Геліотермічні установки, які використовують воду в ролі теплоносія - це абсолютно новий продукт на українському ринку відновлюваних джерел енергетики.
Найбільша кількість встановлених геліотермічних систем спостерігається при новому будівництві або під час капітального ремонту системи теплозабезпечення, як в приватному так і в комерційному секторах. Така тенденція обумовлена конструкцією традиційних геліотермічних установок, в яких необхідно розділяти контур системи опалення з контуром сонячної установки, що потребує використання бівалентних бойлерів чи акумулюючих ємкостей з додатковим теплообмінником. Тобто модернізація існуючої системи теплозабезпечення зводиться до капітального ремонту, що в свою чергу потребує більших капітальних і оперативних витрат. А при відсутності державної підтримки, даний напрямок альтернативних джерел енергозабезпечення розвивається заниженими темпами, оскільки не кожен кінцевий споживач готовий до капітального оновлення власної системи теплозабезпечення.
Можливість використовувати воду в ролі теплоносія не потребує використання додаткових теплообмінників, геліотермічна установка інтегрується в існуючу систему опалення, а не навпаки. Концепт АкваСистеми від Paradigma створює окрему нішу на ринку сонячних установок.
Схема влаштування АкваСистеми, відрізняється від традиційних установок, які використовують поліпропіленову суміш в ролі теплоносія. Використання антифризу дає перевагу в тому, що система не замерзає навіть під час сильного морозу. Але в такому випадку необхідно розділяти контур системи опалення з геліотермічним контуром, що обумовлює використання бівалентних бойлерів, або додаткових теплообмінників. Крім того незамерзаюча рідина використовується за призначенням лише в зимовий період. Проте в літній період, система може піддаватись високим термічним навантаженням під час стагнації (кипіння). При температурі понад 160° починається процес розпаду незамерзаючої суміші в основу якої входить поліпропілен гліколь. Це обумовлює швидке „старіння“ теплоносія, утворення повітря в геліоконтурі і руйнації теплоносія. В результаті чого утворюється смолоподібні продукти розпаду рідини, які налипають на внутрішні стінки системи трубопроводів колектора, що призводить до звуження діаметру, зменшення об‘ємного потоку і зменшення продуктивності установки. В найгіршому випадку це може призвести до виходу з ладу сонячного колектора.
Перевага води, як теплоносія полягає у відсутності наслідків для установки під час її кипіння. При впливі високої температури вода переходить з рідкого агрегатного стану в пароподібний і після конденсування продовжує працювати без втрати своїх властивостей. Застосування води, в ролі теплоносія , обумовлено цілим рядом переваг, основними з яких є висока питома теплоємність, легкість транспортування у трубопроводах за рахунок меншої в‘язкості рідини, що в свою чергу не вимагає використання потужних насосів. Використання води при теплообміні забезпечує високі коефіцієнти тепловіддачі, рівномірність обігрівання поверхні теплообміну, вода є найдешевшим і найкращим теплоносієм - посередником при переданні енергії.
Використання води дає змогу використовувати сонячні системи з існуючими ємкісними водонагрівачами та проводити модернізацію встановлених систем з використанням наявного обладнання.
Геліотермічна установка для забезпечення гарячого водопостачання
Одна з можливих схем підключення геліотермічної установки для забезпечення гарячого водопостачання (Зображення: 2), передбачає підключення сонячного колектора до бойлеру паралельно котлу. За такою схемою лінія подачі колектора врізається за допомогою спеціального сифонного підключення в лінію подачі котла, а зворотна лінія підключається в лінію зворотки котла. Таким чином котлова вода нагрівається в колекторі і подається до теплообмінника бойлеру, передає тепло воді санітарного призначення, охолоджується і знову надходить до колектора замикаючи робочий цикл.
Для підключення колектора до трубопроводу сонячного контуру використовується оригінальна гофрована трубка з нержавіючої сталі, довжиною 1,5 метра в тканинно - металевій обмотці (для захисту ізоляції), з інтегрованими датчиками температури TSA і ТАМ.
Алгоритм роботи установки дає можливість регулювати нагрів води в колекторі в діапазоні від 10°С до 75°С. Насос спрацьовує тільки при досягненні значення встановленої температури (датчик TSA). Таким чином реалізується принцип високотемпературної установки і колектор працює як додатковий котел.
Регулятор геліотермічної установки SystaSolar Aqua II, оперуючи показниками датчиків температури і об‘ємного потоку , самостійно визначає необхідний алгоритм роботи установки. Автоматично вираховується площа колекторів, довжина і діаметр трубопроводу та у відповідності до отриманих даних встановлюється необхідний об‘ємний потік. Також регулятор визначає продуктивність установки за принципом теплового лічильника. Функція діагностики контролює всі параметри роботи установки і забезпечує максимальну продуктивність. В разі необхідності автоматика проводить діагностику для визначення порушення в роботі системи. Регулятор може самостійно виправляти невеликі несправності, наприклад самостійно запускати програму розповітрення, коригувати час або змінювати швидкість об‘ємного потоку.
Геліотермічна установка для забезпечення гарячого водопостачання і підтримки системи опалення.
Наступна схема передбачає використання сонячної енергії для підтримки системи опалення (Зображення: 3)
За даною схемою алгоритм роботи геліотермічної установки залишається незмінним. Теплоносій з колектора подається до буферної ємкості і розбирається на контури опалення та на теплообмінник приготування гарячої води санітарного призначення.
Функція захисту від замерзання
Функція антизамерзання починає спрацьовувати, якщо зовнішня температура на площині колектора знизилась до 3°С, при таких умовах температура в колекторі постійно підтримується на рівні 5°С. В залежності від зовнішньої температури і температури теплоносія в колекторі, регулятор вираховує необхідну частоту роботи насосу для мінімально необхідних енерговитрат на підтримку системи антизамерзання.
Енергетичні витрати на функцію антизамерзання залежать від довжини зовнішньої траси геліоконтуру, яка визначається самостійно регулятором сонячної установки SystaSolar Aqua II. Ефективна робота функції антизамерзання можлива лише з вакуумним колектором, оскільки вакуум являється найкращим теплоізолятором і зниження температури в колекторі відбувається набагато повільніше ніж в трубопроводі.
Функція антизамерзання працює ефективно, надійно і потребує незначну кількість теплової енергії.
При проходженні сертифікації АкваСистеми в Штутгартському Університеті Термодинаміки і Теплотехніки, витрати енергії на функцію антизамерзання склали 3,4 % від річної продуктивності установки.
За даним графіком витрати на функцію антизамерзання складають 80 кВт/рік, навіть як що перевести цю енергію в грошовий еквівалент при використанні електроенергії за тарифом для юридичних осіб, то вони будуть все одно в рази меншими ніж витрати на експлуатацію установки, яка працює з теплоносієм на гліколеквій основі.
Навіть незважаючи на те, що ми підігріваємо невеликий участок сонячного контуру взимку, вода являється оптимальним теплоносієм враховуючи її вартість і фізико-хімічні властивості в порівнянні з будь якою незамерзаючою рідиною.
Комплектація установки, яка тестувалась- 1х вакуумний колектор CPC Allstar 40, загальна площа колектора 4 м2
- 1х моновалентний бойлер Aqua 190, об‘єм 200 літрів
- 1х регулятор SystaSolar Aqua I
- Довжина зовнішньої траси - 8 метрів