Diferenciálny termostat pre solárne kolektory: Kľúč k efektívnemu ohrevu vody

Diferenciálny termostat je užitočný prístroj určený na spínanie zariadení na základe rozdielu teplôt. Tento termostat je navrhnutý predovšetkým pre použitie so solárnymi kolektormi, kde efektívne riadi ohrev vody. Prístroj navyše kombinuje funkcie klasického teplotného spínača s reguláciou na základe teplotného rozdielu.

Princíp fungovania v solárnych systémoch

Hlavnou funkciou termostatu je meranie teploty v dvoch rôznych bodoch, typicky reprezentovaných solárnym kolektorom a vyrovnávacím zásobníkom (bojlerom). Základný princíp fungovania spočíva v sledovaní teplotného rozdielu medzi dvoma senzormi.

Termostat porovnáva teplotu medzi dvomi senzormi (napríklad senzor 1 a senzor 2). Cieľom je vzopnúť čerpadlo, ak sa teplotný rozdiel zvýši o nastavenú hodnotu. Podľa návodu môžete nastaviť napríklad 5°C. Ak je na senzore 2 väčší rozdiel ako 5°C v porovnaní s teplotou na senzore 1, relé 2 vzopne. V praxi to znamená, že slnečné žiarenie ohreje kolektor, rozdiel teplôt medzi kolektorom a bojlerom sa zvýši, a termostat na základe tohto rozdielu vzopne relé 2 pre obehové čerpadlo, ktoré dopraví teplú vodu do bojlera.

Systém je navrhnutý tak, aby relé 2 spínalo čerpadlo dovtedy, kým sa teplotné rozdiely nevyrovnajú, alebo kým sa nedosiahne žiadaný rozdiel. Relé 1 spína nezávislý okruh, napríklad špirálu v bojleri, ak cieľová teplota klesne pod nastavenú hodnotu. Ak slnko prestane svietiť a čerpadlo prestane ísť, a teplota v bojleri klesne pod nastavenú hodnotu (napríklad 50°C), termostat zapne ohrev špirály.

Umiestnenie senzorov

• Senzor 1 (zóna s nižšou teplotou) by mal byť umiestnený v bojleri alebo v systéme, ktorý sa má ohrievať.
• Senzor 2 by mal byť umiestnený na vodu pri solárnom paneli, na mieste, ktoré sa zohreje pri slnečnom svite (napríklad na výstup z kolektora).

Termostat má dva teplotné senzory: Tk - senzor kolektora a Tb - senzor bojlera. Výstup (relé) bude zopnutý, keď bude teplota kolektora (Tk) vyššia ako teplota bojlera (Tb). Príklad: ak má voda v bojleri +30°C a užívateľ nastaví rozdiel na 10°C, termostat zapne čerpadlo, keď solár dosiahne +40°C. Ak má voda v bojleri +50°C, čerpadlo sa zapne pri +60°C.

Technické špecifikácie a vlastnosti

Tento termostat disponuje nasledovnými vlastnosťami a technickými parametrami:

• Pracovný rozsah: 2℃～99℃
• Rozsah spínaného rozdielu: 3℃～50℃
• Hysterézia: Hysterézia pre rozdiel, nastaviteľná pre opätovné zapnutie relé aj v rozdielovom móde.
• Kalibrácia senzorov: Obe čidlá môžete kalibrovať podľa potreby.
• Funkcia klasického termostatu: Prístroj kombinuje funkcie klasického teplotného spínača.
• Pamäť pri výpadku elektrického prúdu: Termostat má pamäť pri výpadku elektrického napájania.

Termostat využíva dve sondy typu DS18b20 na meranie teploty. Disponuje optickou signalizáciou, ktorá informuje o prevádzke termostatu. V prípade chyby snímača sa relé automaticky vypne a na displeji sa zobrazí indikácia chyby (Err). Senzory sú dodávané s káblami s dĺžkou približne 1 meter, ktoré je možné predĺžiť až do 30-50 metrov.

Nastavenie hysterézie

Hysterézia je parameter, ktorý určuje minimálny teplotný rozdiel potrebný na zapnutie relé. V štandardnom použití pre solárne kolektory sa bežne používa hodnota okolo 7 stupňov Celzia. Táto hodnota zabezpečuje, že čerpadlo nebude zapínané a vypínané príliš často pri malých kolísaniach teploty, čím sa predlžuje životnosť zariadenia a zvyšuje účinnosť systému.

Kľúčové výhody termostatu

Hlavné výhody diferenciálneho termostatu pre solárne systémy zahŕňajú:

• Kombinuje v sebe termostat pre spínanie špirály a diferenčný rozdielový termostat, čím poskytuje komplexné riešenie regulácie.
• Umožňuje nastaviť hysteréziu pre opätovné zapnutie relé aj v rozdielovom móde.
• Zaisťuje teplotnú blokádu - termostat spína len na základe vyššej teploty na senzore 2, čo zamedzuje nežiaducemu spínaniu a ochladzovaniu bojlera.
• Ponúka možnosť kalibrovať obe čidlá podľa špecifických potrieb inštalácie.
• Disponuje pamäťou pri výpadku elektrického prúdu, čím sa zachovajú nastavenia.

Rozšírené možnosti: Použitie pre chladenie

Teoreticky je možné tento termostat použiť aj na chladenie. V takom prípade by bolo potrebné prehodiť merané body, teda senzory. Funkcia by sa potom obrátila: ak by teplota referenčného bodu (napr. interiéru) bola vyššia ako teplota chladiaceho média, aktivovalo by sa výstupné relé. Nastavenie hysterézie by fungovalo rovnako, len s opačným významom - určovalo by, o koľko musí teplota v chladenom objekte presiahnuť referenčnú hodnotu, aby sa spustil chladiaci proces.

Pri nastavení pre chladenie je dôležité správne určiť, ktorý senzor bude slúžiť ako primárny (monitorovaný) a ktorý ako referenčný. V kontexte chladenia by senzor 1 mohol byť umiestnený v chladenom priestore a senzor 2 by slúžil ako referenčný bod (napr. vonkajšia teplota alebo teplota chladiaceho média).

Jednou z potenciálnych výziev pri použití termostatu na chladenie môže byť spôsob zadávania referenčnej hodnoty, najmä ak sú senzory pripojené cez zbernicu 1-Wire. Pre chladiace aplikácie by bolo ideálne, ak by bolo možné nastaviť rozmedzie teplôt približne 10-20 stupňov Celzia, čo by umožnilo efektívnu reguláciu.

Optimalizácia a dlhodobá prevádzka solárnych kolektorov

Prevencia stagnácie

Slovo stagnácia z pohľadu solárnych systémov znamená, že systém nie je schopný sa dostatočne rýchlo ochladzovať, a tak dochádza k postupnému zvyšovaniu teploty vody cirkulujúcej v solárnom systéme. To môže viesť k následnej degradácii. Medzi hlavné dôvody stagnácie solárnych systémov patrí príliš veľká plocha solárnych kolektorov a malá potreba tepla počas dňa. K stagnácii solárnych systémov dochádza najmä počas letných mesiacov, kedy je spotreba tepla najmenšia. K stagnácii dôjde pri zohriatí zásobníka tepla na maximálnu teplotu cca 95 °C. V takom prípade sa vypína čerpadlo, ktoré zaisťuje chladenie solárneho kolektora. Následne teplota absorbéra začína rýchlo stúpať, až sa dostane na tzv. stagnačnú teplotu (180-300 °C). Dosahovaním týchto teplôt v systéme dochádza k častým zmenám skupenstiev, čím sa systém poškodzuje. Riadenie stagnácie, ktoré umožňuje aj diferenciálny termostat, je kľúčové pre ochranu dôležitých častí systému pred tepelným poškodzovaním.

Ochrana pred prehrievaním

Niektoré moderné ploché kolektory, ako napríklad Vitosol 200-FM, sa môžu pochváliť unikátnym riešením proti prehrievaniu kolektorov. Využívajú patentovanú technológiu ThermProtect, čo je inteligentná vrstva absorbéra chrániaca kolektory pred prehrievaním. ThermProtect po dosiahnutí určenej teploty (nad cca 75 °C) zmení kryštalickú štruktúru vrstvy absorbéra, tepelné sálanie sa zvýši niekoľkonásobne a výkon kolektora sa zníži. Tým je maximálna teplota v kolektore výrazne nižšia a zamedzí sa tvorbe pary v solárnom okruhu. Po poklese teploty kolektora sa kryštalická štruktúra vráti do pôvodného stavu a opäť absorbuje až 95% slnečnej energie.

Životnosť a účinnosť solárnych kolektorov

Solárny systém na ohrev vody založený na slnečných kolektoroch je pomerne dlhoveký. V závislosti od výrobcu by mal fungovať viac ako 20-25 rokov. Po tomto čase môže byť účinnosť nižšia a tepelný zisk nemusí byť uspokojivý. Potenciálnu životnosť kolektora je potrebné riadiť sa informáciami poskytnutými výrobcom.

Fungujú slnečné kolektory iba počas slnečných dní?

Slnečný kolektor najefektívnejšie pracuje počas teplých a slnečných dní, ale funguje aj v zamračených dňoch. Funguje dostatočne efektívne, aby pri správne zvolenom solárnom systéme (správnej veľkosti) dokázal bez problémov pokryť potreby domácnosti na ohrev teplej vody. Je to preto, že absorbery solárnych kolektorov získavajú energiu nielen priamo zo slnečných lúčov, ale aj z rozptýleného svetla.

Aká je účinnosť slnečných kolektorov v zime?

Slnečné kolektory fungujú aj v zime, ale ich účinnosť je nižšia. Aj keď dokážu efektívne využívať energiu z rozptýleného svetla, počas kratších dní a pri nízkych teplotách zvyčajne plnia len podpornú funkciu, čo však môže výrazne odľahčiť vykurovací systém, najmä počas slnečných dní. Na ich fungovanie stačí slnečné svetlo, aj keď vonkajšia teplota nie je vysoká.

Môžu slnečné kolektory zamrznúť?

Pri systémoch využívajúcich glykol (nemrznúcu kvapalinu) je slnečný kolektor chránený pred zamrznutím, čo umožňuje bezpečné používanie aj pri nízkych teplotách. V zime však môžu slnečné kolektory vyžadovať pravidelné odstraňovanie snehu, aby svetlo mohlo preniknúť na ich povrch - to sa však stáva zriedkavo, pretože ich štandardný sklon zabezpečuje, že sneh sa na nich dlho neudrží.

Je potrebné vymieňať bojler?

Nie, nie je potrebné vymieňať bojler, ani ak nemáte voľný výmenník. Ak nechcete vymieňať zásobník TÚV a nemáte voľný výmenník, existujú riešenia na pripojenie solárneho systému pomocou tepelných doskových výmenníkov. Tieto výmenníky nie sú zložité zariadenia a ich cena sa pohybuje v rámci niekoľkých stoviek eur.

Inštalácia a orientácia kolektorov

Takmer každá strecha je vhodná na montáž slnečných kolektorov - avšak treba vylúčiť staré strechy, ktoré nemusia mať dostatočnú nosnosť alebo ktorých štruktúra už nemusí byť dostatočne pevná. Kolektor váži zvyčajne okolo 40-50 kg, preto je potrebné zohľadniť technický stav strechy, najmä ak ide o staršiu budovu.

Najlepšia možná expozícia na slnko znamená maximálnu účinnosť solárneho systému, čo znamená, že najvhodnejšie je montovať slnečný kolektor na južnej strane strechy. V našich klimatických podmienkach však možno dosiahnuť výborné výsledky aj pri montáži kolektora na juhovýchodnej, juhozápadnej a - v krajnom prípade - aj západnej strane. Nižšia účinnosť bude výraznejšia v zime, kedy takýto kolektor pravdepodobne významne nepomôže s ohrevom vody. Za optimálny uhol sklonu solárnych kolektorov sa považuje 30 stupňov v letnom období, no 60 stupňov v zimnom období (tento sklon zároveň umožňuje prirodzené zosúvanie snehu z kolektora). Solárny kolektor má primárne ohrievať vodu počas leta, prípadne na jar a na jeseň. V zime je ohrev TÚV aj tak podporovaný iným zariadením.

Môžu sa slnečné kolektory prehriať?

Riziko prehriatia kolektora prakticky neexistuje, aj keď nikto nepoužíva teplú vodu. Kolektory sú dostatočne zabezpečené proti tlaku, ktorý môže vzniknúť v systéme aj pri vysokých teplotách. V našich klimatických podmienkach sa v solárnych systémoch používa glykol, ktorého bod varu je medzi 180 a 200 °C. Ak však počas leta dôjde k extrémnym horúčavám a plánujete dlhodobú neprítomnosť, je možné zakryť solárnu inštaláciu plachtou alebo špeciálnym krytom, čo môže predĺžiť životnosť kolektorov.

Vo väčšine budov trvá inštalácia solárneho systému niekoľko hodín, no v komplikovanejších prípadoch môže zabrať aj celý deň.

tags: #rozdielovy #termostat #diferencialny #na #slnecne #kolektory