Krmilne enote in črpalne skupine solarnih sistemov

Sončni kolektor na strehi je najbolj opazen del sončnega sistema za ogrevanje vode, vendar brez krmilne enote in črpalne skupine ostane le pločevina pod steklom, ki se lahko samo segreje in ohladi. Prav krmilna enota in črpalna skupina odločata o tem, ali se toplota iz kolektorja resnično prenese tja, kjer je potrebna – v sončni rezervoar, kjer se shrani kot topla sanitarna voda. V praksi sta to dve komponenti, ki se običajno dobavljata in montirajo skupaj, čeprav imata različno funkcijo: ena »odloča«, druga »ukrepa«.

Sončni sistem za ogrevanje vode (sončni toplovodna sestava) na splošno sestoji iz sončnih kolektorjev na strehi, ki segrevajo prenosno tekočino (mešanica vode in proti zmrzovanju), sončnega hranilnika z izmenjevalnikom, črpalne enote in krmilne enote. Pomembno je imeti realistična pričakovanja – takšen sistem dopolnjuje, ne nadomešča v celoti glavni vir toplote (kotel, toplotna črpalka), in najbolj pokriva prav ogrevanje tople sanitarne vode v poletnih mesecih, ko je sončnega sevanja dovolj in je poraba toplote za ogrevanje minimalna ali nič.

V tem članku se podrobno posvetimo prav tisti komponenti sistema, ki se pri izbiri najpogosteje podcenjuje, čeprav neposredno vpliva na to, koliko toplote se dejansko izkoristi: krmilno (solarno) enoto, črpalno skupino, povezavo s cevmi in hranilnikom, kot tudi sorodne komponente, kot je raztezna posoda. Če se ukvarjate s popolno izbiro solarnega sistema od začetka, priporočamo, da najprej preberete članek Kako izbrati solarni sistem za ogrevanje vode, kjer boste našli širši kontekst izbire posameznih komponent.

Krmilna enota neprestano primerja temperature in vklaplja črpalko samo takrat, ko je smiselno prenašati toploto v rezervoar.

Kako deluje krmilna (solarna) enota

Krmilna enota je »možgan« celotnega solarnega kroga. Njena naloga je nenehno primerjati temperaturo na kolektorju in temperaturo v rezervoarju s pomočjo senzorjev (termičnih senzorjev), nameščenih na obeh mestih. Ko je kolektor toplejši od rezervoarja za vnaprej nastavljeno razliko, krmilna enota vklopi obtočno črpalko solarne skupine in toplotna tekočina začne krožiti – tako se toplota prenese iz kolektorja v rezervoar. Ko razlika pade pod nastavljeno mejo (na primer zvečer ali ko se rezervoar že dovolj segreje), enota izklopi črpalko, da se toplota ne vrača nazaj v kolektor in ne seva ven iz sistema skozi ohlajajoči se kolektor.

Ta logika zveni preprosto, vendar v resnični uporabi rešuje številne situacije hkrati – jutranjo zagonsko fazo, ko je kolektor še hladen, prehodno oblačnost, ko se temperatura kolektorja hitro spreminja, in zaščito pred pregrevanjem, ko je zalogovnik že poln in kolektor še naprej proizvaja toploto, ne da bi jo imel kam odvajati. Kvalitetna krmilna enota zato ni le preprost termostat z dvema senzorjema, ampak naprava, ki lahko hkrati ocenjuje več obratovalnih stanj in tako ščiti sistem in črpalko pred nepotrebnim obrabljanjem.

Primer take krmilne enote je Euroster 813 Solar – solarna regulacija, namenjena neposredno za krmiljenje črpalke glede na temperaturno razliko med kolektorjem in rezervoarjem. Gre za tipičnega predstavnika kategorije: kompaktna elektronika, ki se priključi na tipala in na obtočno črpalko črpalčne skupine, in od tega trenutka naprej samodejno odloča, kdaj naj se sistem zažene in kdaj ustavi.

Pri izbiri krmilne enote je vredno razmisliti tudi o tem, da je to del, ki ga je v primeru okvare razmeroma enostavno zamenjati samostojno, brez poseganja v preostali krog – prav zato se v praksi pogosto prodaja tudi kot samostojna zamenjava, ne le kot del kompletne sestave. Če rešujete napako obstoječega sistema, več o tej temi najdete v članku Servis, polnjenje in pogoste napake sončnih sistemov.

Črpališna enota – srce solarnega kroga

Medtem ko krmilna enota odloča, črpalčna enota (črpalčna skupina) fizično zagotavlja sam krogotok toplotnega nosilca. Ne gre le za črpalko samo – črpalčna enota vsebuje črpalko, zaporne ventile, termometre in manometre (za neposredno spremljanje temperature in tlaka v krogu na mestu) in varnostni ventil. Vsi ti elementi so povezani v enem kompaktnem bloku, kar močno olajša montažo in naknadni servis – namesto več posameznih komponent, razporejenih po tehniški sobi, ima inštalater en kompaktni celoten, ki se enostavno priključi na cevovod iz kolektorja in na rezervoar.

To rešitev ima praktičen pomen tudi z vidika prihodnje vzdrževanja. Če je treba kdaj zamenjati črpalko ali preveriti tlak v krogu, zaporni ventili na črpalni enoti omogočajo izolacijo določenega dela kroga, ne da bi bilo treba izprazniti celoten sistem. Manometer neposredno na enoti hkrati služi kot hitra vizualna kontrola – če tlak v zaprtem solarnem krogu pade pod običajno delovno vrednost, je to prvi znak, da je morda nekje puščanje ali da je treba krog dopolniti.

Krmilna enota in črpalna enota se v praksi skoraj vedno kupujeta in montirajo kot dvojica – ena brez druge nima smisla, saj krmilna enota potrebuje črpalko, ki jo bo vklapljala, in črpalna skupina potrebuje krmilno enoto, ki ji bo povedala, kdaj mora teči. Pri načrtovanju proračuna za solarni sistem zato upoštevajte obe postavki kot enoten funkcionalni sklop.

Povezava s cevovodom in razvodom med kolektorjem in tehnično sobo

Črpalna enota je običajno nameščena v tehnični sobi, takoj ob rezervoarju, medtem ko so kolektorji na strehi – med njima mora torej potekati cevni razvod, po katerem teče toplotna tekočina sem in tja. Ta razvod ima dve običajni izvedbi. Prva je klasična bakrena ali nerjavna cev, ki se na strehi in v jašku dodatno izolira s toplotno izolacijo, odporno na zunanje vplive. Druga, vse bolj priljubljena možnost je predizolirana fleksibilna cev 2v1 – upogljiv plašč, v katerem sta dovodna in povratna (povratna) cev povezana v eno samo celoto in že vnaprej izolirana iz proizvodnje.

Prednost fleksibilne cevi 2v1 je predvsem v času montaže – ker je že izolirana, inštalater je ne potrebuje dodatno obložiti z izolacijo neposredno na strehi ali v ozki jaški, kjer je delo s trdimi cevmi in izolacijskim materialom bistveno težje. Upogljivost cevi hkrati olajša vodenje skozi gradbene preboje in vogale, kjer bi trdne cevi zahtevale več spojev in fitingov.

Pri priključitvi kolektorja, kjer je cevovod izpostavljen visokim temperaturam in mora hkrati prenesti gibanje, ki ga povzroča toplotna razteznost strešne konstrukcije, se običajno uporablja kratek odsek upogljivega nerjavnega cevovoda – tako imenovani valovnik. Gre za fleksibilno nerjavno cev, ki je odporna na visoke temperature solarne tekočine in hkrati lahko kompenzira majhne premike na mestu priključitve, kjer bi lahko trdna cev sčasoma počila ali se zrahljala iz spoja.

Podrobnejše primerjanje obeh vrst cevi, vključno s tem, kdaj se splača poseči po fleksibilni cevi in kdaj po klasični cevi z valovcem, najdete v posebnem članku Solarna cev in nerjaveči valovci – kako delujejo.

Orientacijske cene glavnih komponentov solarnega kroga, omenjenih v članku.

Montaža kolektorjev in njen vpliv na montažo črpalne skupine

Čeprav se na prvi pogled morda ne zdi neposredno povezano, način pritrditve kolektorjev na strehi vpliva tudi na to, kako bo potekalo cevovod do črpalne enote in kakšne zahteve bo imela montaža glede dolžine in trase napeljave. Kolektorji se pritrjujejo s specializirano montažno konstrukcijo glede na vrsto strehe – poševna streha (z različnimi kritinami, kot so strešniki, pločevina ali bobrovka), ravna streha (kjer se uporablja konstrukcija s prilagodljivim naklonom, običajno 15° ali več, zaradi samočistilnega učinka dežja) ali pa pritrditev na fasado ali tla. Konstrukcija mora vedno natančno ustrezati dimenzijam določenega tipa kolektorja, ki se na njo montira.

Za ravno streho je značilna rešitev na primer pritrdilna komplet z nastavljivim naklonom, ki zagotavlja, da bo kolektor tudi na sicer vodoravni strehi imel potreben naklon najmanj 15° – ne samo zaradi optimalnega kota padca sončnega sevanja, ampak tudi zato, da se deževnica lahko sama spusti s površine kolektorja in odplakne umazanijo in prah, ki bi sicer zmanjšali učinkovitost.

Izbor tipa pritrditve se vedno opravi na začetku projekta, saj določa natančno lego kolektorja na strehi in s tem tudi dolžino trase cevi (ali klasične ali pa fleksibilne cevi 2v1) proti tehniški sobi do črpalne enote. Celovit pregled možnosti pritrditve glede na tip strehe najdete v članku Pritrditev kolektorjev – poševna streha, ravna streha, fasada, kjer je tudi konkreten primer pritrdilne kompleta za ravno streho s kolektorjem KS 2100F.

Solarni hranilnik in njegovo povezovanje z regulacijsko enoto

Krmilna enota in črpalna skupina bi bili brez pravega rezervoarja na drugi strani kroga neuporabni. Sončni rezervoar ima v primerjavi z običajnim bojlerjem vsaj en toplotni izmenjevalnik, priključen na sončni krog – pogosto tudi drugi izmenjevalnik, namenjen dogrevanju s kotlom. Zaradi tega se voda v rezervoarju segreva posredno: sončna tekočina kroži ločeno v lastnem zaprtem krogu (ki ga poganja prav črpalna enota in ga upravlja sončna regulacija) in nikoli ne pride v neposreden stik s sanitarno vodo, ki jo kasneje uporabite na primer pod prho ali pri umivanju.

Na spodnji strani izmenjevalnika je nameščeno eno od tipal regulacijske enote – meri temperaturo vode v rezervoarju in jo primerja s temperaturo na kolektorju. Če rezervoar ni primerno dimenzioniran ali nima sončnega izmenjevalnika na pravem mestu, regulacijska enota nima na voljo natančnih podatkov in sistem morda ne bo deloval učinkovito, tudi če sta regulacija in črpalka v redu. Izbira primernega rezervoarja je zato enako pomembna kot izbira regulacijske enote – podrobno se mu posvečamo v članku Kateri sončni rezervoar potrebujem.

razteznostni rezervoar, polnjenje in odzračevanje solarnega tokokroga

Solarna vez je zaprt, tlačni sistem, ki med delovanjem doživlja izrazite temperaturne nihanje – od hladne noči do visokih temperatur toplotnega nosilca med sončnim poletnim dnem. Ko se ta tekočina segreje, se volumsko razširi, in ker je vez zaprta, mora nekje nadomestiti ta presežni volumen. Prav za to služi lastna ekspanzijska posoda (expanzomat) solarnega kroga, ločena od ekspanzijske posode ogrevalnega sistema.

Sistem se polni in zrači z ročno ali električno polnilno črpalko skozi polnilne ventile, na podoben način, kot se polni in zrači običajen ogrevalni krog. Zrak, ki bi ostal v krogu po polnjenju, bi namreč oviral gladek pretok tekočine in bi lahko povzročal hrup črpalke ali neenakomerno ogrevanje kolektorja. Prav zato so na črpalni enoti na voljo tudi polnilni in zračni ventili neposredno v kompaktnem bloku skupaj s tlakomerom – zaradi njih lahko tehnik med polnjenjem neprestano spremlja, kako se tlak v krogu razvija, in prepozna, kdaj je sistem pravilno napolnjen in zračen.

Kontrola tlaka v solarnem krogu (podobno kot pri ogrevalnem krogu) spada med osnovne naloge rednega vzdrževanja – izrazit padec tlaka med kontrolami običajno kaže na uhajanje, ki ga je bolje rešiti, preden se pokaže kot izpad obtoka ali okvara črpalke. Več o tipičnih okvarah in o tem, kako pogosto je smiselno sistem kontrolirati, si lahko preberete v članku Servis, polnjenje in pogoste okvare solarnih sistemov.

Vpliv tipa kolektorja na nastavitev krmilne enote

Krmilna enota deluje načeloma enako ne glede na to, kakšen tip kolektorja je na strehi – vedno primerja temperaturo na kolektorju s temperaturo v rezervoarju in glede na to vklaplja in izklaplja črpalko. Tip kolektorja pa vpliva na to, kako hitro in kako izrazito se njegova temperatura spreminja tekom dneva, kar se posredno odraža tudi na tem, kako pogosto krmilna enota vklaplja in izklaplja črpalko.

Ploščati kolektorji imajo absorpcijsko površino, prekrito s kaljenim steklom, v izoliranem okvirju – so cenejši, mehansko bolj odporni (na primer pred točo) in v naših podnebnih razmerah običajno zadostujejo za ogrevanje sanitarne vode. Vakuumski (cevni) kolektorji imajo višjo učinkovitost, zlasti pri nizkih zunanjih temperaturah in nižji intenzivnosti sončnega sevanja, vendar so dražji in krhkejši. Ne glede na to, kateri tip kolektorja izberete, krmilna enota in črpalna skupina ostaneta praktično enaki – razlika je predvsem v tem, da lahko vakuumski kolektorji proizvajajo toploto tudi v manj ugodnih razmerah, zato bo krmilna enota v teh obdobjih pogosteje vklopila črpalko kot pri ploščatem kolektorju. Podrobno primerjavo obeh tipov najdete v članku Ploščati vs. vakuumski sončni kolektorji.

Sončni sistem kot dopolnilo k kotlu – naloga krmilne enote pri preklopu virov

Kot je že omenjeno v uvodu, solarni sistem dopolnjuje, vendar ne popolnoma nadomešča glavnega vira toplote, kot je kotel ali toplotna črpalka. V praksi to pomeni, da ima zalogovnik pogosto tudi drugi izmenjevalnik, priključen na kotel – ta dogreva vodo v trenutkih, ko sončnega sevanja ni dovolj (na primer v oblačnih dneh, zgodaj zjutraj ali pozimi). Krmilna enota solarnega kroga se medtem ukvarja izključno s solarnim delom – odloča o delovanju črpalke med kolektorjem in zalogovnikom – medtem ko dogrevanje s kotlom rešuje ločena regulacija kotla, ki običajno meri temperaturo v zgornjem delu zalogovnika in po potrebi dogreva, če solarnega donosa sam po sebi ni dovolj.

Ti dve krmilni kroga (solarna in kotlovna) tako delujeta vzporedno neodvisno, vendar usklajeno, ker imata oba svoje tipalo v rezervoarju na različnih mestih – solarno tipalo pri spodnjem solarnem izmenjevalniku, kotlovno tipalo bližje zgornjemu delu rezervoarja. Zahvaljujoč tej postavitvi se kotel vključi v ogrevanje šele takrat, ko dejansko solarna korist ne zadostuje, kar v praksi najbolj prihrani energijo ravno v poletnih mesecih. Širši kontekst o tem, kako solarna naprava sodeluje z obstoječim kotlom, najdete v članku Solarno ogrevanje kot dodatek k kotlu.

Montaža – kje v postopku se vgradi krmilna in črpalna enota

Pri montaži kompletnega solarnega sistema se krmilna in črpalna enota priključujeta v kasnejši fazi, potem ko so kolektorji pritrjeni na streho s pomočjo primerne montažne konstrukcije in je pripravljena cevna napeljava (klasična ali fleksibilna cev 2v1) proti tehniški sobi. Nato se črpalna enota priključi na cevovod in na rezervoar, namestijo se senzorji na kolektor in v rezervoar, nanje se priključi krmilna enota in nazadnje se celoten krog napolni in odzrači skozi polnilne ventile črpalne enote.

Ko se napolni in nastavi krmilna enota (na primer nastavitev želenega temperaturnega razlike, pri kateri se mora črpalka vključiti), je mogoče sistem zagnati v preskusno obratovanje in preveriti, ali črpalka reagira na spremembe temperature tako, kot mora. Celoten postopek montaže korak za korakom, vključno z zaporedjem posameznih korakov od kolektorja do rezervoarja, najdete v članku Montaža solarnega sistema – postopek korak za korakom.

Praktični primeri iz prakse

Dva realna primera – dopolnitev kotla s solarnim sistemom in zamenjava okvarjene krmilne enote.

Stanovanjska hiša s poševno streho in obstoječim plinskim kotlom

Družinski dom s štirinajstimi člani gospodinjstva in plinskim kondenzacijskim kotlom se spopada z visoko porabo plina za ogrevanje sanitarne vode, še posebej poleti, ko se kotel praktično ne uporablja za ogrevanje, vendar še vedno deluje samo zaradi ogrevanja vode. Ob pregledu strehe (klasična opečna kritina, naklon primeren za neposredno pritrditev) se kot rešitev predlaga dopolnitev obstoječega bojlerja s solarnim hranilnikom z dvema izmenjevalnikoma – eden za sončni krog, drugi pa ostane priključen na originalni kotel kot rezervni vir dogrevanja.

Kolektorji se pritrdijo na poševno streho s montažno konstrukcijo, ki ustreza določenemu tipu kritine, razvod med kolektorji in tehnično sobo se rešuje s predizolirano fleksibilno cevjo 2v1, saj pot vodi skozi razmeroma ozek strešni konstrukcijo, kjer bi se z običajnimi cevmi in dodatno izolacijo delalo bistveno počasneje. V tehnični sobi se na nov hranilnik tople vode namesti črpalna enota skupaj z krmilno enoto, ki prevzame krmiljenje sončnega črpalke neodvisno od prvotne regulacije kotla. Rezultat je, da med poletnimi meseci poteka ogrevanje tople vode večinoma iz sonca in kotel se vključi v dogrevanje le v primeru dlje trajajočega oblačnega vremena.

Hiša s ravno streho in okvarjenim originalnim regulacijskim sistemom

Pri počitniški hiši s ploskim streho je bil sončni sistem za ogrevanje vode nameščen že pred leti, toda originalna krmilna enota je začela kazati napake – črpalka je občas ne reagirala na spremembe temperature, sistem se ni zagnal niti v sončnem vremenu, ali pa je obratoval tudi takrat, ko to ni bilo smiselno. Ker so bili sami kolektorji, njihovo pritrditev na ploski strehi in cevni razvod funkcionalni in v dobrem stanju, se je kot rešitev izbralo zamenjavo same krmilne enote z novo, brez poseganja v preostali sistem.

Ob tej priložnosti je bila preverjena tudi črpalna enota – zaporni ventili so omogočili izolacijo ustreznega dela tokokroga, preverjanje manometra in preverjanje, da je tlak v tokokrogu v redu in da je črpalka sama funkcionalna. Po zamenjavi krmilne enote in kratki ponastavitvi temperaturne razlike, pri kateri naj se črpalka zažene, sistem znova zanesljivo reagira na sončno sevanje. Ta primer kaže, da je krmilna enota tipična komponenta, ki jo je mogoče zamenjati samostojno, brez potrebe posegati v kolektorje, cevi ali rezervoar, če so ti deli v redu.

Pogosta vprašanja – pogosto vprašanja o krmilnih enotah in črpalnih skupinah

Kako vem, da sončni krmilni modul deluje pravilno?
Osnovni pokazatelj pravilnega delovanja je, da se črpalka vklopi, ko je kolektor občutno toplejši od rezervoarja (običajno v sončnem dnevu) in se izklopi, ko temperaturna razlika pade ali ko je rezervoar že dovolj ogret. Če črpalka ne reagira na spremembe vremena ali obratno deluje neprekinjeno ne glede na sonce, je to znak, da je treba preveriti nastavitev ali funkcionalnost krmilnega modula in senzorjev.

Krmilna enota odloča, črpalčna enota fizično zagotavlja kroženje tekočine.

Kakšna je razlika med krmilno enoto in črpalko enoto?
Krmilna enota je elektronika, ki ocenjuje temperature s senzorjev na kolektorju in v rezervoarju ter odloča, kdaj mora črpalka teči. Črpalka enota je mehanski blok, ki fizično zagotavlja kroženje tekočine – vsebuje črpalko, zaporne ventile, termometre, manometre in varnostni ventil. Krmilna enota torej »odloča«, črpalka enota »izvaja«.

Ali mora imeti črpalna enota varnostni ventil?
Da, varnostni ventil je standardna komponenta črpalne enote, saj gre za zaprt tlačni sistem, izpostavljen velikim temperaturnim nihanjem. Varnostni ventil ščiti sistem pred prekomernim tlakom, ki lahko nastane na primer pri okvari raztezne posode ali pri ekstremnem pregretju kolektorja.

Ali se črpalna enota lahko namesti na starejši sončni sistem?
Če so kolektorji, cevni razvod in rezervoar funkcionalni in v dobrem tehničnem stanju, je samostojna zamenjava črpalne enote ali krmilne enote običajna rešitev, kot smo pokazali tudi v drugem praktičnem primeru zgoraj. Zaradi okvare enega dela ni treba samodejno zamenjati celotnega sistema.

Kako pogosto je treba preverjati tlak v solarnem krogu?
Manometer na črpalni enoti omogoča hiter vizualni pregled tlaka kadar koli, vendar se splača to redno izvajati kot del običajnega vzdrževanja tehnične sobe. Izrazit padec tlaka med preverjanji je običajno prvi znak puščanja v krogu.

Zakaj črpalka ne teče, čeprav sije sonce?
Najpogostejši razlog je, da je zalogovnik že dovolj topel in razlika v primerjavi s temperaturo kolektorja je padla pod nastavljeno mejo, zato krmilna enota namerno ne vklopi črpalke – nima smisla prečrpavati toplote v že ogrevan zalogovnik. Druga možnost je okvara tipala, krmilne enote ali same črpalke, oziroma nezadosten tlak v krogu.

Ali lahko krmilno enoto programiram tudi za druge funkcije, na primer za dogrevanje?
Krmilna enota solarnega kroga skrbi izključno za solarni del sistema – torej za delovanje črpalke med kolektorjem in rezervoarjem. Dogrevanje s kotlom rešuje ločena regulacija kotla, priključena na lastni senzor v zgornjem delu rezervoarja, neodvisno od solarne krmilne enote.

Ali je potreben strokovnjak za montažo črpalne skupine in krmilne enote?
Montaža vključuje delo s tlačnim krogom, toplotnim nosilcem in električnim priključkom senzorjev in črpalke, zato je priporočljivo, da jo zaupate strokovnjaku z izkušnjami s solarnimi sistemi – enako kot pri pritrditvi kolektorjev na streho ali priključitvi na obstoječi rezervoar ali kotel.

Povezane teme

• Kako izbrati solarni sistem za ogrevanje vode
• Ploski vs. vakumski sončni kolektorji
• Kakšen solarni zalogovnik potrebujem
• Sončne cevi in nerjavne valovnice – kako delujejo
• Montaža kolektorjev – poševna streha, ravna streha, fasada
• Sončni ogrevalni sistem kot dopolnilo k kotlu
• Montaža solarnega sistema – postopek korak za korakom
• Servis, polnjenje in pogoste okvare sončnih sistemov
• Pogosta vprašanja o sončnih kolektorjih in solarnih sistemih

Če niste prepričani o izbiri krmilne enote ali črpalne skupine za vaš sistem, nam pišite tip kolektorjev in vrsto ogrevanja – svetovali bomo.

Imate vprašanje o tej temi?

Ne morete se odločiti ali rešujete konkretno situacijo v vašem gospodinjstvu? Pišite nam – z veseljem vam bomo svetovali.

Ime in priimek Ne izpolnjujte tega polja:

E-pošta

Obvestilo