Montaža solarnega sistema korak za korakom – od kolektorja do hranilnika
Montaža solarnega sistema korak za korakom – od kolektorja do hranilnika tople vode
Solaren sistem za ogrevanje tople vode spada med naložbe, ki se pri pravilni instalaciji vračajo zanesljivo in dolgoročno. Težava pa je v tem, da večina ljudi vidi samo kolektor na strehi in hranilnik v kotlovnici – vse med tem pa štejejo za »nekakšno inštalatersko delo«. V resnici je montaža solarnega sistema niz natančno zaporednih korakov, kjer lahko vsaka napaka v vrstnem redu ali podrobnosti pomeni bodisi nefunkcionalen sistem bodisi resno okvaro po nekaj sezonah. Zato ta članek razpravlja celoten postopek – od pripravljalnih del, prek pritrditve kolektorjev, polaganja cevi, instalacije črpalne enote, priključitve hranilnika, do polnjenja, odpihovanja zraka in zagona. Izhaja iz običajne prakse inštalacije v družinskem domu, torej 2–4 ploski kolektorji, hranilnik 200–400 litrov, tipična dvokapna streha.
Priprava in projektna dokumentacija – kaj mora biti pripravljeno, preden odprete torbo z orodjem
Prva in najpogosteje podcenjena faza. Mnogi monterji pridejo na gradbišče z materialom, samo da ugotovijo, da ne vedo, kje točno bo cevovod, kakšen je dejanski naklon strehe (ne glede na projekt), kje je razdelilnik ali kje je hranilnik. To podaljša delo in vodi do improviziranih rešitev, ki kasneje povzročajo težave.
Še pred naročilom materiala je treba vedeti:
- Orizontiranje in naklon strehe – idealno je jug ±30°, naklon 30–50°. Odstopanja so možna, vendar spremenijo izračun moči in v nekaterih primerih tudi način pritrditve.
- Obtežba strešne konstrukcije – ploski kolektor s površino ~2 m² tehta 30–45 kg, k temu je treba prišteti sneg. Stari domovi z lahkimi vezmi včasih zahtevajo statično oceno.
- Pot cevi od kolektorja do hranilnika – dolžina, število kolen, prehodi skozi konstrukcije (streha, strop, stene). Idealna pot je čim krajša in z čim manj koleni.
- Položaj hranilnika – hranilnik mora biti nižje od kolektorjev (pri termosifonskem sistemu vsaj 0,5 m, pri črpalnem to ni pogoj, vendar vpliva na hidrauliko).
- Električna priključitev – črpalna enota potrebuje 230 V/50 Hz, regulator tudi.
- Dimenzioniranje – število kolektorjev, volumen hranilnika, premer cevi. Če še niste rešili dimenzioniranja, najprej preberite naš članek Kakšno moč solarnega kolektorja potrebujem – izračun glede na število oseb in porabo ter tudi Dimenzioniranje solarnih cevi in črpalne enote – kako na to.
Rezultat priprave je preprost načrt – streha s položajem kolektorjev, pot cevi z dolžinami posameznih odsekov in risba prehodov, položaj hranilnika in črpalne enote v kotlovnici. Ni nujno, da je risba na AutoCAD-u, vendar mora biti na papirju pred začetkom dela.
Montaža kolektorjev na streho – pritrditev, naklon in orientacija
Fizična montaža se začne na strehi. Ta faza je zahtevna z vidika varnosti dela (zavarovanje izhoda, varnostna vrv, morda oder pri večjem številu kolektorjev) in zahteva najmanj dva delavca – kolektor s površino 2 m² tehta 35–45 kg in njegovo rokovanje na nagnjeni strehi samemu je nevarno.
Kotiranje nosilne konstrukcije
Pred vsakim pritrditvijo je treba najti položaj špirovcev – bodisi s pomočjo detektorja kovin (vijaki/žeblji), bodisi vizualno iz podstrešja. Pritrditev v špirovec skozi strešnike z uporabo strešnega kljuka je standardno rešitev pri nagnjenih strehah s ključavniško kritino (betonski strešnik, keramični strešnik). Pri ravni pločevinasti ali falcirani strehi se uporabljajo spone za falco ali lepljene konzole.
Strešni kljuki se vedno postavijo neposredno v špirovec, ne v letve same. Najmanjša globina vgradnje vijaka v špirovec je 50 mm, priporočljivo je 70–80 mm. Kljuki morajo biti v navpičnem nizu (od zgoraj navzdol), ne premaknjeni vstran – sicer se ne bo dalo enakomerno namestiti tirnice.
Tirnice (aluminijast ali jeklen profil) se pritrdijo na kljuke in tvorijo osnovo, na katero se kolektor pritrdi s sponami. Dolžina tirnice je odvisna od števila in širine kolektorjev. Pri 2 kolektorjih širine 1,23 m, nameščenih vodoravno drug ob drugem, potrebujete tirnico najmanj 2,6 m, da bo preseg na vsaki strani vsaj 5–10 cm. Kolektorji so povezani hidravlično zaporedno ali vzporedno – pri več kot dveh kosih je vzporedna povezava boljša za uravnoteženo cirkulacijo. Več o tej temi najdete v članku Kako pravilno namestiti in pritrditi solarne kolektore na streho.
Zapojitev kolektorjev med seboj
Sodobni ploski kolektorji, kot je ploski okvirni solarni kolektor IVAR.SOLAR 210 M5 (1230×1696×86 mm, površina 2,09 m²), imajo priključke na straneh okvirja z zunanjim navojem, običajno ¾". Na te priključke se namesti šrobno tesnilo, odporno proti glikolu in temperaturam do 200 °C – to je pogoj, standardna gumijasta tesnila tukaj nimajo mesta.
Pri serijski povezavi dveh kolektorjev se izhod prvega poveže z vhodom drugega s kratko spojko (običajno del kompleta za montažo kolektorja). Vhod in izhod celotnega polja kolektorjev ostaneta odprta – to sta točki, kjer se priključi solarno cev, ki vodi dol v kotlovnico.
Sončne cevi – izbira, izolacija in vodenje trase
Sončne cevi niso običajne inštalacijske cevi. Primarni krog deluje s temperaturami, ki lahko ob močnem sončnem sevanju in stagnaciji (ustavljeno črpalko) presežejo 150–180 °C. Standardne mehke bakrene cevi ali plastične cevi (PEX, PPR) niso ustvarjene za te pogoje. Običajno se uporabljajo:
- Trda baker R220 (Ø 15 mm ali 18 mm) spajkana (ne stiskana, oziroma samo s priključki, certificiranimi za glikol in visoke temperature)
- Nerjavne valovite cevi – prilagodljive, odporne na visoke temperature, lažje inštalirane v omejenih prostorih
- Predizolirane dvojne cevi – idealne za dolge trase na prostem ali skozi neogrevane prostore
Za sončno instalacijo je zelo praktična rešitev nerjaveče cevi v kavčuku izolaciji dvojne s kablom (2× Ø 16, 10 m). Ta rešitev združuje oba primarna kanala (izhod + povrat) v enem paketu s kavčukovo izolacijo, odporno proti UV žarkom, hkrati pa vsebuje kabel za temperaturno tipalo kolektorja. To znatno poenostavi inštalacijo in odpravi potrebo po ločenem reševanju zaščite kabla tipala na poti s strehe.
Izolacija cevi – zakaj in kako
Sončne cevi na prostem morajo imeti izolacijo, odporno proti UV žarkom, temperaturam najmanj 150 °C in mehanskim obremenitvam. Kavčukova izolacija (npr. Armaflex HT, Aeroflex) izpolnjuje te pogoje – standardna PE izolacija se ne prilega sončnim cevem na prostem, pri dolgotrajnem sončnem sevanju poči. Najmanjša debelina izolacije je 19 mm za cevi do Ø 18 mm, v hladnejših območjih priporočam 25 mm.
Cevi v notranjosti (od vhoda v stavbo do črpalne enote in rezervoarja) lahko izolirate z običajno EPDM izolacijo, vendar mora biti toplotna odpornost še vedno vsaj 100 °C. Tesnila, lepilo za izolacijo in trak – vse mora biti certificirano za ta temperaturni razpon.
Prehodi skozi streho in stene
Vsak prehod skozi strešno kritino je potencialno mesto puščanja. Na trgu so gumijasti tesnili – tako imenovani "kelmáci" ali sončni prehodi – ki se navlečejo čez cev še pred samo inštalacijo cevi in zatesnijo mesto prehoda. Vpetje prehoda mora biti vodotesno in dolgoročno odporno. Nikoli ne zalepite prehoda samo s tesnilom ali silikonom – ti materiali ne starajo dobro pri temperaturnih šokih.
Prehod skozi steno v kotlovnico se zatesni z mineralno volno in trajno elastičnim tesnilom (ne akrilatom). Cev na mestu prehoda ne sme biti fiksirana tog način – mora imeti možnost toplotne dilatacije (približno 1,2 mm/m cevi pri Δt = 100 °C za baker).
Inštalacija črpalne enote in ekspanzijske posode
Črpalna enota je srce sistema. Vsebuje obtočno črpalko, regulator pretoka (merilnik pretoka), varnostni ventil, krogelne ventile za servis, odzračevalnik in priključitev za ekspanzijsko posodo. V sodobnih enotah je regulator neposredno integriran v telo.
Dobrim primerom iz prakse je črpalna sončna enota IVAR.SOLAR K z regulacijo IVAR.SOLAR IMTDC. Gre za kompaktno enoto z integrirano diferenčno regulacijo, ki krmili črpalko na osnovi temperaturne razlike med kolektorjem in rezervoarjem. Regulator IMTDC omogoča nastavitev vrednosti ΔT zagona (običajno 6–10 °C) in ΔT izklopa (običajno 3–4 °C), kar je temelj pravilnega delovanja sistema.
Montaža črpalne enote
Črpalna enota se montira:
- Vedno na povratno linijo (hladna stran glede na kolektor, topla stran glede na hranilnik) – tako črpalka ne deluje z najvišjimi temperaturami in ima daljšo življenjsko dobo
- Kar se da blizu hranilnika, da je povratni krog kratek
- V lahko dostopnem položaju za servis – ne za hranilnikom, ne pod stropom brez lestve
- Gred črpalke vedno v vodoravni legi (črpalke serije z mokrim rotorjem niso namenjene obratovanju z navpično gredjo)
Raztezna posoda
Raztezna posoda je varnostni element – zajema volumen tekočine, ki nastane zaradi toplotne razteznosti mešanice glikol/voda pri segrevanju. Volumen raztezne posode se izračuna iz volumna sistemske tekočine (volumen cevi + volumen izmenjevalnika v hranilniku + volumen kolektorja) in maksimalnega delovnega tlaka. Za običajen 2-kolektorski sistem z ~15–20 m cevi izhaja raztezna posoda na 8–12 litrov.
Predtlak dušika v raztezni posodi (nastavlja se pred polnjenjem!) mora ustrezati hidrostatskemu tlaku stolpca tekočine od mesta vgradnje posode do najvišje točke sistema (kolektorji). Enostavni izračun: višina h [m] × 0,1 = tlak [bar]. Če je višina od posode do kolektorja 8 m, je predtlak 0,8 bar. V praksi se zaokrožuje navzgor na 1,0 bar in doda varnostna rezerva 0,2–0,3 bar, torej predtlak = 1,0–1,1 bar.
Priključitev na hranilnik – solarni izmenjevalnik in sekundarni krog
Hranilnik za solarni sistem se razlikuje od običajnega bojlerja po tem, da ima drugi izmenjevalnik toplote (cev ali plaščni izmenjevalnik) v spodnjem delu posode. Ta izmenjevalnik predstavlja povezavo med primarnim solarnim krogom (glikol) in sekundarnim krogom (pitna voda). Oba kroga sta hidravlično ločena – glikol se nikoli ne sme mešati s pitno vodo.
Priključitev je preprosta, vendar je pomembna vrstni red priključkov:
- Izhod (toplo medij iz kolektorja) gre v spodnji vhod izmenjevalnika hranilnika – torej toplo medij vstopa od spodaj navzgor in segreva vodo v hranilniku od spodaj
- Povratek (ohlajeno medij) odhaja iz zgornjega izhoda izmenjevalnika nazaj v črpalno enoto (povratna linija)
Ta protipretok (toplo medij od spodaj, hladno medij od zgoraj) maksimira učinkovitost toplotnega izmenjave.
Temperaturna tipala – pravilno nameščanje je osnova regulacije
Solarna regulacija primerja temperaturo na kolektoru (T1) s temperaturo v hranilniku (T2). Brez pravilno nameščenega in delujočega tipala sistem ne ve, kdaj vključiti ali izključiti črpalko. Tipalo kolektorja (T1) je običajno nameščeno v jímki privarjeni na absorbator kolektorja – ta lega je specifična za vsak tip kolektorja in jo določi proizvajalec.
Tipalo hranilnika (T2) se namešča v jímko na hranilniku. Pravilna višina je spodnja tretjina hranilnika, da regulacija reagira na dejansko temperaturo hladne vode (ne na vročo plast na vrhu). Za ta namen so primerna na primer tipalo temperature v jímki 180 °C; kabel 2 m ali za manj zahtevne aplikacije senzor v jímki – PVC kabel 4 m; 95 °C. Pri izbiri tipala hranilnika pazite: tipalo z maksimalno temperaturo 95 °C je primerno samo za hranilnik, ne za kolektor (tam temperature pri stagnaciji presežejo 150 °C).
Kabel tipala T1 (kolektor) gre po isti trasi kot solarne cevi – pri uporabi predizolirane dvojne cevi s kablom je kabel tipala integriran in zaščiten z izolacijo. Kabel tipala T2 (hranilnik) je kratek in vodi direktno do regulatorja v črpalni enoti.