1
DIY във Всички Области на Бита и Познанието / Моята соларна система за Битова Гореща Вода (БГВ).
« -: Юли 11, 2021, 08:03:55 20:03 »
Да се живее в България, където броят на слънчевите дни в годината е един от най-големите в Европа, и да не се използва, при наличие на възможност, слънчева енергия си е най-малкото нелогично. И ако при настоящите цени на електроенергията, инвестицията в слънчева фотоволтаична система е икономически оправдано, само при наличие на договор за изкупуването на произведената електроенергия на преференциални цени или при прекалено голямо разстояние от електрозахранваща инфраструктура и съответно необходимост от много големи инвестиции за изграждането на съответно трасе до обекта, то една слънчева система за подгряване на вода се изплаща относително бързо, след което, без практически никакви допълнителни инвестиции, започва фактически да носи реален приход, намалявайки разходите за подгряване на вода с електричество или друг енергоносител.
Преди да започна с описанието на слънчевата система за БГВ, която съм изградил и успешно експлоатирам вече няколко години искам да направя кратка класификация на съществуващите към момента слънчеви системи.
Според типа на слънчевия панел – плоски или с вакумни тръби. Спорът между привържениците на едните и другите, кои са по-добри, понякога се приближава по ожесточеност до този, между запалянковците на ‘ЦСКА’ и ‘Левски’, а всъщност глобален отговор на него не може да бъде даден и поради това аз няма да влизам в него. Всичко зависи от това, каква е спецификата на конкретната система, как, къде и при какви условия се експлоатира тя и какво се очаква от нея. Своя избор на типа на слънчевия панел ще дам по-долу, когато стигна до същинското описание на моята система.
Селективното покритие, което позволява по-висока ефективност при улавянето на слънчевите лъчи в широк спектър и много ниски загуби вследствие на отражения, вече се използва повсеместно, макар на пазара все още да се намират плоски панели от най-нисък клас, в които то отсъства. Вакумните тръби са задължително със селективно покритие, поне аз не съм виждал никога такива без такова.
Според начина на пренасяне на добитата енергия към подгряваната вода – директно или посредством топлоносител. При директното пренасяне, топлината, произведена от слънчевия панел се предава директно в съда с подгявана вода – това са системите от сифонен или термосифонен тип. Най-често те са изградени с вакумни тръби, чиято горна част (където се отделя добитата енергия), е поставена в бойлера, който се намира непосредствено над слънчевия колектор. Системата е максимално опростена, не изисква, практически, никакво управление, с изключение на система против прегряване на подгряваната вода, която може да е и само един предпазен клапан, има максимално висок КПД поради практическа липса на топлинни загуби, при пренасянето на топлината. За съжаление, тя не е лишена от недостатъци. Първо тя има по-високи изисквания към механичната конструкция, която трябва надеждно да носи, освен колектора, и пълния с вода бойлер. Второ, при нашите условия, такава система може да се експлоатира само сезонно, поради наличието на опасност от замръзване на водата в бойлера през зимата. Вярно е, че съществуват сифонни системи с вградено защитино подгряване с електрически нагреватели, които се включват при критично понижаване на температурата в съда, но надеждността на подобна предпазна мярка далеч не е стопроцентова и рискът от замръзване, което, по всяка вероятност ще е фатално за бойлера, остава висок.
В системите с пренасяне на добитата от слънчевия колектор топлина към бойлера, посредством топлоносител, е необходима помпа, която да задвижва този топлоносител от слънчевия панел към серпентината на бойлера и обратно, по изграден тръбен контур, и система за управление, която да включва и изключва тази помпа. Чисто теоретично, подобна система би могла да работи и без помпа, ако например слънчевите колектори са разположени по-ниско от бойлера, но такива случаи са много редки. Загубите на топлина по тръбите са неизбежни и за да бъдат те намалени, целият тръбен контур трябва старателно да се изолира с подходящ материал.
Може би тук е мястото да спомена, че, поне според мен, целият тръбен контур трябва да бъде изграден с медни или неръждаеми тръби. Да, на метър, това е чувствително по-скъпо от варианта с ППР или тръби с алуминиева вложка, но тук става дума за инфраструктура, при която, по мое скромно мнение, икономията често излиза скъпо. Достатъчно е само едно прегряване до температури близки до 100 гр. и полипропиленовите тръби, независимо от какъв тип са те или тези, с алуминиева вложка, почти непоправимо излизат от строя, след което е необходима цялостната им подмяна, която, като правило е свързана и с къртене на стени. Нужно ли е някому подобно приключение? Фитингите на тръбите с алуминиева вложка също са относително ненадеждни и при динамичен температурен режим (често загряване и охлаждане) бързо се повреждат и протичат.
Черните и поцинкованите тръби, по мое мнение, също са неподходящи – неизбежната им корозия, рано или късно, води до отлагания и запушвания, които са трудно отстраними, а и животът на такава система е ограничен, пак заради корозията.
Тръбната система, изградена с тръби от неръждаема стомана или мед, е вечна и на практика безпроблемна. Още повече, че на фона на общите, разликата в разходите за тръбна система с медна или неръждаема тръба и такива с ППР или алуминиева вложка, не са чак толкова големи – като правило общата дължина на тръбите в системата е петнадесет-двадесет или малко повече метра.
Между другото, пак по мое скромно мнение, същото се отнася и за отоплителните системи, макар че при тях, делът на разходите за тръбна система е по-голям.
Системите с тръбен контур биват отворени и затворени. В отворената с система в най-горната и част се намира отворен отгоре резервоар, който да поема топлинните разширения на топлоносителя. В затворените системи, ролята на такъв компенсатор поема специален буферен съд. В тях задължително трябва да присъства и предпазен клапан, който при необходимост да отвори и изпусне прекомерното налягане, ако такова се появи в системата.
Според запълнеността с топлоносител системите биват: с цялостна и постоянна запълненост и самоизточващи се (‘дрейн – бек’). Както личи от името, при системите с цялостна и постоянна запълненост, топлоносителят запълва нацяло и постоянно серпентината на бойлера, тръбния контур, буферния съд и слънчевите колектори. При самоизточващите се, в неработно състояние, т.е. при спиране на помпата, топлоносителят се стича в допълнителен дренажен резервоар, разположен на противоположното на помпата рамо на тръбния контур, ‘осушавайки’ по този начин, горната част на системата, включително слънчевия колектор и прилежащите към него части на тръбопровода. Съответно, при включване, помпата засмуква топлоносителя от дренажния резервоар, запълвайки с нея тръбите и колектора.
Системите с цялостна и постоянна запълненост у нас са по-популярни, а ‘дрейн-бек’ са считани за по-сложни и капризни (поне така беше допреди няколко години, когато аз започнах да изграждам своята система), според мен напълно незаслужено. Лично аз си обяснявам тази ‘несправедливост’ най-вече със закостенялото мислене на по-голямата част от специалистите – сътрудници на фирмите доставящи оборудване и изграждащи слънчеви системи за подгряване на БГВ и нежеланието им да научат и усвоят нещо ново. По-голямата сложност се заключава в наличието на споменатия допълнителен дрениращ резервоар, необходимостта да се осигурят наклони на тръбите, осигуряващи самодренирането, при неработеща система и помпата с малко по-висок напор, с който тя да преодолее разликата в нивата, при включване. Но при системата с цялостно постоянно запълване също е необходим допълнителен резервоар – разширителен съд, който да поеме разликите в обемите на нагретия и студен топлоносител, а в самоизточващата система, тази роля съвсем успешно се изпълнява от дрениращия резервоар, в т.ч. за такъв може да се използва същият този разширителен съд, като е необходимо, освен обема му, предварително да се изчисли необходимото предналягане на въздушната му част. В случай, че за дренажен резервоар се използва обикновен затворен съд, понякога буферен такъв не е необходим – лесно свиваемият въздушен обем добре поема функциите на буфер. Наклони на тръбопровода, при една правилно и грамотно изградена система, така или иначе трябва да са осигурени, тъй-като всяка една гърбица по него е потенциално място за поява на ‘въздушни тапи’. Колкото до необходимия напор, разликата и тук е несъществена и критична само в случаите, когато се правят опити, в соларни системи да се използват помпи за отопление, което е априори неправилно и дори неграмотно.
От своя страна предимствата на самоизточващата се система, пред такава с цялостно запълване са съществени и неоспорими. На първо място, липсата на опасност от замръзване на топлоносителя в откритите части на тръбния път и слънчевия колектор, при ниски външни температури. Ако те са такива и колекторът е студен, системата не работи и топлоносителят (най-обикновена тръбопроводна вода) се е източил в дренажния съд, който е разположен в място, където няма опасност от замръзване. При системите с цялостно запълване, този проблем се избягва или с използване на незамръзващ топлоносител – пропилен-гликол (използване на обикновен автомобилен антифриз – етиленгликол е АБСОЛЮТНО НЕДОПУСТИМО. Той е токсичен и при попадането му във водата на бойлера, например при пробив на серпентината, може да предизвика тежки отравяния), или с автоматика, която при опасност от замръзване, включва подгряване и циркулация на топлоносителя (водата), за предотвратяване на замръзването и. И двете решения са меко – казано дискусионни. Автоматиката винаги може да откаже по ред причини, включително банална липса на захранване, повреда и т.н. Запълването на системата с пропилен-гликол, освен с придобиването му, е свързана с ред трудности – то трябва да се прави или със специална помпа, или с обикновено наливане, но от най-високата част на системата. А такова зареждане трябва да се прави, на определен интервал от време, т.к. системата винаги губи по малко топлоносител, ако не от микротечове, то през обезвъздушителите, които като правило са автоматични.
Самоизточващата система се зарежда елементарно - директно от водопровода.
Проблемът с опасността от замръзване на топлоносителя, в системите с цялостно запълване е по-малкото зло. Далеч по-голяма опасност крие опасността от прегряване на топлоносителя, която може да се случи при спиране, по някаква причина на циркулацията – повреда в помпата или автоматиката, пак банално отпадане на захранването и др. По същият начин, прегряването на топлоносителя е възможно в случай, че водата в подгрявания бойлер е достигнала върховата си температура и той не може или не бива да поема повече топлина. Последният случай е предвиден в грамотно построените системи за управление и при такава опасност, от бойлера се изпуска част от горещата вода и съответно се вкарва студена, така че той да възстанови възможността си да поема топлина. Някои системи, ‘предвиждайки’ подобна ситуация, охлаждат нагретия близко до предела през деня бойлер през нощта, задействайки циркулацията на топлоносителя и използвайки слънчевия колектор като охладител, но съгласете се, и двете решения съвсем не са добри. В случай на повреда в автоматиката, помпата, задръстване на филтъра, препятстващо нормалната циркулация и/или отново баналното отпадане на захранването (UPS-ите са решение, но до време, все пак те нямат неограничен капацитет на акумулаторите си), прегряването на топлоносителя и закипяването му, в ясен слънчев ден, са неизбежни и тогава наддеждата е само на предпазния клапан. Следва ново зареждане с топлоносител, обезвъздушаване и така до следващият път. При самоизточващата се система както проблемът с прегряването, както и със замръзването просто не съществува – още преди достигане до подобна опасност, системата се е самоизточила в дренажния съд, а сухият колектор не се бои нито от замръзване, нито от прегряване.
Както се вижда, предимствата на ‘дрейн-бек’ системите са значително повече от недостатъците и те са в критични направления, касаещи сигурността. Именно затова, считам, че те незаслужено са пренебрегвани. Все пак за успокоение не непримиримите почитатели на изцяло запълнените с топлоносител системи ще спомена още два недостатъка на самодрениращите се системи: 1 на тях е присъща определена инертност – необходимо е време, за да може топлоносителят, след включване на помпата, да достигне до слънчевия колектор, 2 източването на топлоносителя от дренажния съд, при включване на помпата, както и връщането му обратно, при спирането и, понякога е свързано с шум. И двата проблема са незначителни, инертността е обикновено под минута, а шумът – трудно чуваем, освен ако дренажният не е в спалнята, но дори и да е така, соларната система не работи през нощта.
Край на първа част, продължението следва.
Преди да започна с описанието на слънчевата система за БГВ, която съм изградил и успешно експлоатирам вече няколко години искам да направя кратка класификация на съществуващите към момента слънчеви системи.
Според типа на слънчевия панел – плоски или с вакумни тръби. Спорът между привържениците на едните и другите, кои са по-добри, понякога се приближава по ожесточеност до този, между запалянковците на ‘ЦСКА’ и ‘Левски’, а всъщност глобален отговор на него не може да бъде даден и поради това аз няма да влизам в него. Всичко зависи от това, каква е спецификата на конкретната система, как, къде и при какви условия се експлоатира тя и какво се очаква от нея. Своя избор на типа на слънчевия панел ще дам по-долу, когато стигна до същинското описание на моята система.
Селективното покритие, което позволява по-висока ефективност при улавянето на слънчевите лъчи в широк спектър и много ниски загуби вследствие на отражения, вече се използва повсеместно, макар на пазара все още да се намират плоски панели от най-нисък клас, в които то отсъства. Вакумните тръби са задължително със селективно покритие, поне аз не съм виждал никога такива без такова.
Според начина на пренасяне на добитата енергия към подгряваната вода – директно или посредством топлоносител. При директното пренасяне, топлината, произведена от слънчевия панел се предава директно в съда с подгявана вода – това са системите от сифонен или термосифонен тип. Най-често те са изградени с вакумни тръби, чиято горна част (където се отделя добитата енергия), е поставена в бойлера, който се намира непосредствено над слънчевия колектор. Системата е максимално опростена, не изисква, практически, никакво управление, с изключение на система против прегряване на подгряваната вода, която може да е и само един предпазен клапан, има максимално висок КПД поради практическа липса на топлинни загуби, при пренасянето на топлината. За съжаление, тя не е лишена от недостатъци. Първо тя има по-високи изисквания към механичната конструкция, която трябва надеждно да носи, освен колектора, и пълния с вода бойлер. Второ, при нашите условия, такава система може да се експлоатира само сезонно, поради наличието на опасност от замръзване на водата в бойлера през зимата. Вярно е, че съществуват сифонни системи с вградено защитино подгряване с електрически нагреватели, които се включват при критично понижаване на температурата в съда, но надеждността на подобна предпазна мярка далеч не е стопроцентова и рискът от замръзване, което, по всяка вероятност ще е фатално за бойлера, остава висок.
В системите с пренасяне на добитата от слънчевия колектор топлина към бойлера, посредством топлоносител, е необходима помпа, която да задвижва този топлоносител от слънчевия панел към серпентината на бойлера и обратно, по изграден тръбен контур, и система за управление, която да включва и изключва тази помпа. Чисто теоретично, подобна система би могла да работи и без помпа, ако например слънчевите колектори са разположени по-ниско от бойлера, но такива случаи са много редки. Загубите на топлина по тръбите са неизбежни и за да бъдат те намалени, целият тръбен контур трябва старателно да се изолира с подходящ материал.
Може би тук е мястото да спомена, че, поне според мен, целият тръбен контур трябва да бъде изграден с медни или неръждаеми тръби. Да, на метър, това е чувствително по-скъпо от варианта с ППР или тръби с алуминиева вложка, но тук става дума за инфраструктура, при която, по мое скромно мнение, икономията често излиза скъпо. Достатъчно е само едно прегряване до температури близки до 100 гр. и полипропиленовите тръби, независимо от какъв тип са те или тези, с алуминиева вложка, почти непоправимо излизат от строя, след което е необходима цялостната им подмяна, която, като правило е свързана и с къртене на стени. Нужно ли е някому подобно приключение? Фитингите на тръбите с алуминиева вложка също са относително ненадеждни и при динамичен температурен режим (често загряване и охлаждане) бързо се повреждат и протичат.
Черните и поцинкованите тръби, по мое мнение, също са неподходящи – неизбежната им корозия, рано или късно, води до отлагания и запушвания, които са трудно отстраними, а и животът на такава система е ограничен, пак заради корозията.
Тръбната система, изградена с тръби от неръждаема стомана или мед, е вечна и на практика безпроблемна. Още повече, че на фона на общите, разликата в разходите за тръбна система с медна или неръждаема тръба и такива с ППР или алуминиева вложка, не са чак толкова големи – като правило общата дължина на тръбите в системата е петнадесет-двадесет или малко повече метра.
Между другото, пак по мое скромно мнение, същото се отнася и за отоплителните системи, макар че при тях, делът на разходите за тръбна система е по-голям.
Системите с тръбен контур биват отворени и затворени. В отворената с система в най-горната и част се намира отворен отгоре резервоар, който да поема топлинните разширения на топлоносителя. В затворените системи, ролята на такъв компенсатор поема специален буферен съд. В тях задължително трябва да присъства и предпазен клапан, който при необходимост да отвори и изпусне прекомерното налягане, ако такова се появи в системата.
Според запълнеността с топлоносител системите биват: с цялостна и постоянна запълненост и самоизточващи се (‘дрейн – бек’). Както личи от името, при системите с цялостна и постоянна запълненост, топлоносителят запълва нацяло и постоянно серпентината на бойлера, тръбния контур, буферния съд и слънчевите колектори. При самоизточващите се, в неработно състояние, т.е. при спиране на помпата, топлоносителят се стича в допълнителен дренажен резервоар, разположен на противоположното на помпата рамо на тръбния контур, ‘осушавайки’ по този начин, горната част на системата, включително слънчевия колектор и прилежащите към него части на тръбопровода. Съответно, при включване, помпата засмуква топлоносителя от дренажния резервоар, запълвайки с нея тръбите и колектора.
Системите с цялостна и постоянна запълненост у нас са по-популярни, а ‘дрейн-бек’ са считани за по-сложни и капризни (поне така беше допреди няколко години, когато аз започнах да изграждам своята система), според мен напълно незаслужено. Лично аз си обяснявам тази ‘несправедливост’ най-вече със закостенялото мислене на по-голямата част от специалистите – сътрудници на фирмите доставящи оборудване и изграждащи слънчеви системи за подгряване на БГВ и нежеланието им да научат и усвоят нещо ново. По-голямата сложност се заключава в наличието на споменатия допълнителен дрениращ резервоар, необходимостта да се осигурят наклони на тръбите, осигуряващи самодренирането, при неработеща система и помпата с малко по-висок напор, с който тя да преодолее разликата в нивата, при включване. Но при системата с цялостно постоянно запълване също е необходим допълнителен резервоар – разширителен съд, който да поеме разликите в обемите на нагретия и студен топлоносител, а в самоизточващата система, тази роля съвсем успешно се изпълнява от дрениращия резервоар, в т.ч. за такъв може да се използва същият този разширителен съд, като е необходимо, освен обема му, предварително да се изчисли необходимото предналягане на въздушната му част. В случай, че за дренажен резервоар се използва обикновен затворен съд, понякога буферен такъв не е необходим – лесно свиваемият въздушен обем добре поема функциите на буфер. Наклони на тръбопровода, при една правилно и грамотно изградена система, така или иначе трябва да са осигурени, тъй-като всяка една гърбица по него е потенциално място за поява на ‘въздушни тапи’. Колкото до необходимия напор, разликата и тук е несъществена и критична само в случаите, когато се правят опити, в соларни системи да се използват помпи за отопление, което е априори неправилно и дори неграмотно.
От своя страна предимствата на самоизточващата се система, пред такава с цялостно запълване са съществени и неоспорими. На първо място, липсата на опасност от замръзване на топлоносителя в откритите части на тръбния път и слънчевия колектор, при ниски външни температури. Ако те са такива и колекторът е студен, системата не работи и топлоносителят (най-обикновена тръбопроводна вода) се е източил в дренажния съд, който е разположен в място, където няма опасност от замръзване. При системите с цялостно запълване, този проблем се избягва или с използване на незамръзващ топлоносител – пропилен-гликол (използване на обикновен автомобилен антифриз – етиленгликол е АБСОЛЮТНО НЕДОПУСТИМО. Той е токсичен и при попадането му във водата на бойлера, например при пробив на серпентината, може да предизвика тежки отравяния), или с автоматика, която при опасност от замръзване, включва подгряване и циркулация на топлоносителя (водата), за предотвратяване на замръзването и. И двете решения са меко – казано дискусионни. Автоматиката винаги може да откаже по ред причини, включително банална липса на захранване, повреда и т.н. Запълването на системата с пропилен-гликол, освен с придобиването му, е свързана с ред трудности – то трябва да се прави или със специална помпа, или с обикновено наливане, но от най-високата част на системата. А такова зареждане трябва да се прави, на определен интервал от време, т.к. системата винаги губи по малко топлоносител, ако не от микротечове, то през обезвъздушителите, които като правило са автоматични.
Самоизточващата система се зарежда елементарно - директно от водопровода.
Проблемът с опасността от замръзване на топлоносителя, в системите с цялостно запълване е по-малкото зло. Далеч по-голяма опасност крие опасността от прегряване на топлоносителя, която може да се случи при спиране, по някаква причина на циркулацията – повреда в помпата или автоматиката, пак банално отпадане на захранването и др. По същият начин, прегряването на топлоносителя е възможно в случай, че водата в подгрявания бойлер е достигнала върховата си температура и той не може или не бива да поема повече топлина. Последният случай е предвиден в грамотно построените системи за управление и при такава опасност, от бойлера се изпуска част от горещата вода и съответно се вкарва студена, така че той да възстанови възможността си да поема топлина. Някои системи, ‘предвиждайки’ подобна ситуация, охлаждат нагретия близко до предела през деня бойлер през нощта, задействайки циркулацията на топлоносителя и използвайки слънчевия колектор като охладител, но съгласете се, и двете решения съвсем не са добри. В случай на повреда в автоматиката, помпата, задръстване на филтъра, препятстващо нормалната циркулация и/или отново баналното отпадане на захранването (UPS-ите са решение, но до време, все пак те нямат неограничен капацитет на акумулаторите си), прегряването на топлоносителя и закипяването му, в ясен слънчев ден, са неизбежни и тогава наддеждата е само на предпазния клапан. Следва ново зареждане с топлоносител, обезвъздушаване и така до следващият път. При самоизточващата се система както проблемът с прегряването, както и със замръзването просто не съществува – още преди достигане до подобна опасност, системата се е самоизточила в дренажния съд, а сухият колектор не се бои нито от замръзване, нито от прегряване.
Както се вижда, предимствата на ‘дрейн-бек’ системите са значително повече от недостатъците и те са в критични направления, касаещи сигурността. Именно затова, считам, че те незаслужено са пренебрегвани. Все пак за успокоение не непримиримите почитатели на изцяло запълнените с топлоносител системи ще спомена още два недостатъка на самодрениращите се системи: 1 на тях е присъща определена инертност – необходимо е време, за да може топлоносителят, след включване на помпата, да достигне до слънчевия колектор, 2 източването на топлоносителя от дренажния съд, при включване на помпата, както и връщането му обратно, при спирането и, понякога е свързано с шум. И двата проблема са незначителни, инертността е обикновено под минута, а шумът – трудно чуваем, освен ако дренажният не е в спалнята, но дори и да е така, соларната система не работи през нощта.
Край на първа част, продължението следва.