Solární kolektory s funkcí ThermProtect

Sluneční kolektory jsou běžně naplněny teplonosnou kapalinou na bázi propylenglykolu C3H8O2, s bodem varu +188 °C a bodem tuhnutí –58 °C. Za slunných letních dní a malém odběru tepla, kdy např. rodina odjela na dovolenou a nečerpá teplou vodu, může dojít k přehřátí kapaliny a vzniku páry v kolektoru. To kolektor načas odstaví a může ho až vážně poškodit nebo snížit jeho životnost.

Jde o to, že když na kolektor kolmo září slunce, ale odběr tepla je nulový, kolektor se ohřeje až na 200 °C, této teplotě pak říkáme stagnační teplota. Že tato teplotní zátěž není banálním či triviálním problémem, svědčí i to, že se tímto problémem zabývalo a zabývá nemálo výrobců. Až dosud bylo „nejjednodušším” řešením odebírat „za každou cenu” teplo, i když ho nepotřebujeme, nebo něčím zakrýt kolektor. Přitom obvykle zjistíme, že jsme s touto eventualitou nepočítali a že zakrytí kolektorů většinou není ani snadné, ani bezpečné, natož rychlé.

Společnost Viessmann našla originální řešení, které dokázala navíc rychle uvést do sériové praxe, a to vše dokonce bez cenové přirážky.

Řez plochým solárním kolektorem s vrstvou ThermProtect umístěné pod čelním sklem (tmavě modrá vrstva)

Bezpečný díky ThermProtect

Tímto řešením je absorpční vrstva ThermProtect, která funguje samostatně a nezávisle na konfiguraci zařízení a nastavení regulace solárního systému. Solární systémy Viessmann jsou díky ní bezpečné a tolerují i předimenzovaná kolektorová pole. Dosud doporučované způsoby chlazení, jako jsou stagnační chladiče, popř. předřazené nádoby (nemluvě o zakrývání kolektorů), již nejsou díky ThermProtect vyžadovány.

Princip funkce

Absorpční vrstva kvalitního standardního kolektoru má selektivní účinky. To znamená, že pohlcuje horké sluneční záření (o teplotě cca 5 700 K, což je povrchová teplota slunce, na Zemi je intenzita tohoto záření jen 1 000 W/m2). Vedle toho také odráží tepelné záření odpovídající jejím pracovním teplotám od cca 0 °C do 200 °C.

Fyzika pak říká, že tepelné záření, které absorpční vrstva odráží, nemůže ani vyzařovat, je-li ohřátá na odpovídající teplotu (na teplotu tepelného záření, které odráží), tj. cca od –20 °C do 200 °C.

V praxi to znamená, že horké sluneční záření projde kolektorem a je pohlceno jeho absorpční vrstvou, která se ohřívá a od ní i trubky s teplonosnou kapalinou. Běžná absorpční vrstva má však v oblasti svých pracovních teplot do cca 200 °C nízkou emisivitu (ε ≈ 0,03) a nemůže se tudíž přebytků pohlcené sluneční energie zbavovat sáláním, pouze vedením a prouděním tepla.

Tento princip zaručuje vysokou účinnost kolektoru, ale také vede k jeho nežádoucímu přehřívání ve stagnačním režimu, kdy vyrobené teplo není odebíráno.

Vrstva ThermProtect

Vrstva ThermProtect obsahuje sklo s dotací oxidu vanadia, které pak při teplotách od 75 °C mění své krystalografické uspořádání a v důsledku toho i svou emisivitu z velmi nízké hodnoty ε = 0,03 až na úroveň cca 0,5 při 100 °C. Jinými slovy, teplotně proměnná emisivita ε = ε(θ) absorpční vrstvy způsobí, že od teploty 75 °C se kolektor zbavuje tepla sáláním do otevřeného prostoru a tím se postupně „sám vypíná”. Absorpční vrstva ThermProtect navíc začne pohlcovat i sálavé teplo od ohřátých trubek, čímž se přímo brzdí a nakonec zastaví ohřev teplonosné kapaliny na teplotu, při níž už nehrozí překročení bodu varu solární kapaliny.

Vyšší tlak v solárním systému

Na rozdíl od zařízení s běžnými kolektory vyžadují ploché kolektory s absorpční vrstvou ThermProtect s automatickým odstavením vyšší systémový přetlak 3 bar (dosud 1 bar) v kolektoru. To výrazně snižuje velikost membránových expanzních nádob. Pro stanovení tlaku v zařízení, plnicího tlaku i vstupního tlaku membránové expanzní nádoby, se použije tento výpočet:

tlak zařízení (3 bar) + výška h1 (m) × 0,1 (bar/m) + výška h2 × 0,1 (bar/m) – vodní předloha (0,3 bar).

Obchodní partneři firmy Viessmann si mohou na internetových stránkách www.viessmann.cz v sekci Login Partner vyhledat pomůcku pro dimenzování Solsec, pomocí níž lze konfigurovat specificky podle zařízení velikost membránové expanzní nádoby a poměry tlaků, které se mají nastavit.

Závěr

Ploché solární kolektory s funkcí ThermProtect Vitosol 100-FM a Vitosol 200-FM jsou významnou technickou inovací osvědčených slunečních kolektorů, které umožní využívat nejvydatnější obnovitelný zdroj energie, což je sluneční záření, a spolu s ním i další navazující technická řešení.

Autor: RNDr. Jiří Hejhálek
Foto: Archiv firmy