Stagnace solárních systémůPřehřívání solárních panelů

Zejména 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.

Stagnační jevy na solárních kolektorech

Jedná se v podstatě o ustálenou teplotu kolektoru přijímající sluneční záření bez následného odvodu tepla do solárního okruhu. 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.  Tato teplota je maximální provozní teplotou kolektoru při provozu. 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 určitého 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.

Chování kolektoru při stagnační teplotě

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. 

Ochrana systému proti stagnaci

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 vytlačením 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 parou. Částečně lze tyto negativní důsledky eliminovat změnou montážní polohy solárního kolektoru. V důsledku výše uvedeného se zabýváme právě návrhme solárního systému velmi důkladně tak, aby naše systémy pracovaly spolehlivě po celou dobu své životnosti.