj i ilość zamocowanych solarów

- jakość wykonanej konstrukcji wsporczej

- jakość wykonanych połączeń (oględziny zewnętrzne)

- kompletność wykonania (armatura regulacyjna, zaporowa i zabezpieczająca)

- jakość zastosowanych materiałów (oględziny)

- sposób wykonania przejść przez przegrody (stropy, dach)

- jakość i rozstaw zamocowanych podpór

Po stwierdzeniu poprawności montażu przystępuje się do płukania instalacji. Płukanie można przeprowadzić wodą lub roztworem glikolu. Płukanie wodą wymaga późniejszego dokładnego opróżnienia instalacji. Niektórzy producenci nie pozwalają na płukanie wodą strasząc utratą gwarancji. Pamiętajmy, że woda zawiera zawsze rozpuszczone powietrze utrudniając późniejsze odpowietrzenie układu, nie usunięta całkowicie po płukaniu miesza się z roztworem glikolu obniżając jego odporność na zamarzanie. Płukanie instalacji solarnej ma na celu usunięcie z przewodów resztek zanieczyszczeń pochodzących z montażu (zgorzel z lutowania twardego, ewentualne resztki topników, materiałów uszczelniających, itp.). 

 Rys.1 Schemat płukania instalacji solarnej.

  Płukanie należy zakończyć gdy na wypływie nie ma zanieczyszczeń widocznych gołym okiem. Do płukania można wykorzystać zestaw pompowy napełniający do instalacji solarnej, z tą różnicą, że na powrocie do zbiornika umieszcza się gęsty filtr aby zabezpieczyć pompę przed zanieczyszczeniem. Przy płukaniu woda (roztwór glikolu) powinien przepływać najpierw w kierunku kolektorów dachowych, a potem spływać w kierunku zasobnika. Płukanie wykonuje się z wykorzystaniem króćca napełniającego instalację zamocowanego zwykle powyżej zestawu pompowego.

budowa - grupa pompowa podwójna taconowa tacosol eu 21 

Fot. Grupa pompowa układu solarnego Taconova EU21.

Próba szczelności - po przepłukaniu instalacji można przystąpić do próby ciśnieniowej. (UWAGA - niektórzy producenci solarów zalecają najpierw przeprowadzenie próby szczelności, a dopiero potem przepłukanie instalacji). Próbę przeprowadza się przy użyciu płynu solarnego na ciśnienie wskazane w projekcie lub w instrukcji producenta solarów. Schemat do próby ciśnieniowej pokazuje rys. 2. Należy pamiętać, że próbę przeprowadza się przy odłączonym naczyniu wzbiorczym i zasłoniętych solarach!!!.

     Rys.2 Schemat instalacji solarnej do wykonania próby szczelności (Vaillant) Ozn:

1, 11 - zawory odcinające

2 zawór bezpieczeństwa 6 bar
3 membranowe naczynie wzbiorcze
4 odpowietrznik
5 naczynie wstępne kompensacyjne
6a termometr na zasilaniu
6btermometr na powrocie
7 manometr
8 zawór zasilania z hamulcem grawitacyjnym
9 filtr
10 zbiornik na płyn solarny
12 ogranicznik natężenia przepływu
13 pompa obiegu solarnego
14 hamulec grawitacyjny - powrót
15 zawór 3-drogowy
19 pompa do napełniania
20 zbiornik
21 separator powietrza Vaillant (nie jest dostępny we wszystkich
krajach)

 

Przebieg próby - Otworzyć zawór odcinający (1 + 11) i zawór zasilania (8) oraz
poprowadzić wąż od zaworu  (11) do zbiornika (10).
• Zamknąć zawór 3-drogowy (15) i otworzyć odpowietrznik (4).
• Pompować płyn solarny (gotowa mieszanka) ze zbiornika przez zawór KFE (1), aż z zaworu KFE (11) wypłynie płyn solarny. Jednocześnie odpowietrzyć obieg solarny (włącznie z wymiennikiem ciepła).
• Zamknąć zawór KFE (11). Podnieść ciśnienie do ok. 4,5-5 bar. Zamknąć również zawór KFE (1).
Następnie przeprowadzić kontrolę wzrokową rur i połączeń. Usunąć ewentualne nieszczelności i sprawdzić ponownie. Czas trwania próby nie mniej niż 15 minut.

 

12.3 Napełnianie instalacji solarnej

 

Należy wykonać z podłączonym naczyni em wzbiorczym i zamocowanym zaworem bezpieczeństwa. Do napełniania używamy zawsze oryginalnego płynu solarnego zgodnego z zaleceniami producenta solarów. Płyn solarny może być dostarczony w postaci gotowej do użycia lub w formie koncentratu. W pierwszym przypadku płynu nie wolno rozcieńczać wodą, gdyż powoduje to spadek jego mrozoodporności. Płyn w formie koncentratu należy rozcieńczać zgodnie z instrukcją. Napełnianie instalacji najlepiej wykonywać zestawem do napełniania z pompą i zbiornikiem.

 

Fot. Stacja napełniająca

 

Schemat podłączenia stacji do instalacji przedstawiam na rys. 3. Do podłączenia wykorzystujemy węże elastyczne i króćce w zespole pompy. Przed przystąpieniem do napełniania warto sprawdzić, czy mamy wystarczającą ilość płynu solarnego. Ilość tę można obliczyć na podstawie danych technicznych kolektorów i zasobnika ciepła dodając kilka litrów na objętość płynu w orurowaniu. Należy pamiętać, że w czasie pompowania pompa nie może pracować na sucho!!!

 

Rys.3 Instalacja solarna z podłączoną stacją napełniającą.(Vaillant)

Ozn.

1 Pole kolektorowe
2 Zespół bezpieczeństwa
3 Manometr
4 Zawór napełniania i spustowy
5 Zbiornik przeciekowy
6 Wstępne naczynie kompensujące (opcjonalne)
7 Naczynie wzbiorcze ze sprzęgłem szybko włączalnym
8 Zawór napełniania i spustowy
9 Pompa ładowania zasobnika buforowego
10 Czujnik temperatury T4
11 Wąż odpływowy
12 Płytkowy wymiennik ciepła
13 Pompa solarna
14 Zawór odcinający - odpływ
15 Zawór zwrotny
16 Naczynie odpowietrzacza
17 Zawór odcinający - dopływ
18 Zawór zwrotny
19 Solarna stacja ładująca

Przebieg napełniania

Przed napełnianiem instalacji, należy odpowiednio ustawić ciśnienie wstępne solarnego naczynia wzbiorczego. Ciśnienie to powinno być niższe o około 0,3 bara od ciśnienia pracy instalacji przy wyłączonej pompie. Napełnianie prowadzić przy zasłoniętych kolektorach lub w pochmurny dzień, inaczej płyn bardzo szybko się rozgrzeje i może dojść do poparzenia. Zasobnik ciepła w instalacji musi być napełniony wodą.

Zawory  napełniające i spustowe ( 4,8,rys. 3) solarnej stacji ładującej należy otworzyć całkowicie, aby zapewnić maksymalną objętość strumienia. Otworzyć zawór odcinający( 17, rys. 3) na dopływie obiegu solarnego solarnej stacji ładującej. Zamknąć zawór odcinający(14, rys. 3) na odpływie obiegu solarnego solarnej stacji ładującej. Uruchomić pompę napełniania układu napełniania. Pompa napełniania tłoczy płyn solarny.  Należy kontrolować czy płyn solarny powraca do zbiornika płynu solarnego z węża odpływowego (11). Jeżeli płyn solarny wycieka z węża odpływowego, oznacza to, że system jest niemal napełniony. Należy pozostawić włączoną pompę napełniania na co najmniej 15 minut. W ten sposób zostanie zapewnione właściwe odpowietrzenie obiegu solarnego.

W przypadku grupy pompowej z rotametrem (regulatorem przepływu, zdjęcie po lewej) napełnianie wygląda nieco inaczej. Przewody od pompy zasilający i powrotny włączone są powyżej i poniżej rota9_Rysunek_ZNO_mmetru.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Aby nie dopuścić do krążenia płynu poprzez rotametr zawór kulowy rotametru należy zamknąć ustawiając nacięcie na śrubie poziomo. Instalację napełniać ok. 15 minut lub do czasu całkowitego usunięcia powietrza z układu. Pozostałości powietrza w układzie usunąć poprzez kilkukrotne zwiększenie ciśnienia płynu w instalacji do ok. 4,5 bar (zamknięcie zaworu opróżniającego) oraz gwałtowne jego wypuszczenie (otwarcie zaworu opróżniającego). Za pomocą stacji napełniającej ustawić ciśnienie w instalacji na poziomie ok. 4,5 bar poprzez zamknięcie kolejno zaworu opróżniającego i napełniającego oraz wyłączyć pompę napełniającą.  Skontrolować szczelność instalacji poprzez obserwację poziomu ciśnienia na zegarze manometru. Otworzyć zawór kulowy rotametru. Włączyć tryb ręczny pracy pompy solarnej na ok. 15 minut. Jeśli w grupie pompowej znajduje się separator powietrza, nałożyć wężyk na końcówkę odpowietrznika separatora oraz odkręcić ręczny zawór w celu usunięcia  zgromadzonego w separatorze powietrza (czynność powtórzyć kilkukrotnie do całkowitego usunięcia powietrza z separatora). Na koniec otworzyć odpowietrznik przy kolektorze i usunąć powietrze w górnej części instalacji. Teraz możemy juz obniżyć ciśnienie w układzie do projektowanego (zwykle 2-3 bar).

12.4 Regulacja przepływu (zob. też "przepływ w instalacjach solarnych")

Od natężenia przepływu płynu solarnego przez kolektory słoneczne zależy wiele parametrów użytkowych. Prawidłowy przepływ na ogromny wpływ na sprawność kolektora słonecznego i na jego wydajność cieplną (moc cieplną). Nieprawidłowo ustawiony może znacznie pogorszyć wymianę ciepła od promieni słonecznych do płynu solarnego, doprowadzić do przegrzewania absorbera, co w znacznym stopniu degraduje jego powierzchnię absorpcji, a w konsekwencji (kilku lat) prowadzi do zmniejszenia ilości pozyskiwanego promieniowania słonecznego. W jaki sposób ustalić wymagana wielkość przepływu? Zadane nie jest takie proste, przy prawidłowo ustawionym przepływie sprawność kolektora powinna być optymalna. Żeby tego dokonać należałoby przeprowadzić badanie sprawności kolektorów podczas pracy w funkcji różnych ustawień wielkości przepływu i z otrzymanego wykresu odczytać optymalne ustawienie.  Wyniki takich badań w kolektorze firmy BUDERUS przedstawiono na rys. 4

Rys.4 Zależność pomiędzy sprawnością kolektora słonecznego, przyrostem temperatury a natężeniem przepływu płynu solarnego.

 Wynika z niego, że istnieje pewien punkt wyznaczony doświadczalnie, w którym przecinają się dwie krzywe obrazujące sprawność i przyrost temperatury na kolektorze. Ten punkt przecięcia został
osiągnięty przy określonym natężeniu przepływu płynu solarnego (ok. 0,015 kg/sek, czyli 0,9 kg/min).
Najważniejszym wnioskiem z analizy rysunku 4. jest to, że istnieje pewne powiązanie pomiędzy zadawalającą sprawnością kolektora słonecznego, odpowiednim przyrostem temperatury na kolektorze i małymi oporami hydraulicznymi wynikającymi z natężenia przepływu płynu solarnego przez kolektor, czyli patrząc pod względem eksploatacji, możliwie najniższym zużyciem energii napędowej przez
pompę solarną. Dla nas – instalatorów czy użytkowników – charakteryzowany jest przyrostem temperatury płynu na kolektorze wynoszącym ok. 15 K. Oznacza to, że kolektor osiąga możliwie wysoką sprawność ok. 76% przy najniższym z możliwych zużyciu energii napędowej przez pompę solarną, ale równocześnie jego praca przynosi dla nas efekt użytkowy w postaci podgrzewania płynu solarnego
o 15 K. Jak wiadomo, taki przyrost temperatury jest potrzebny, aby prawidłowo podgrzewać ciepłą wodę użytkową w podgrzewaczu (bojlerze). 

Przeprowadzone rozważania dotyczą w praktyce jednego pola kolektora o powierzchni około 2m2. Przy kilku kolektorach przepływ musi być odpowiednio większy, aby odebrać większe ilości ciepła. Można więc powiedzieć, że wielkość przepływu czynnika w instalacji solarnej zależy od ilości kolektorów, a ściślej od ich powierzchni wymiany ciepła. Przykładowo dla kolektorów Solarsystem powinien wynosić 0,66 l/min na każdy m2 powierzchni. 

Wielkość przepływu w instalacji solarnej regulujemy rotametrem ustawiając w odpowiednim położeniu pływak poprzez przekręcenie śrubki na obudowie (rys.5). Rotametry montowane są w zespołach pompowych po stronie "zimnej" układu, bezpośrednio przed pompą solarną.  Konstrukcja i zasada działania rotametru jest prosta. Przepływający przez niego strumień płynu solarnego oddziałuje na pływak, który w płynącym strumieniu glikolu zostaje unoszony. Drugi koniec pływaka stanowi wskaźnik (czerwona obwódka), który porusza się w wyskalowanej tulejce. Skala na obudowie tulejki przedstawia przepływ płynu w jednostce litr na minutę.

Rys.5 Ustawianie wielkości przepływu w instalacji za pomocą pokrętła (1) zmieniamy położenie pływaka (2). Na przykładzie ustawiono przepływ 8l/min.

Fot. Stacje pompowe w instalacjach solarnych jednopionowa z lewej i dwupionowa z prawej z zamocowanym rotametrem. (strzałka). N zdjęciu u dołu widok ogólny rotametru.

 

 

 

Regulacja systemem Opti-Flow

Ustawianie przepływu w instalacji solarnej przy użyciu rotametru jest rozwiązaniem prostym i tanim, ale mało precyzyjnym. Pozwala bowiem na jednorazowe skryzowanie układu przy założeniu z góry określonych parametrów pracy instalacji.  Instalacja wyposażona w rotametr pracuje standardowo na pompie o stałym przepływie masowym ustawianym ręcznie przez montera. Wielkość przepływu w niektórych modelach można co prawda regulować, ale tylko skokowo ustawiając pompę np. na I, II czy III stopień obrotów. Nie zmienia to jednak faktu, że raz ustawiona instalacja pracuje na stałym przepływie niezależnie od zmian w obciążeniu energią kolektora. W większości przypadków   układ  zakłada  maksymalną różnicę temperatur pomiędzy kolektorem a wodą w zasobniku na 15°C. W efekcie, przy gwałtownym wzroście nasłonecznienia pompa nie jest w stanie szybko przetłoczyć nadmiaru ciepła do zasobnika i różnica temperatur pomiędzy kolektorem a zasobnikiem rośnie. Dochodzi do wzrostu temperatury kolektora i zwiększenia strat przez wypromieniowanie energii. Sytuacji powyższej można zapobiec stosują elastyczną pracę pompy dostosowaną do chwilowych mocy kolektora. Rozwiązanie takie o nazwie Opti-Flow stosowane jest w systemach Hewalex.

Opti-Flow - To funkcja zawarta standardowo w sterowniku G425-P01 firmy Hewalex polegająca na automatycznej regulacji i optymalizacji natężenia przepływu czynnika grzewczego w instalacji solarnej. Zastosowanie sterownika z funkcją Opti-Flow w sposób decydujący upraszcza i skraca prace uruchomieniowe instalacji, a także zwiększa efektywność pracy instalacji solarnej o około 10 %. Funkcja Opti-Flow zapewnia regulację natężenia przepływu w oparciu o pełny zakres pracy pompy obiegowej, dokonując także automatycznie przełączania zakresów obrotów. System Opti-Flow opiera się o zastosowanie standardowej pompy ze stopniową regulacją obrotów, znacznie tańszej od pompy z regulacją elektroniczną. Dla potrzeb współpracy z systemem Opti-Flow, pompa została specjalnie przystosowana do automatycznej zmiany zakresu obrotów. Pompa ta znajduje się w zespole pompowo-sterowniczym ZPS 18a-01 pod nazwą WILO 15/6-3 FSR-130-12.

Zasada sterowania pracą instalacji solarnej z funkcją optymalizacji Opti-Flow
Standardowe układy pracują w oparciu o pomiar 2-óch temperatur: na wyjściu z baterii kolektorów oraz temperatury ciepłej wody użytkowej w podgrzewaczu pojemnościowym. Wartość mierzonej temperatury wody może być różna w zależności od miejsca umieszczenia czujnika pomiarowego.
Funkcja Opti-Flow nadzoruje pracę instalacji solarnej w oparciu o pomiar 3-ech temperatur. Czujniki pomiaru temperatury zostały umieszczone bezpośrednio na czynniku grzewczym (glikolu) – na zasilaniu i powrocie z wężownicy grzejnej podgrzewacza.

 

Dla systemu Opti Flow, obudowy czujników temperatury zostały zaprojektowane i wykonane w taki sposób, aby w czasie postoju pompy obiegowej mierzona była temperatura odpowiadająca temperaturze wody w podgrzewaczu na wysokości górnego i dolnego króćca wężownicy.

Pompa obiegowa jest włączana w zależności od różnicy temperatury na wyjściu z baterii kolektorów słonecznych (T1) i uśrednionej odpowiednim algorytmem temperatury wody T2 i T3. Po uruchomieniu, regulacja obrotów pompy oparta jest o pomiar temperatury T2 i T3 – zasilania i powrotu na wężownicy podgrzewacza. Regulator utrzymuje stałą optymalnie dobraną różnicę temperatur T2-T3. Większa ilość energii słonecznej wpływająca na wzrost temperatury na wylocie z kolektora, a tym samym na wlocie do wężownicy, spowoduje wzrost wydajności pompy solarnej co ogranicza nadmierny wzrost temperatury kolektora. Wyższa temperatura kolektora w stosunku do temperatury otoczenia wpływa na powiększenie jego strat, a tym samym na obniżenie ilości energii pozyskanej ze słońca. Jednocześnie ograniczenie różnicy temperatur na wlocie i wylocie z wężownicy powoduje lepszą efektywność oddawania ciepła do wody przez wężownicę. Zaprogramowana fabrycznie różnica temperatur została dobrana na podstawie szczegółowych badań prowadzonych przez firmę Hewalex. Aby zapewnić jak najwyższą stabilność pracy instalacji, unikając częstych włączeń i wyłączeń, w czasie pracy pompy solarnej kontrolowana jest również różnica temperatur wylotu z kolektora T1 i powrotu z wężownicy T3. Pojawiające się zachmurzenie obniżające temperaturę wylotu z kolektora T1 spowoduje wcześniejsze obniżenie wydajności pompy zanim nastąpi obniżenie temperatury na wlocie do wężownicy T2 i odwrotnie. Zaproponowane rozwiązanie pozwala na pominięcie kalkulowania strat ciepła na orurowaniu pomiędzy kolektorem, a podgrzewaczem, które to straty są podstawowym parametrem do ustalenia różnicy temperatur uruchomienia i pracy pompy kolektorów w powszechnie stosowanych układach.

W porównaniu do standardowych instalacji, dla niskiego nasłonecznienia funkcja Opti-Flow zmniejsza do minimum wydajność pompy obiegowej. Wyłączenie pompy następuje dopiero w momencie, gdy różnica temperatur T2-T3 spadnie i utrzyma się poniżej 2oC przez zadany programowo czas. Pozwala to na wydłużenie czasu pracy pompy i wykorzystanie nawet niewielkich ilości ciepła wytwarzanych w kolektorach słonecznych. Przykładowo dla różnicy temperatury 2 stopnie i minimalnego przepływu 1,5 l/min moc oddawana z kolektorów przekracza 200W, jednocześnie energia pobierana przez pompę to około 20 W. Moc cieplna kolektorów w opisanej sytuacji wydaje się być niewielka, należy jednak wziąć pod uwagę dużą ilość czasu w ciągu roku gdzie będziemy mieli do czynienia z warunkami nasłonecznienia pozwalającymi na uzyskanie takich parametrów. Dodatkową zaletą sterownika G425-P01 z funkcją Opti-Flow jest wygoda uruchomienia instalacji solarnej. Nie jest wymagana nastawa natężenia przepływu, gdyż jest ono całkowicie automatycznie ustalane w zależności od chwilowych warunków pracy instalacji solarnej – niezależnie od powierzchni i typów (sprawności) kolektorów słonecznych. Jedyną nastawą sterownika, jaką należy wprowadzić, jest tylko wymagana temperatura ciepłej wody użytkowej.

Zapobieganie przed wynoszeniem ciepła z instalacji solarnej
   Zastosowanie pomiaru temperatur czynnika grzewczego na wężownicy podgrzewacza, zamiast tradycyjnych czujników temperatury wody użytkowej, pozwala na sygnalizowanie ewentualnych nieprawidłowych stanów w pracy instalacji solarnej. Każde pojawienie się w czasie pracy instalacji temperatury T3 na wylocie z wężownicy wyższej niż na wylocie kolektora słonecznego T1 spowoduje natychmiastowe wyłączenie pompy obiegowej.
   W tradycyjnym systemie czujnik umieszczony w wodzie użytkowej zwłaszcza przy nastawieniu niskiej różnicy temperatur uruchamiającej pompę kolektorów może powodować „wynoszenie” ciepła z podgrzewacza. Problem ten w większym stopniu będzie dotyczył podgrzewaczy, w których wężownica zajmuje dużą wysokość podgrzewacza a czujnik temperatury umieszczony będzie w dolnej strefie (zazwyczaj nieco powyżej dolnego króćca wężownicy). 

Rys.8 Zjawisko "wynoszenia" ciepła przy standardowym układzie sterowania pracą instalacji solarnej

Dlaczego tak się dzieje? Prześledźmy to na przykładzie rys.8. W solarnym zasobniku ciepła dochodzi zawsze do warstwowego układu temperatur. Pomiędzy dołem zasobnika, a górą występuje różnica rzędu kilkudziesięciu stopni (w naszym przykładzie 30K). Ponieważ czujnik temperatury T2 umieszczony jest w dolnej części zasobnika wskaże w danym momencie temperaturę około 26°C, czyli pomiędzy schłodzonym do 32°C kolektorem, a czujnikiem jest nadal 6K i pompa jest załączona. Kolektor pompuje do zasobnika wodę o temperaturze 32°C, która przepływając od części gorącej, o temperaturze 40°C do wylotu z zasobnika ogrzewa się do około 35°C. Krążenie wody w układzie powoduje więc "wynoszenie ciepła" z zasobnika. Przy zastosowaniu układu Opti-Flow i 3 czujników temperatury, sytuacja taka jest niemożliwa. Pojawienie się na wylocie z zasobnika (T3) wyższej temperatury niż na czujniku kolektora (T1) układ automatycznie wyłączy pompę. 

Testy
Egzamin zawodowy
Materiały do zajęć
Ciekawe linki

 

 

 

 Internetowe liczniki