Opis instalacji solarnej fototermicznej

z kolektorami próżniowymi

na budynku 3.2. WIM UTP w Bydgoszczy

Dokumentacja stanowiska dydaktycznego

2

Spis treści

Str.

I. Informacje ogólne ........................................................................................................................... 4

1. Wprowadzenie ................................................................................................................................ 4

2. Opis instalacji .................................................................................................................................. 4

3. Schemat ideowy instalacji i wykaz urządzeń ................................................................................... 6

II. Elementy instalacji solarnej – obieg solarny ................................................................................... 9

4. Kolektory próżniowe ....................................................................................................................... 9

5. Mocowanie kolektora do fasady ................................................................................................... 10

6. Ochrona odgromowa konstrukcji wsporczej ................................................................................. 11

7. Bezpiecznik termiczny MST-01 ...................................................................................................... 12

8. Odpowietrznik solarny i zawór kulowy ......................................................................................... 14

9. Pojemnościowy podgrzewacz wody użytkowej ............................................................................ 16

10. Zawór trójdrogowy przełączający z napędem ........................................................................... 18

11. Hydrauliczny system zabezpieczenia instalacji przed przegrzaniem ........................................ 18

12. Stacja pompowa obiegu solarnego ........................................................................................... 20

13. Ciśnieniowe naczynie przeponowe obiegu solarnego .............................................................. 21

14. Przepływomierz obiegu solarnego ............................................................................................ 23

15. Rurociąg obiegu solarnego ........................................................................................................ 24

16. Otulina izolacyjna oraz osłona rurociągów solarnych ............................................................... 24

17. Płyn obiegu solarnego ............................................................................................................... 25

III. Elementy instalacji solarnej – obieg wody użytkowej ............................................................... 27

18. Ciśnieniowe naczynie przeponowe wody użytkowej ................................................................ 27

19. Rurociąg obiegu wody użytkowej ............................................................................................. 28

IV. Elementy instalacji solarnej – automatyka sterująca ................................................................ 29

20. System zasilania awaryjnego automatyki ................................................................................. 29

21. Sterownik układu Resol DeltaSol M .......................................................................................... 29

22. Zabezpieczenie instalacji przed przegrzaniem z wykorzystaniem sterownika.......................... 33

23. Elementy kontrolno – pomiarowe sterownika ......................................................................... 34

23.1 Miernik irradiacji Resol CS10 Solar cell ..................................................................................... 34

23.2 Czujniki temperatury ................................................................................................................. 35

23.3 Miernik temperatury zewnętrznej FAP13 firmy Resol .............................................................. 36

23.4 Zabezpieczenie przeciw przepięciowe Resol SP10 .................................................................... 36

23.5 Przewody do podłączenia czujników ......................................................................................... 37

24. Datalogger DL2 V2 ..................................................................................................................... 38

3

25. Router D-Link ............................................................................................................................. 39

V. Procedury eksploatacyjne instalacji solarnej ................................................................................ 40

26. Procedura uzupełniania glikolu w instalacji .............................................................................. 40

27. Procedura odpowietrzania instalacji solarnej ........................................................................... 40

28. Procedura wymiany rury próżniowej kolektora ........................................................................ 40

29. Procedura wymiany kolektora .................................................................................................. 41

VI. Realizacja badań ........................................................................................................................ 42

30. Badanie efektywności kolektora słonecznego .......................................................................... 42

31. Prezentacja wyników pomiarów z wykorzystaniem oprogramowania Service Center ............ 42

32. System prezentacji parametrów instalacji solarnej w Internecie – VBus.net ........................... 43

33. Literatura ................................................................................................................................... 45

34. Załączniki ................................................................................................................................... 45

4

I. Informacje ogólne

1. Wprowadzenie

Cel:

Instalacja solarna powstała jako stanowisko dydaktyczne z możliwością prowadzenia

ograniczonych badań kolektorów słonecznych cieplnych, cieczowych (fototermicznych).

Zamawiający:

Instytut Technik Wytwarzania Wydziału Inżynierii Mechanicznej, Uniwersytetu

Technologiczno-Przyrodniczego, Al. prof. S. Kaliskiego 7, 89-789 Bydgoszcz.

Wykonawca:

Projekt oraz wykonanie – Projprzem Eko Sp. z o.o., Zamość k/Bydgoszczy, ul. Osiedlowa 1,

89-200 Szubin.

Lokalizacja:

Budynek nr 3.2 Wydziału Inżynierii Mechanicznej Uniwersytetu Technologiczno-

Przyrodniczego w Bydgoszczy przy Al. prof. S. Kaliskiego 7, w Bydgoszczy.

Cechy instalacji:

Instalacja charakteryzuje się następującymi cechami:

Możliwością badania mocy kolektorów i ilości wytwarzanego ciepła

Możliwością badania charakterystyki cieplnej kolektorów w zależności od różnych

czynników, m.in. ilości napromieniowania słonecznego, temperatury otoczenia,

temperatury odbiornika itp

Możliwością określania strat przesyłu ciepła

Możliwością wymiany kolektorów na innego typu

Możliwością rozbudowy zarówno po stronie hydraulicznej jak i pomiarowej

2. Opis instalacji

Instalacja składa się z następujących części:

Zamkniętego, ciśnieniowego obiegu solarnego odbierającego ciepło z kolektorów, w

części znajdującego się na zewnątrz budynku (wraz z kolektorami słonecznymi) oraz

wewnątrz budynku (wraz z odbiornikami ciepła w postaci pojemnościowego

podgrzewacza wody użytkowej oraz chłodnicy systemu)

Zamkniętego ciśnieniowego obiegu wody użytkowej przechwytującego ciepło z

obiegu solarnego (wraz z pojemnościowym podgrzewaczem wody użytkowej)

Automatyki kontrolno-pomiarowej wyposażonej w zaawansowany sterownik układu,

moduł rejestracji i transmisji danych z możliwością zdalnej kontroli, zespół zasilania

awaryjnego.

5

Fotografie sytuacyjne zainstalowanej instalacji solarnej z kolektorami próżniowymi

przedstawiono na rysunku 2.1.

Widok stanowiska zdalnej kontroli instalacji Ogólny widok stanowiska dydaktycznego

Widok sterownika układu, modułu rejestracji danych, modułu transmisji

danych oraz grupy pompowej wraz z grupą bezpieczeństwa obiegu solarnego

Widok miejsca i sposobu montażu kolektorów próżniowych

Rys. 2.1. Instalacja solarna na budynku 3.2 Wydziału Inżynierii Mechanicznej UTP

w Bydgoszczy

6

3. Schemat ideowy instalacji i wykaz urządzeń

Schemat technologiczny instalacji solarnej przedstawiono na rysunku 3.1. Tabela 3.1. Wykaz podstawowych urządzeń instalacji oznakowanych na schemacie

Nr na schemacie

Specyfikacja urządzenia Ilość sztuk

Obieg solarny

1 Kolektor słoneczny, próżniowy typu PE20-58 prod. PROJPRZEM EKO 2

2 Bezpiecznik termiczny typu Ekspulser MST-01 – prod. PROJPRZEM EKO 1

3 Odpowietrznik i zawór kulowy solarny – typ 250 prod. CALEFFI S.p.A., Włochy

2

4 Pojemnościowy podgrzewacz wody użytkowej - typ biwalentny PEZ302 prod. PROJPRZEM EKO

1

5 / R4 Zawór trójdrogowy przełączający z napędem – typ 40612200 prod. Orkli, Hiszpania

1

6 Chłodnica układu - zrzutu nadmiarowego ciepła – wymiennik ciecz / powietrze

1

7 / R1 Grupa pompowa obiegu solarnego kompletna – typ S002 prod. ICMA S.p.A. Włochy (pompa Wilo Star ST 20/6-3, regulator przepływu 1-13L/min, zawór zwrotny, termometr tarczowy, zawory odcinające, 2x zawory spustowo – napełniające, manometr 1 – 6bar, zawór bezpieczeństwa DN20 6 bar)

1

8 Ciśnieniowe naczynie przeponowe obiegu solarnego typu S25 prod. REFLEX, Polska wraz ze złączem odcinającym DN25, typu SU R3/4” prod. Reflex, Polska

1

9 Przepływomierz skrzydełkowy z odczytem impulsowym typu V40-06 prod. RESOL GmbH, Niemcy

1

Obieg wody użytkowej

4 Pojemnościowy podgrzewacz wody użytkowej - typ biwalentny PEZ302 prod. PROJPRZEM EKO

j.w.

10 Grupa bezpieczeństwa podgrzewacza wody w tym: - ciśnieniowe naczynie przeponowe podgrzewacza wody użytkowej typu Refie DE33 prod. REFLEX, Polska, - złącze odcinające DN25, typu SU R3/4” prod. Reflex, Polska - zawór bezpieczeństwa DN20 6bar, typ SYR 2115.20.150 dost. Husty, Polska - manometr tarczowy 1 – 10bar, d80, dost. Afriso Polska

1

11 Grzałka elektryczna podgrzewacza wody 2,0kW, 230V, prod. Galmet, Polska

1

Elementy układu kontrolno - pomiarowego

12 Sterownik układu typu DeltaSol M, prod. RESOL GmbH, Niemcy 1

13 Zasilacz awaryjny układu typu Vsine 500VA, prod. Chiny 1

14 Akumulator typu AGM 12V 38Ah, prod. Victron, Holandia 1

15 Moduł rejestracji danych typu Datalogger 2, prod. RESOL GmbH, Niemcy 1

16 Moduł transmisji danych – router prod. D-Link, Chiny 1

FAP13 Czujnik temp. zewnętrznej typu FAP13 prod. RESOL GmbH, Niemcy 1

CS10 Czujnik napromieniowania typu CS10 prod. RESOL GmbH, Niemcy 1

S1 – S10 Czujniki temp. typu Pt1000 prod. RESOL GmbH, Niemcy 7

7

Pozostałe urządzenia i materiały instalacji solarnej (nie oznaczone na schemacie) : 1) Mocowanie do elewacji dla kolektorów próżniowych typu PE20-58 PROJPRZEM EKO

2) Płyn obiegu solarnego typu ERGOLID EKO -25, prod. BORYSZEW SA, Polska

3) Rurociągi obiegu solarnego z mieszanką wodno - glikolową

4) Rurociągi z wodą użytkową

5) Otuliny izolacyjne rurociągów

6) Przewody elektryczne do podłączenia czujników i odbiorników prądu

8

Rys. 2.2. Schemat technologiczny instalacji solarnej

9

II. Elementy instalacji solarnej – obieg solarny

4. Kolektory próżniowe

W instalacji zastosowano dwa próżniowe kolektory słoneczne oparte na dwufazowej wymianie ciepła. Kolektory tego typu służą do produkcji ciepła wykorzystywanego w niskotemperaturowych układach grzewczych, jak np. wspomaganie ogrzewania wody użytkowej, centralnego ogrzewania oraz wody basenowej. W zastosowaniach przemysłowych mogą one służyć do osuszania osadów, podgrzewania wody procesowej i ścieków w oczyszczalniach ścieków. Parametry kolektorów zestawiono w tabeli 4.1.

Tabela 4.1. Dane techniczne próżniowego kolektora słonecznego PE20-58 PROJPRZEM EKO

Model PE20-58

Ilość rur próżniowych 20 szt.

Powierzchnia czynna (apertury) *

1,876 m²

Powierzchnia zabudowy * 3,103 m²

Powierzchnia całkowita absorbera

5,018 m²

Powierzchnia absorpcyjna* 1,603 m²

Sprawność optyczna** 0,795

Współczynniki straty ciepła** a1 a2

1,985 W/(m2K) 0,0117W/(m2K2)

Ciśnienie robocze 6 bar

Wydajność cieplna kolektora** dla ΔT= Tśr.kol. - Ta = 10K oraz I = 1000 W/m2

1240 W

Średnica rur Ø58

Wymiary jednego kolektora 1975x1571x130 mm

* wg PN-EN ISO 9488 ** wg PN-EN 12975-1, -2

Kolektor słoneczny PE20-58 jest przeznaczony do montażu na dachach płaskich i

pochyłych oraz do montażu wolnostojącego. Do głównych zalet zastosowanego kolektora można zaliczyć: - Wysokie bezpieczeństwo eksploatacji, duża trwałość dzięki zastosowaniu

wysokogatunkowych, odpornych na destrukcyjne warunki atmosferyczne materiałów takich, jak szkło boro-krzemowe o wysokiej odporności mechanicznej i najwyższej transparentności, aluminium powierzchniowo zabezpieczane oraz stal nierdzewna. Elementy wewnętrzne wykonane z miedzi oraz aluminium.

- Trwałe w eksploatacji rury próżniowe bez samoistnej dehermetyzacji, w których próżnia zamknięta jest połączeniami typu szkło - szkło.

10

- Najwyższa sprawność dzięki absorberom wykonanym z wysoko selektywnych cermetów. - Większa rzeczywista powierzchnia absorpcyjna niż wynikająca z normy PN-EN ISO 9488 - Bardzo skuteczny jednoelementowy wymiennik ciepła PrimaPower, który w celu poprawy

wymiany ciepła prawie całkowicie obejmuje powierzchnie kondensatorów rurek ciepła. - Prosty montaż dzięki działaniu dwuetapowemu: montaż kolektora bez rur próżniowych na

zimno i na sucho oraz montaż elementów grzejnych (rur próżniowych) po pełnym wykonaniu prac hydraulicznych, prób ciśnieniowych i uruchomieniu automatyki.

- Wyjątkowo niskie koszty obsługi serwisowej wynikające z prostoty montażu elementów wymiennych bez konieczności przerywania pracy instalacji – „na gorąco”.

- Spełnia wymogi normy PN-EN 12975-1, -2. Głównym elementem zastosowanego próżniowego kolektora słonecznego są

dwuścianowe rury próżniowe. Rura próżniowa składa się z dwóch rur szklanych łączonych ze sobą na zasadzie szkło-szkło. Zamknięta przestrzeń pomiędzy ścianami rur szklanych pozbawiona jest powietrza i innych gazów. Głębokie podciśnienie rzędu 10-5 bara bliskie jest próżni i stwarza izolujące warunki dla przepływ energii cieplnej. Zewnętrzna powierzchnia wewnętrznej rury próżniowej pokryta jest selektywną warstwą absorpcyjną umożliwiającą wytwarzanie ciepła z energii promieniowania widzialnego. Tak wytworzone ciepło, dzięki izolacyjnemu działaniu próżni otaczającej warstwę absorpcyjną, gromadzi się wewnątrz rury próżniowej. Ciepło to transportowane jest z wnętrza rury próżniowej, z pomocą aluminiowego wymiennika PrimaPower, poprzez ciepłowód (inaczej: rurkę ciepła, ang. heat pipe) do wymiennika ciepła znajdującego się w szynie zbiorczej kolektora. Wymiennik pobiera ciepło ze skraplaczy ciepłowodów i przekazuje do płynu obiegowego instalacji solarnej. W ten sposób energia cieplna wytworzona przez kolektor próżniowy transportowana jest poprzez pompę cyrkulacyjną lub ruch grawitacyjny cieczy do zbiornika wody użytkowej, bufora ciepła lub innego odbiornika.

5. Mocowanie kolektora do fasady

Do montażu kolektorów do fasady budynku wykorzystano konstrukcję wsporcza wykonaną wg

projekty indywidualnego. Konstrukcja wykonana została z elementów typowych: profili

montażowych typu A(1,5), łączników montażowych (trójkątów) oraz elementów skrętnych produkcji

Niczuk Metall. Wszystkie elementy są zabezpieczone antykorozyjnie galwaniczną powłoką cynkową.

Rys. 5.1. Wymiary profilu montażowego typu A(1,5) zastosowanego do konstrukcji

wsporczej.

11

Rys. 5.2. Wymiary trójkąta montażowego zastosowanego do konstrukcji wsporczej.

Rys. 5.2. Diagram doboru profili obciążonych siła skupioną działająca na środku szyn

montażowych do konstrukcji wsporczej.

6. Ochrona odgromowa konstrukcji wsporczej

Stalową konstrukcję wsporczą, mocowaną do fasady budynku, połączono z istniejącym

pionowym przewodem siatki zwodów odgromowych, w które wyposażony jest budynek. Połączenie

wykonano z użyciem drutu ze stali ocynkowanej o średnicy Ø 8 mm oraz złącze krzyżowe typu drut –

drut. Wykonanie instalacji odgromowej jest zgodne z normą PN-EN 62305 -1:2008, -2:2008, -3:2009,

-3:2009/A11:2009, -4:2009.

12

7. Bezpiecznik termiczny MST-01

W instalacji zastosowano bezpiecznik termiczny Ekspulser model MST-01 produkcji firmy PROJPRZEM EKO. Bezpiecznik ten jest najnowszym rozwiązaniem na polskim rynku i unikatowym na świecie chroniącym kolektory przed najwyższymi temperaturami stagnacji. Cechą szczególną tego rozwiązania jest brak mechanicznych części ruchomych oraz brak zewnętrznego zasilania elektrycznego. Urządzenie jest autonomicznym, bezobsługowym i bezawaryjnym modułem montowanym bezpośrednio przy kolektorach. Istotną zaletą jest możliwość zastosowania nie tylko w projektowanych instalacjach, ale także w istniejących.

Urządzenie rozprasza ciepło wykorzystując termodynamiczną zasadę działania rurki ciepła. Cechą szczególną konstrukcji tej rurki ciepła jest jej celowany temperaturowy punkt startu. Więcej szczegółów zestawiono w tabeli 7.1.

Tabela 7.1. Bezpiecznik termiczny model Ekspulser MST-01

Model Ekspulser MST-01

Budowa

Kompozyty materiałowe o specyficznym przewodnictwie cieplnym dla eliminacji strat ciepła w typowym zakresie temperaturowym pracy kolektorów słonecznych tj.: 20 - 100oC.

Działanie

Aktywacja medium transmitującego ciepło w warunkach awaryjnych pracy kolektorów tj. temperatury powyżej około 140oC. Uruchomienie medium transmitującego ciepło hamuje wzrost temperatury kolektorów poniżej 200oC i zapobiega osiąganiu przez kolektor wysokich tzw. temperatur stagnacji. Układ działa w sposób płynny i utrzymuje temperaturę na poziomie bezpiecznym dla infrastruktury kolektora.

Montaż złącze zaciskowe na rury miedziane Cu22 wg PN-EN 1057

Uszczelnienie Typu metal – metal, poprzez pierścień zaciskowy

Maks. ciśnienie robocze instalacji

10 bar

Maks. temperatura instalacji

250°C

Wymiary [mm] 430 x 35 x 73

13

Rys. 7.1. Schemat podłączenia bezpiecznika termicznego zastosowany na stanowisku

Moc chłodnicza bezpiecznika wynosi ok. 300W. Producent urządzenia przewiduje stosowanie jednego bezpiecznika na 3,0 do 4,0m2 powierzchni czynnej kolektora.

Rys. 7.2 Zależność mocy w funkcji temperatury stagnacji dla różnych mocy kolektorów

przypadających na jeden bezpiecznik termiczny Ekspulser model MST-01

Koszt inwestycyjny zastosowania jednego bezpiecznika termicznego wynosi około 3% w

kosztach budowy typowej instalacji solarnej dla domu jednorodzinnego. Dla średnich i dużych instalacji szacowany koszt nie przekracza 4% całej inwestycji.

14

8. Odpowietrznik solarny i zawór kulowy

Rys. 8.1. Automatyczny odpowietrznik solarny i zawór kulowy

Odpowietrznik automatyczny służy do odpowietrzania układu solarnego w czasie

napełniania i uruchamiania instalacji. Przystosowany jest do usuwania nawet dużych ilości

powietrza, jakie gromadzą się w rurociągach w fazie napełniania instalacji. Zaprojektowany

został do pracy w układach z wysoką temperaturą i medium zawierającym glikole.

Wybrane dane techniczne:

Maksymalne dopuszczalne stężenie glikolu w mieszaninie wodno glikolowej

-do 50%

Zakres temperatury pracy: odpowietrznik: -30 … 180 °C

zawór: -30 … 200 °C

15

16

9. Pojemnościowy podgrzewacz wody użytkowej

Podstawowym odbiornikiem ciepła solarnego jest pojemnościowy podgrzewacz wody użytkowej. Wykonanie podgrzewacza: - zbiornik i wymienniki - stal węglowa powierzchnie wewnętrzne podwójnie emaliowane - izolacja – 50mm poliuretan twardy. Parametry zastosowanego podgrzewacza wody użytkowej typ biwalentny PEZ302 przedstawiono w tabeli 9.1. Tabela 9.1. Parametry pojemnościowego podgrzewacza wody użytkowej firmy PROJPRZEM EKO typ biwalentny PEZ302

Model PEZ302

Pojemność nominalna 300 dm3

Pojemność efektywna 296 dm3

Powierzchnia grzewcza wymiennika górnego

1,33 m²

Moc nominalna – wymiennik górny (tKW=10°C, tWW=45°C, tHV=80°C)

40 kW

Kubatura objęta górnym wymiennikiem

128 dm3

Powierzchnia grzewcza wymiennika dolnego

1,82 m²

Moc nominalna – wymiennik górny (tKW=10°C, tWW=45°C, tHV=80°C)

57 kW

Dopuszczalne ciśnienie pracy: - obieg wody grzewczej - obieg solarny - woda użytkowa

16 bar 16 bar 10 bar

Dopuszczalna temperatura pracy: - obieg wody grzewczej - obieg solarny - woda użytkowa

140°C 140°C 95°C

Podłączenie grzałki elektrycznej Rp 1½”

17

Rys. 9.1. Rysunek zastosowanego pojemnościowego podgrzewacza wody użytkowej firmy PROJPRZEM EKO typ biwalentny PEZ302

18

10. Zawór trójdrogowy przełączający z napędem

Do przełączania obiegu solarnego pomiędzy odbiornikiem ciepła a chłodnicą układu

służy zawór trójdrogowy z siłownikiem hiszpańskiej firmy Orkli przeznaczony od obiegów

solarnych. Jest to zawór przełączający, tzw. 100% - w automatycznym trybie pracy nie

istnieje możliwość proporcjonalnego mieszania obiegów. Zawór wyposażony jest w napęd

elektryczny.

Rys. 10.1. Zawór trójdrogowy przełączający

Wybrane dane techniczne:

Zasilanie siłownika: ~ 230 V

Średnica nominalna: DN25

Temperatura cieczy obiegowej: -20°C … 150 °C

Uruchamianie urządzenia i działanie:

W trakcie prac serwisowych – napełnianie, odpowietrzanie i opróżnianie instalacji, przełącznik pracy

powinien być ustawiony w pozycji „MAN”. Po wykonaniu prac serwisowych przełącznik pracy należy

ustawić w pozycji „AUTO”.

11. Hydrauliczny system zabezpieczenia instalacji przed przegrzaniem

Nawet zaawansowana automatyka, wyposażona w funkcje ochrony instalacji przed przegrzaniem, która obsługuje niniejszą instalację nie ochroni jej przed długotrwałym brakiem odbioru ciepła z kolektorów. Skutecznym sposobem rozpraszania ciepła jest stosowanie chłodnic o mocy chłodzącej zbliżonej do mocy grzewczej pola kolektorów. Chłodnice, w zależności od rozwiązania technologicznego układu solarnego, mogą stanowić odbiorniki o dużej pojemności cieplnej (np. baseny), chłodnice wentylatorowe, a także całe lub wydzielone części obiegów grzewczych. Jako chłodnice dla układów solarnych można także stosować gruntowe dolne źródła pomp ciepła. Jest to przykład synergicznej pracy dwóch źródeł ciepła z dziedziny OZE. Nadmiarowe ciepło solarne daje możliwość

19

regenerowania w pewnym stopniu dolnego źródła i jednocześnie podwyższa sprawność pompy ciepła. Idealnym, choć kosztownym, odbiornikiem nadmiarowego ciepła jest gruntowy magazyn ciepła.

Chłodnice rozpraszające nadmiarowe ciepło stanowią ostatni w hierarchii priorytetów odbiornik solarny. Sposób kierowania ciepła do nich musi być bezwzględnie realizowany w trybie automatycznym. Koszt inwestycyjny budowy hydraulicznej pętli awaryjnego rozpraszania ciepła nadmiarowego wynosi, w zależności od zastosowanego rozwiązania i wielkości instalacji około 6-10% całego przedsięwzięcia inwestycyjnego - budowy instalacji solarnej, poza budową gruntowego magazynu ciepła.

W zrealizowanej instalacji dydaktycznej zastosowano wymiennik zrzutu ciepła o mocy chłodzącej zbliżonej do mocy grzewczej pola kolektorów. Fragment schematu z zaznaczonym wymiennikiem zrzutu ciepła przedstawiono na rysunku 11.1.

Rys. 11.1. Fragment schematu instalacji solarnej z zaznaczonym wymiennikiem zrzutu ciepła

20

12. Stacja pompowa obiegu solarnego

Schemat zastosowanego zespołu pompowego przedstawiono na rysunku 12.1. Składa

się on z następujących elementów:

1. Zawór bezpieczeństwa solarny G½” – ¾” , 6bar

2. Manometr z wyjściem do naczynia bezpieczeństwa

3. Zawory napełniania, przepłukiwania i spustu

4. Zawór zwrotno – odcinający z wbudowanym termometrem

5. Pompa cyrkulacyjna Wilo Solar ST20/6

6. Regulator przepływu z zaworem odcinającym (skala 1-13 dm3/min)

9. Obudowa izolacyjna – część tylna

10. Końcówki ¾” dla węża elastycznego

11. Obudowa izolacyjna – część przednia

12. Przesuwna osłona regulatora przepływu

14. Kanał kablowy

Rys. 12.1. Schemat stacji pompowej ICMA S002

21

Rys. 12.2. Fotografia stacji pompowej ICMA S002

Dane techniczne pompy obiegu solarnego Wilo Solar ST20/6:

Rozstaw montażowy 130mm

Zasilanie 230V 50Hz

Temperatura pracy -10°C do 110°C

Temperatura max 140°C do 2 godzin

Maksymalne ciśnienie pracy 10 bar

Stopień ochrony IP44

Przyłącza typu Molex

13. Ciśnieniowe naczynie przeponowe obiegu solarnego

Do ciśnieniowej ochrony zamkniętego obiegu solarnego zastosowano membranowe

naczynie wzbiorcze typu S25 produkcji Reflex Polska. Naczynie przeznaczone jest do

współpracy z cieczami o zawartości środka przeciw zamarzaniu o stężeniu do 50%. Zadaniem

naczynia jest kompensowanie zmian wewnętrznego ciśnienia zamkniętego obiegu solarnego

do granicy 6 bar, czyli do momentu zadziałania zaworu bezpieczeństwa. Naczynie spełnia

Dyrektywę 97/23/WE. Naczynie przedstawiono w tabeli 13.1.

Naczynie połączone jest z kompensowanym zamkniętym obiegiem solarnym przy użyciu

atestowanego złącza samoodcinającego typu SU R ¾”. Złącze wyposażone jest w zawór

zwrotny po stronie obiegu kompensowanego ciśnieniowo dla umożliwienia odłączenia

naczynia w trybie serwisowym bez potrzeby spuszczania płynu obiegowego. Ponad to

22

posiada króciec z zaworem pozwalającym opróżniać naczynie oraz półśrubunek dla szybkiego

demontażu (zgodne PN-EN 12828).

Naczynie połączone jest z kompensowanym zamkniętym obiegiem solarnym nie

izolowanym i bezprzepływowym odcinkiem przewodu stalowego o długości około 0,5m. Brak

izolacji na tym odcinku stanowi obszar schłodzenia i zabezpiecza naczynie przed potencjalnie

wysoką temperaturą czynnika obiegowego układu solarnego. Najwyższe przewidywane

temperatury czynnika solarnego w miejscu podłączenia odejścia do naczynia nie powinny

przekraczać 100°C, gdyż automatyka sterująca blokuje pracę pompy obiegowej, gdy

temperatura na kolektorach osiąga 130°C, a ponad to miejsce przyłączenia odejścia znajduje

się za odbiornikiem ciepła na powrocie obiegu. Brak izolacji na odejściu gwarantuje

schłodzenie w miejscu podłączenia naczynia do temperatury około 70°C, czyli dopuszczalnej

dla membrany. Rozwiązanie to pozwala na niestosowanie dodatkowych naczyń

schładzających na odejściu do naczynia wzbiorczego.

Tabela 13.1. Parametry ciśnieniowego naczynia wzbiorczego solarnego typ S25 produkcji Reflex Polska

Model S25

Pojemność nominalna 25 dm3

Średnica zewnętrzna 280 mm

Wysokość całkowita 490 mm

Przyłącze gwintowane G ¾”

Masa naczynia pustego 5,5 kg

Dopuszczalna zawartość czynnika przeciw zamarzaniu

50 %

Maksymalna dopuszczalna temp. czynnika

70 °C

Typ membrany niewymienna

Ciśnienie nominalne 10 bar

Ciśnienie wstępne 1,5 bar

23

14. Przepływomierz obiegu solarnego

Do pomiaru przepływu cieczy obiegowej obiegu solarnego zastosowano mechaniczny,

skrzydełkowy przepływomierz z impulsowym odczytem typu V40-06 DN20 prod. Resol

GmbH, Niemcy. Przepływomierz przystosowany jest do współpracy z wodnymi roztworami

glikoli oraz sterownikami produkcji Resol GmbH.

Rys. 14.1. Zastosowany przepływomierz RESOL V40-6

Tabela 14.1. Dane techniczne przepływomierza RESOL V40-6

Typ przepływomierza V40-06

Częstotliwość impulsu dm3/imp 1

Średnica nominalna DN 20

Przyłącza licznika 1”

Przyłącza rurociągu ¾”

Max ciśnienie pracy Pmax bar 16

Max temp. pracy Tmax °C 120

Przepływ nominalny Qn m3/h 0.6

Przepływ max Qmax m3/h 1.2

Minimalny przepływ w poziomie Qmin dm3/h 12

Minimalny przepływ w pionie Qmin dm3/h 21

24

15. Rurociąg obiegu solarnego

Do budowy rurociągu solarnego wykorzystano rury oraz kształtki zaciskowe wykonane

ze stali węglowych z typoszeregu Mapress C-Stahl produkcji Gebert. Rury systemowe są

precyzyjnymi rurami cienkościennymi ze szwem. Rury i kształtki zaciskowe są cynkowane

zewnętrznie. Kształtki zaciskowe wyposażone są w uszczelnienia wykonane z kauczuku

fluoroetylenowo-propylenowego FPM w kolorze zielonym lub niebieskim. Obieg solarny

wykonano o średnicy DN15.

Wybrane dane techniczne:

Materiał rur i złączek: stal niestopowa E195 (wg EN 10305)

(AISI 1009)

Grubość warstwy cynkowej: 8 μm

Współczynnik wydłużenia cieplnego: 0,012 mm/m∙K

Współczynnik przewodzenia ciepła: 60,0 W/m∙K

Chropowatość: 0,01 mm

Odporność uszczelnienia FPM: -30°C … +200°C (krótkotrwale +230°C)

Odporność na glikole: tak

Maksymalne ciśnienie pracy: 16 bar

16. Otulina izolacyjna oraz osłona rurociągów solarnych

Do cieplnego izolowania rurociągów obiegu solarnego wykorzystano otuliny wykonane z

syntetycznego kauczuku o zamkniętej strukturze komórkowej typu HT/Armaflex produkcji

Armacell. Zastosowana grubość ścianki wynosi 20mm dla rurociągu o średnicy DN15. Otulina

przeznaczona jest m.in. do cieplnej izolacji rurociągów solarnych.

Rys. 16.1 Otulina HT/Armaflex dla rurociągów solarnych.

25

Wybrane dane techniczne:

Materiał: ekstrudowana pianka elastomerowa

Zakres temperatur: -50°C … +150°C (+175°C)

Przewodność cieplna: ≤ 0,040 W/m∙K w temp. 0°C

≤ 0,045 W/m∙K w temp. 40°C

Współczynnik oporu dyfuzji pary wodnej ≥3.000

Odcinki rurociągów znajdujące się na zewnątrz budynku zostały dodatkowo zabezpieczone

osłonami stalowymi typu „Okabell” produkcji Armacell. Osłona ta zabezpiecza otulinę

izolacyjną przed zniszczeniem przez promieniowanie UV oraz przez ptaki. Osłona wykonana

jest blachy stalowej o grubości 0,4mm, cynkowanej ogniowo i lakierowanej. Osłony

wykonane są seryjnie z falcem wzdłużnym oraz falcem na końcach dla wykonania połączenia

kolejnych elementów na tzw. zakładkę.

Rys. 16.2. Osłona stalowa typu Okabell dla rurociągów prowadzonych na zewnątrz budynku

– wygląd kolana segmentowego.

17. Płyn obiegu solarnego

Medium obiegowe zamkniętego układu solarnego stanowi mieszanina wody i glikolu propylenowego, stanowiącego czynnik ochrony rurociągu przeciw zamarzaniu. W praktyce zastosowano gotowy płyn Ergolid Eko firmy Boryszew S.A. przeznaczony do napełniania instalacji chłodniczych, klimatyzacyjnych i solarnych. Jest to gotowy do zastosowania wodny roztwór glikolu propylenowego z dodatkami stabilizującymi i inhibitorami korozji.

Wybrane dane techniczne:

Składnik główny: glikol monopropylenowy

Stężenie glikolu: 50%

pH: 7,5 – 9,0

26

Lepkość kinematyczna [cm²/s]: dla -10°C 34,80

dla 10°C 12,49

dla 20°C 6,21

dla 50°C 2,14

Gęstość wg norm (20°C): 1,041

Temp. krystalizacji / zestalania: ≤ -35°C / ≤ -45°C

Temp. wrzenia: 106°C

Ciepło właściwe (war. standard): 3,58 kJ / kg K

27

III. Elementy instalacji solarnej – obieg wody użytkowej

Podstawowym elementem obiegu wody użytkowej jest pojemnościowy podgrzewacz wody. Urządzenie to zostało opisane w rozdziale 9.

18. Ciśnieniowe naczynie przeponowe wody użytkowej

Do ciśnieniowej ochrony zamkniętego obiegu wody użytkowej, w tym pojemnościowego

podgrzewacza o pojemności 300dm3, zastosowano membranowe naczynie wzbiorcze typu

Refix DE33 produkcji Reflex Polska. Naczynie przeznaczone jest do współpracy z wodą

użytkową. Zadaniem naczynia jest kompensowanie zmian wewnętrznego ciśnienia obiegu

wody użytkowej, w szczególności pojemnościowego podgrzewacza, do granicy 6 bar, czyli do

momentu zadziałania zaworu bezpieczeństwa. Naczynie spełnia Dyrektywę 97/23/WE oraz

posiada atest PZH dopuszczający do stosowania w obiegach wody użytkowej. Części mające

kontakt z wodą użytkową zabezpieczone są przed korozją. Naczynie przedstawiono w tabeli

18.1.

Naczynie połączone jest z kompensowanym zamkniętym rurociągiem wody użytkowej

przy użyciu atestowanego złącza samoodcinającego typu SU R ¾”. Złącze wyposażone jest w

zawór zwrotny po stronie obiegu kompensowanego ciśnieniowo dla umożliwienia odłączenia

naczynia w trybie serwisowym bez potrzeby spuszczania płynu obiegowego. Ponad to

posiada króciec z zaworem pozwalającym opróżniać naczynie oraz półśrubunek dla szybkiego

demontażu (zgodne PN-EN 12828).

Tabela 18.1. Parametry ciśnieniowego naczynia wzbiorczego wody użytkowej typ DE33 produkcji Reflex Polska

Model DE33 - wiszący

Pojemność nominalna 33 dm3

Średnica zewnętrzna 354 mm

Wysokość całkowita 455 mm

Przyłącze gwintowane G ¾”

Masa naczynia pustego 6,3 kg

Maksymalna dopuszczalna temp. czynnika

70 °C

Typ membrany niewymienna

Ciśnienie nominalne 10 bar

Ciśnienie wstępne 4,0 bar

28

19. Rurociąg obiegu wody użytkowej

Do budowy rurociągu obiegu wody użytkowej wykorzystano rury oraz kształtki

wykonane z polipropylenu jednorodnego typu PP-R produkcji Vesbo Poland. Połączenia rura

– kształtka wykonane są techniką zgrzewania. Pozostałe połączenia z urządzeniami rurociągu

wykonane są techniką połączenia gwintowanego z zastosowaniem kształtek systemowych z

wtopionym elementem gwintowanym.

Wybrane dane techniczne:

Materiał rur i złączek: polipropylen typ 3 (PP-R)

Średnica zew. rury x grubość ścianki: 20 x 3,4 mm

Ciśnienie nominalne: PN 20

Dopuszczalna temperatura trwała: 80°C

Dopuszczalna temperatura krótkotrwała: 95°C (do 100min)

Dopuszczalne ciśnienie: 10bar - przy 60°C, 6bar – przy 80°C

Współczynnik wydłużenia cieplnego: 0,18 mm/m∙K

Współczynnik przewodzenia ciepła: 0,21 W/m∙K

29

IV. Elementy instalacji solarnej – automatyka sterująca

20. System zasilania awaryjnego automatyki

Podstawowym wymaganiem dla prawidłowej pracy instalacji solarnej jest stałe, nieprzerwane zasilanie automatyki. Brak zasilania prowadzi do unieruchomienia pomp obiegowych układu solarnego, a w konsekwencji do ryzyka powstawania przegrzewu źródła ciepła jakim jest kolektor. Brak odbioru ciepła doprowadza do osiągania przez kolektor najwyższych w danych warunkach temperatur tzw. stanów stagnacji. Wymagany czas podtrzymania nie powinien być krótszy niż około 4 godziny, najlepiej zbliżony do 8 godzin.

Jako zasilacze awaryjne stosuje się odpowiednio dobrane UPS-y, agregaty prądotwórcze lub panele fotowoltaiczne (PV). W przypadku stosowania paneli PV należy mieć na uwadze, że z uwagi na ich relatywnie niską sprawność w sytuacji słabej insolacji (poniżej 300W/m2 - okres pochmurny) brak będzie zasilania elektrycznego. A jest to okres, gdy kolektory fototermiczne, w szczególności próżniowe, wymagają zasilania, bo generują ciepło. Koszt inwestycyjny awaryjnego zasilania automatyki wynosi, w zależności od zastosowanego rozwiązania i wielkości instalacji od około 5% do 8% całego przedsięwzięcia inwestycyjnego - budowy instalacji solarnej.

W omawianej instalacji zastosowano UPS typu VSine o mocy 500VA i charakterystyce pełnego sinusa, współpracujący z akumulatorem głębokiego rozładowania typu AGM 12V 38Ah. Czas podtrzymania zasilania, przy występującym obciążeniu odbiorników, wynosi około 8 godzin.

21. Sterownik układu Resol DeltaSol M

Do obsługi instalacji solarnej wykorzystano specjalizowany sterownik solarny typu

DelatSol M, produkcji Resol GmbH, Niemcy.

Cechy sterownika:

Wyświetlacz tekstowy z nawigacją w obszarze menu 12 wejść dla czujników temperatury, 1 dla czujnika napromieniowania, 2 dla

przepływomierzy impulsowych dla zintegrowanych liczników ciepła 9 wyjść do obsługi odbiorników prądu (pompy, zawory itp.) Obsługuje 7 podstawowych schematów technologicznych z różnymi wariantami pomp i

zaworów – wszystkie wstępnie zaprogramowane fabrycznie Nadto wyposażony w szereg opcjonalnych funkcji takich, jak: schładzanie kolektorów,

schładzanie systemu, powrotne schładzanie zasobników, dezynfekcja termiczna i wiele innych niezbędnych funkcji

Możliwość wolnego programowania wyjść z użyciem funkcji ΔT, 2 funkcji termostatycznych i funkcji czasu

Obsługuje do dwóch mieszanych obiegów c.o. w trybie kompensacji pogodowej z krzywymi grzania (w zależności od wykorzystanego schematu solarnego)

Złącze komunikacji Resol VBus i RS232 Zdalna kontrola i parametryzacja ustawień sterownika poprzez Resol VBus Funkcja zrzutu ciepła nadmiarowego Wolno programowalna funkcja różnicy temp.

30

Funkcja termostatu (kontrolowana w funkcji czasu) Tryb obsługi pomp wysokowydajnych i wiele innych niezbędnych funkcji

Rys. 21.1. Sterownik Resol DeltaSol M

Dane techniczne:

Wejścia: 15 czujników typu Pt1000, RTA11-M, V40 i CS10

Wyjścia: 9 przekaźników: 4 półprzewodnikowe, 4

elektromagnetyczne, 1 z wolnym potencjałem

Obciążalność: 1(1)A 240V~ (przekaźniki półprzewodnikowe)

4(1)A 240V~ (przekaźniki elektromechaniczne i z

wolnym potencjałem)

Całkowita obciążalność: 6,3A 240V~

Zasilanie: 240V~ (50…60Hz)

Tryb pracy: typu 1.C

Napięcie znamionowe impulsu: 2,5kV

Protokół danych: Resol VBus, RS232

Obudowa: plastik, PC-ABS i PMMA

Możliwy montaż: naścienny, w szafach rozdzielczych

Wyświetlacz: tekstowy,4 wierszowy LC, podświetlany, z nawigacją w

menu, 4 języki dostępne

Kontrolka pracy: dwu kolorowy LED

Obsługa: z użyciem 3 przycisków

Stopień ochrony: IP20 / DIN 40 050

Temperatura pracy: 0…40°C

31

Stopień zanieczyszczenia: 2

Wymiary: 260 x 216 x 64 mm

Wybrane funkcje: sterownik solarny dla max 3 odbiorników ciepła,

rozbudowane funkcje ΔT, kontrola prędkości pomp,

licznik ciepła, licznik roboczogodzin przekaźników,

funkcja termostatu, funkcja testowania temp. dla

kolektorów z przepływem bezpośrednim, funkcja

ładowania warstwowego, rozbudowana funkcja

priorytetów zasilania odbiorników, funkcja zrzutu ciepła

nadmiarowego, funkcja dezynfekcji i szereg innych

funkcji.

W tabeli 21.1 przedstawiono interpretację mierzonych wartości dla przyjętego i realizowanego sposobu zaprogramowania sterownika.

Architektura sterownika pozwala na zaprogramowanie urządzenia w dwóch zasadniczych krokach. Przyjęciu jednego z 19 podstawowych schematów technologicznych, który to wybór przypisuje wyjścia sterownika do określonych odbiorników prądu oraz wejścia sygnałów z czujników do określonych zacisków. Przyjęcie każdego ze schematów powoduje, że sterownik jest wstępnie odpowiednio zaprogramowany dla przewidzianych schematem funkcji. Oraz w kroku drugim, zaprogramowania w sposób dowolny pozostałych wolnych wyjść (przekaźników) z użyciem wolnych lub istniejących wejść (czujniki) z użyciem funkcji różnicy temperatury, termostatu i zegara. Sterownik pozwala także na sterowanie jednego lub, przy użyciu modułu rozszerzającego, do dwóch obiegów niskotemperaturowego centralnego ogrzewania z użyciem mieszaczy w funkcji temperatury zasilania obiegu odniesionej do temperatury zewnętrznej.

Za pomocą wyjścia V-Bus sterownik pozwala na połączenie z systemowymi urządzeniami peryferyjnymi, jak np. bank pamięci Datalogger, lampa sygnalizacji stanów awaryjnych, komputer itp.

32

Tabela 21.1. Interpretacja mierzonych wartości sterownika Resol DeltaSol M

VBus 0: DeltaSol M [Regler] - sterownik

Temperature sensor 1 - Temperatura kolektora 32.6 °C

Temperature sensor 2 - Temperatura w podgrzewaczu cwu - dolna strefa 30.9 °C

Temperature sensor 3 - wolny 888.8 °C

Temperature sensor 4 - wolny 888.8 °C

Temperature sensor 5 - wolny 888.8 °C

Temperature sensor 6 - Temperatura zasilania – przed odbiornikiem 34.5 °C

Temperature sensor 7 - Temperatura powrotu – za odbiornikiem 26.2 °C

Temperature sensor 8 – Temperatura powietrza zewnętrznego = FAP13 19.6 °C

Temperature sensor 9 - Temperatura powrotu – przed kolektorem 28,9 °C

Temperature sensor 10 - Temperatura zasilania – za kolektorem 38.3 °C

Temperature sensor 11 - wolny 888.8 °C

Temperature sensor 12 - wolny 888.8 °C

Irradiation - Natężenie promieniowania słonecznego 40 W/m²

Impulse input 1 9438

Impulse input 2 0

Sensor line break mask 3100

Sensor short-circuit mask 0

Sensor usage mask 771

Pump speed relay 1 - Praca pompy solarnej – wydajność chwilowa 0%

Pump speed relay 2 0%

Pump speed relay 3 0%

Pump speed relay 4 – Zawór 3-dr : 0% - podgrzewacz cwu, 100% - chłodnica 0%

Pump speed relay 5 off

Pump speed relay 6 off

Pump speed relay 7 off

Pump speed relay 8 off

Pump speed relay 9 off

Relay usage mask 9

Error mask 0

Warning mask 0

Controller version 6401

System time 09:11

VBus 0: DeltaSol M [WMZ1] – licznik ciepła

Flow temperature - Temperatura zasilania kolektora = S9 38.3 °C

Return temperature -Temperatura powrotu do kolektora = S10 28.9 °C

Flow rate - Natężenie przepływu glikolu 0 l/h

Heat - Energia ciepła dostarczona do glikolu przez kolektor 487 Wh

33

22. Zabezpieczenie instalacji przed przegrzaniem z wykorzystaniem sterownika

Zaawansowana automatyka sterująca układem solarnym wyposażona jest w szereg algorytmów chroniących kolektory przed przegrzewem. Są to funkcje zarówno schładzania kolektorów, jak i powrotnego schładzania odbiorników ciepła. Z reguły są to funkcje opcjonalne, wymagające aktywacji i działające automatycznie.

Funkcja schładzania kolektorów uruchamiana jest gdy odbiornik lub odbiorniki ciepła solarnego osiągną zadaną temperaturę maksymalną (np. 60°C), a w kolektorach rejestrowany jest dalszy przyrost temperatury ponad 110°C. Wtedy krótkotrwale, w trybie pełnej wydajności, uruchamiana jest pompa obiegu solarnego dla podania do kolektorów chłodniejszej cieczy z przewodu powrotnego. Ciecz ogrzana z kolektorów „przesuwana jest” do przewodu zasilającego, gdzie w pewnym stopniu wytraca ciepło poprzez izolację. Skokowo uruchamiana pompa, przy cały czas wzrastającej temperaturze w kolektorach, przesuwa nagrzany czynnik do odbiornika ciepła solarnego, gdzie następuje oddanie ciepła i stopniowe jego nagrzewanie ponad zadaną temperaturę maksymalną. Proces schładzania kolektorów przebiega do zaniku przyrostu temperatury w kolektorach (np. przed zmierzchem) lub do osiągnięcia maksymalnej nieprzekraczalnej dla odbiornika temperatury. Przyjmuje się, że dla zamkniętych pojemnościowych podgrzewaczy wody graniczną temperaturą jest 95°C.

Funkcja powrotnego schładzania odbiornika uruchamiana jest gdy nie następuje przyrost temperatury na kolektorach. Pompa obiegu solarnego pracuje dopóki temperatura w pojemnościowym podgrzewaczu nie spadnie poniżej zadanej temperatury maksymalnej odbiornika (w tym przykładzie 60°C). Ciepło rozpraszane jest na przewodach i w kolektorach.

Funkcje powyższe, z racji sposobu działania, mogą skutecznie ochronić kolektory i

instalację przed stagnacją w relatywnie krótkim, kilkudniowym okresie czasu szczególnie silnych insolacji.

Koszt inwestycyjny zastosowania zaawansowanej automatyki jest zaledwie o około 50% wyższy od automatyki standardowej. W koszcie całego przedsięwzięcia inwestycyjnego (budowy instalacji solarnej) stanowi to przyrost zaledwie o około 1,5% w małych instalacjach dla domów jednorodzinnych oraz poniżej 1% w średnich i dużych instalacjach.

34

23. Elementy kontrolno – pomiarowe sterownika

23.1 Miernik irradiacji Resol CS10 Solar cell

Rys. 23.1. Miernik irradiacji CS10 Solar cell firmy Resol

Miernik CS10 służy do pomiaru natężenia napromieniowania. Miernik wykorzystuje pomiar

prądu zwarcia, który rośnie wraz ze wzrostem natężenia napromieniowania.

Typ czujnika Klasa Prąd zwarcia [μA] A 1 1,72 B 2 1,80 C 3 1,87 D 4 1,95 E 5 2,03 F 6 2,10 G 7 2,18 H 8 2,26 I 9 2,34 K 10 2,41

Prąd zwarcia odniesiony do napromieniowania wyrażonego w [W/m2].

Przykład: czujnik typu E – przy napromieniowaniu 450 W/m2,

prąd zwarcia wynosi: 450 x 2,03 μA = 913,5 μA = 0,9135 mA

Rys. 23.2. Graficzne przedstawienie zależności prądu zwarcia od napromieniowania i typu

czujnika.

35

23.2 Czujniki temperatury

Sterowniki serii DeltaSol firmy Resol GmbH do pomiaru

temperatury wykorzystują czujniki typu Pt1000

Tab. 23.1. Zależność oporności czujnika typu Pt1000 od

temperatury otoczenia

Rys. 23.3. Parametry czujników zastosowanych w instalacji

°C Ω °C Ω

-10 961 55 1213

-5 980 60 1232

0 1000 65 1252

5 1019 70 1271

10 1039 75 1290

15 1058 80 1309

20 1078 85 1328

25 1097 90 1347

30 1117 95 1366

35 1136 100 1385

40 1155 105 1404

45 1175 110 1423

50 1194 115 1442

Wartości oporności czujników Pt1000

36

23.3 Miernik temperatury zewnętrznej FAP13 firmy Resol

Rys. 23.4 Wygląd i wymiary obudowy czujnika temperatury zewnętrznej FAP13

23.4 Zabezpieczenie przeciw przepięciowe Resol SP10

Przeznaczenie produktu:

Zabezpieczenie przeciw przepięciowe Resol SP10 może być używane wyłącznie jako zabezpieczenie przed prądami indukowanymi wyładowaniami atmosferycznymi i służy do zabezpieczania czujnika temperatury montowanego przy kolektorze słonecznym oraz w pewnym stopniu sterownika.

W czasie wyładowań atmosferycznych w przewodzie czujnika mogą być indukowane prądy o napięciach niszczących czujnik. Diody zastosowane w zabezpieczeniu SP10 ograniczają wartości indukowanych napięć do poziomu nie niszczącego dla czujnika.

Najlepszym sposobem dla ochrony czujnika jest zainstalowanie zabezpieczenia SP10 w sąsiedztwie czujnika temperatury.

Obudowa czujnika przystosowana jest do montażu zewnętrznego i zabezpiecza układ wewnętrzny przed wpływami atmosferycznymi, w szczególności opadami atmosferycznymi. Wyprowadzenia dla kabli znajdują się dolnej części obudowy i pozwalają na łatwy montaż.

37

Rys. 23.5. Wygląd i wymiary obudowy zabezpieczenia przeciw przepięciowego SP10

23.5 Przewody do podłączenia czujników

Przedłużenia i podpięcia czujników temperatury wykonano przewodami typu OMY 2x0,75mm2.

Przewody zasilania odbiorników ~230V (pompa, zawór) poprowadzono rozdzielnie z przewodami

sygnału niskonapięciowego prądu stałego (czujniki temperatury, przepływomierz itp.) poza krótkimi

odcinkami o długości około 30cm.

38

24. Datalogger DL2 V2

Rys. 24.1. Zastosowany Datalogger DL2 V2 produkcji Resol GmbH

Do pobierania i przechowywania danych pochodzących z odczytów parametrów instalacji

solarnej służy Datalogger typ DL2 produkcji Resol GmbH. Urządzenie dzięki swojej

pojemności pozwala na zbieranie danych w długim okresie czasu. Urządzenie może być

konfigurowane ze standardowymi przeglądarkami internetowymi poprzez zintegrowany

interfejs. Do przenoszenia danych z DL2 do PC może być także wykorzystana karta typu SD.

Datalogger DL2 jest odpowiedni dla wszystkich sterowników firmy Resol GmbH

wykorzystujących protokół komunikacji VBus. DL2 może być łączony z komputerem

bezpośrednio lub z pośrednictwem routera dla zdalnej kontroli systemu. Pozwala to na

komfortowy monitoring systemu i jego diagnostykę.

Wybrane dane techniczne:

Wyświetlacz – diody LED dla wizualizacji stanu wykorzystania pojemności pamięci

wewnętrznej

Podświetlany przycisk do kontroli stanu karty pamięci SD

Interfejs – Vbus do połączenia ze sterownikiem Resol, gniazdo Ethernet (LAN) Auto

MDIX 10/100 Base TX

Pamięć 180 MB – na okres 120 miesięcy dla systemu sterowanego przez 1 sterownik

typu DelataSol M z częstotliwością zapisu co 5min.

Zapotrzebowanie mocy – 1,75 W

Zasilanie: Napięcie zasilania 100 … 240 V, prąd 350 mA, napięcie wejścia 5V DC ± 5%

39

25. Router D-Link

Do zdalnego przesyłu danych zbieranych przez Datalogger wykorzystano bezprzewodowy

router firmy D-link typu DIR-815 N Dual Band o następujących cechach:

Szybkie połączenie bezprzewodowe dzięki Wireless DC do 300 Mb/s

Kompatybilny z urządzeniami w standardzie IEEE 802.11a i 802.11 b/g

Praca w dwóch zakresach umożliwia utworzenie dwóch sieci bezprzewodowych

jednocześnie

Szybka i łatwa konfiguracja dzięki kreatorowi instalacji

Rys. 25.1. Zastosowany router D-link typu DIR-815 N Dual Band

Tabela 25.1. Interpretacja sygnalizacji LED routera D-link typu DIR-815 N Dual Band

LED opis

1 zasilanie Sygnał stały zielony – prawidłowe zasilanie. Sygnał pomarańczowy – reset do ustawień fabrycznych lub restart. Sygnał pomarańczowy migający wolno – awaria podczas restartu.

2 Internet

Sygnał stały zielony – udane połączenie PPP. Sygnał zielony migający – transmisja danych. Sygnał stały pomarańczowy – połączenie istnieje, ale serwis ISP nie działa. Sygnał pomarańczowy migający wolno – połączenie przerwane w wyniku przekroczenia limitu czasu bezczynności.

3 WLAN

(2,4GHz) Sygnał stały zielony – połączenie bezprzewodowe w zakresie 2,4GHz jest ustanowione. Sygnał zielony migający – transmisja danych.

4 WLAN

(5,0GHz) Sygnał stały zielony – połączenie bezprzewodowe w zakresie 2,4GHz jest ustanowione. Sygnał zielony migający – transmisja danych.

5 LAN (1-4) Sygnał stały zielony – połączenie Ethernet dla portów 1 – 4 aktywne. Sygnał zielony migający – transmisja danych.

40

V. Procedury eksploatacyjne instalacji solarnej

Podstawowa obsługa hydraulicznej części instalacji solarnej sprowadza się do okresowej

kontroli następujących punktów:

Kontrola ciśnienia obiegu solarnego. Ciśnienie wstępne instalacji ustalono na 3bary.

Prawidłowo działająca instalacja powinna zapewnić stabilne ciśnienie bez względu na

temperaturę kolektora i odbiornika.

Kontrola wyrzutu cieczy obiegu solarnego do plastikowego zasobnika. Pojawienie się

wyrzutu płynu obiegowego w plastikowym pojemniku wymaga kontroli instalacji i

ustalenia przyczyny zjawiska. W diagnozie przyczyn zjawiska może pomóc rejestracja

danych parametrów instalacji odczytywany ze sterownika DeltaSol M.

26. Procedura uzupełniania glikolu w instalacji

W prawidłowo działającej instalacji obieg solarny nie wymaga uzupełniania płynu

obiegowego. Jeżeli nastąpi ubytek płynu obiegowego w instalacji to przed jego

uzupełnieniem lub wymianą należy zlikwidować przyczynę powstałego ubytku.

Należy rozróżnić dwie sytuacje:

W przypadku powstania ubytku płynu bez przegrzewu kolektorów to obieg wymaga

tylko uzupełnienia płynu do uzyskania ustawionego pierwotnie ciśnienia

W przypadku powstania ubytku w wyniku przegrzewu kolektorów to płyn obiegowy

wymaga regeneracji lub skrajnie wymiany.

Uwaga – w każdym powyższym przypadku należy jednocześnie dokonać odpowietrzenia

instalacji przy użyciu pompowej stacji napełniająco - odpowietrzającej.

27. Procedura odpowietrzania instalacji solarnej

Prawidłowo wykonana instalacja solarna jest obiegiem w pełni zamkniętym. A

odpowietrzniki automatyczne tzw. solarne (metalowe) znajdujące się przy kolektorach

powinny być odcięte zaworami. Takie wykonanie nie pozwala na odparowanie wody z

mieszanki wodno – glikolowej w sytuacji przegrzewu kolektorów. W takiej sytuacji funkcja

odpowietrzników automatycznych ma znaczenie w trakcie wszelkich prac serwisowych

wykonywanych na obiegu solarnym.

Jedynym właściwym sposobem odpowietrzenia instalacji jest użycie stacji napełniająco - -

odpowietrzającej i podłączenie jej króćców napełniania przepłukiwania instalacji, w które

wyposażona jest grupa pompowa.

28. Procedura wymiany rury próżniowej kolektora

Procedura wymiany rury próżniowej kolektora sprowadza się do jej mechanicznej wymiany.

Nie jest wymagane wyłączanie pompy obiegowej, ani tym bardziej opróżnianie obiegu

solarnego. Nie są zatem związane z tym żadne inne procedury. Taki sposób wymiany jest

41

wynikiem zastosowanej konstrukcji kolektora z użyciem rurki ciepła i dwufazowej wymiany

ciepła w kolektorze.

29. Procedura wymiany kolektora

Procedura wymiany kolektora / kolektorów wymaga wykonania czynności w następującej

kolejności:

Demontażu rur próżniowych wraz z rurkami ciepła

zatrzymania pracy pompy obiegowej i częściowego spuszczenia płynu obiegowego z

najwyższej części instalacji.

Demontażu kolektorów w miejscach ich połączenia z rurociągiem

Jeżeli kolektory wymieniane są na kolektory innego typu i/lub producenta należy uwzględnić,

że kolektory połączone są z rurociągiem połączeniami typu metal / metal (połączenie

pierścieniowe) z zastosowaniem złączek typu Connex Ø22 produkcji IBP Banniger.

Ponowne napełnianie i odpowietrzenie rurociągu wymaga wykonania procedur opisanych w

punktach 26 i 27.

42

VI. Realizacja badań

30. Badanie efektywności kolektora słonecznego

Badanie efektywności kolektorów należy przeprowadzać zgodnie z procedurą opisaną w

normie PN-EN 12975-1,-2

31. Prezentacja wyników pomiarów z wykorzystaniem oprogramowania Service Center

Oprogramowanie do konfiguracji i wizualizacji działania instalacji solarnej

43

32. System prezentacji parametrów instalacji solarnej w Internecie – VBus.net

Do obsługi instalacji solarnej wykorzystano specjalizowany sterownik solarny typu DelatSol

M, produkcji Resol GmbH. Za pomocą wyjścia V-Bus sterownik pozwala na połączenie z

systemowymi urządzeniami peryferyjnymi, jak np. bank pamięci Datalogger, lampa

sygnalizacji stanów awaryjnych, komputer itp.

Do pobierania i przechowywania danych pochodzących z odczytów parametrów instalacji

solarnej służy Datalogger typ DL2 produkcji Resol GmbH. Urządzenie dzięki swojej

pojemności pozwala na zbieranie danych w długim okresie czasu. Urządzenie może być

konfigurowane ze standardowymi przeglądarkami internetowymi poprzez zintegrowany

interfejs.

Zdalne sterowanie instalacji oraz zapis pomiarów umożliwia wykorzystany system

prezentacji parametrów instalacji solarnej w Internecie – VBus.net. Na rysunku 32.1

przedstawiono przykład chwilowych wartości mierzonych parametrów instalacji solarnej

przedstawionych na wydzielonej stronie www.vbus.net/vbus/scheme/id/571 utworzonej po

rejestracji w systemie VBus.net.

Rys. 32.1. Przykład prezentacji chwilowych wyników pomiarów instalacji solarnej

prezentowanej na wydzielonej stronie www.vbus.net/vbus/scheme/id/571

44

Poza wartościami chwilowymi mierzone parametr są zapisywane. Stosując odpowiednie

filtry w systemie VBus.net można generować wykresy kilkunastu parametrów w dowolnym

okresie. Na dzień dzisiejszy mierzonymi parametrami są:

- Temperatura kolektora.

- Temperatura w podgrzewaczu cwu - dolna strefa zbiornika.

- Temperatura zasilania - przed odbiornikiem.

- Temperatura powrotu - za odbiornikiem.

- Temperatura powietrza zewnętrznego.

- Temperatura powrotu - przed kolektorem.

- Temperatura zasilania - za kolektorem.

- Natężenie promieniowania słonecznego.

- Praca pompy solarnej - wydajność chwilowa glikolu.

- Działanie zaworu 3-dr : 0% - podgrzewacz cwu, 100% - chłodnica.

- Temperatura zasilania kolektora.

- Temperatura powrotu do kolektora.

- Natężenie przepływu glikolu.

- Energia ciepła dostarczona do glikolu przez kolektor.

Ilość mierzonych parametrów i miejsce pomiaru np. temperatury można w każdej chwili

modyfikować. Na rysunku 32.2 przedstawiono przykład wygenerowanego zapisu pomiaru z

zakresu siedmiu dni: 3-9 kwiecień 2014 roku. Zestawiono na nim zmiany w układzie

eksploatacji instalacji temperatury wejściu i wyjściu z kolektora, natężenie przepływu glikolu

oraz natężenie promieniowania słonecznego. Możliwa jest do przeprowadzenia analiza

parametrów w układzie godzinowym, dobowym i miesięcznym. Pozwala na bardzo

zaawansowaną weryfikację efektywności pracy instalacji solarnej w szerokim zakresie

warunków środowiskowych.

45

Rys. 32.2. Przykład wygenerowanych parametrów (7 dni) pracy instalacji ze strony VBus.net

33. Literatura

[1] PN-EN 12975-1:2007 Słoneczne systemy grzewcze i ich elementy - Kolektory słoneczne - Część 1: Wymagania ogólne.

[2] PN-EN 12975-2:2007 Słoneczne systemy grzewcze i ich elementy - Kolektory słoneczne – Część 2: Metody badań.

[3] Instrukcja montażu bezpiecznika termicznego Ekspulser MST-01, Projprzem-Eko, 2012.

34. Załączniki

oryginalne dokumentacje techniczne urządzeń i instrukcje