Co je to stagnace solárního systému?

Co znamená stagnace solárních kolektorů?

• Jedná se v podstatě o ustálenou teplotu kolektoru přijímající sluneční záření bez následného odvodu tepla do solárního okruhu. Jinými slovy: jde o maximální možnou teplotu, které může solární kolektor dosáhnout, když z něj neodvádíme žádné teplo.
• Pro její přesný výpočet používáme grafický výpočet křivky účinnosti solárního kolektoru pro dané okrajové podmínky, při teplotě vzduchu 30°C a slunečního záření 1000W/m². V praxi stagnační teplotu měříme na kolektoru, který není zapojen do okruhu, z důvodu eliminace proudění uvnitř absorbéru a jeho následného ochlazování. 
  

Stagnační teploty se liší podle druhu kolektoru.

• Kolektory selektivní ploché např. dosahují stagnační teploty při 180°C.
• Vakuové kolektory mohou však dosahovat až 300°C. To je právě jeden z mnoha důvodů proč se naše firma vyhýbá instalaci vakuových solárních kolektorů. Riziko poškození solárních systémů složených z vakuových kolektorů je v důsledku stagnace vysoké.

Stagnace na vakuových trubicových systémech zpravidla způsobí kolaps celého solárního systému. Proto je v naší nabídce nenajdete!

od Autora

 Stagnace na deskových kolektorech při 180°C je běžný jev solárního systému bez sebemenšího poškození.

 Video s degradovanou směsí systému s vakuovými trubicemi

Kdy dochází ke stagnaci na solárních kolektorech?

• V letním období vykazují solární systémy na ohřev vody, zejména ty s vyšším celoročním podílem pokrytí, přebytky tepla. Důvodem je vysoký tepelný výkon solárních kolektorů v letních obdobích a menší nároky na objem horké vody. 
• Tento stav, kdy již kolektor teplo neodvádí se nazývá stagnace. Čerpadlo v tomto okamžiku již nesepne, neboť není potřeba teplo pro ohřev zásobníku, který je nahřátý na maximální požadovanou teplotu. Nastává zde rovnováha mezi tepelnými ztrátami kolektoru a zářivým tokem pohlceným absorbérem. 
  
• Potom zde může docházet také k varu teplonosné kapaliny a následnému pronikání páry do okruhu solárního systému. Ke stagnaci může ale také dojít při poruše oběhového čerpadla, výpadku elektrické energie nebo při nechtěném uzavření některého z přívodních ventilů solárního okruhu. 
  
• V případech kdy dochází ke stagnaci je ochranným prvkem solárního systému expanzní nádoba, která plní funkci vyrovnání objemových změn teplonosné kapaliny.  

Chování solárního kolektoru při stagnaci

• Prvotním jevem stagnačního chování kolektoru je roztažení kapaliny v důsledku jejího dosažení bodu varu. Následně se začnou vyskytovat vzduchové bublinky, tvoří se sytá pára a ta vytlačuje kapalinu z kolektoru. Ta se následně dále odpařuje a pára poté proniká i do dalších rozvodů systému. Při dalším přehřívání se začne vysušovat kolektor samotný, a přebytečná pára se dále vytlačuje do kolektoru. Tím pak klesá objem páry v systému samotném. 
• Jakmile sluneční záření poklesne, pára naopak zkondenzuje zpět do kapalného skupenství a vyplní systém i kolektory kapalným skupenstvím. 
  
• Při fázi zplynování kapaliny dochází k největšímu zatížení systému a to jak kolektorů, tak ostatních prvků solárního systému. Zásadní vliv na průběh stagnace má zejména schopnost kolektoru vyprázdnit svůj objem, neboli čím více kapaliny se v kolektoru udrží, tím více páry následně vzniká. Hodnota tlaku poté odpovídá množství produkované páry a potenciálnímu riziku ohrožení ostatních prvků systému při teplotách nad 130°C. Tlak a teplota páry následně zatěžuje čerpadlo, výměník, průtokoměr atd. Tyto prvky systému pak mohou být zatíženy teplotami přesahující výrobcem doporučené mezní hodnoty, a může tak dojít k předčasnému zestárnutí, opotřebení nebo dokonce zničení celé solární soustavy. 
  
• Poškození na solárních systémech jsem vlivem stagnace jsme zaznamenali pouze u vakuových trubicových systémů, kde se jedná o běžnou záležitost. 
  
• Deskové ploché kolektory díky nižším stagnačním teplotám nemají žádné destruktivní účinky na solární systém.
  

Ochrana solárního systému před stagnací

• Problémům s důsledky stagnace se můžeme zpravidla vyhnout již při fázi navrhování samotného solárního systému, správným návrhem a volbou prvků, které zabrání tvorbě páry nebo zamezí jejímu vniknutí do solárního okruhu. 
• Důležitou schopností kolektorů je jejich vyprazdňovací potenciál. Dobrá vyprazdňovací schopnost znamená, že hydraulické zapojení absorbéru kolektoru umožňuje při přeměně zlomku objemu teplonosné kapaliny v páru vytlačení zbylého objemu kapaliny z kolektoru. Pokud je vyprazdňovací schopnost špatná, množství vytlačené kapaliny je pak velmi omezené a nelze ji z kolektoru odvést jinak než tlakem a teplotou vytvořenou párou. 
  
• Částečně lze tyto negativní důsledky eliminovat změnou montážní polohy solárního kolektoru. V důsledku výše uvedeného se zabýváme právě návrhem solárního systému velmi důkladně tak, aby naše systémy pracovaly spolehlivě po celou dobu své životnosti.