Magyarországon a megvalósult napkollektoros rendszerek döntõ többsége szivattyús keringtetésû rendszer, melyben a kollektor köri szivattyú üzemét a napsütés függvényében kell irányítani. Erre a feladatra egy megfelelõ szabályozót kell alkalmazni, mely lehetõvé teszi a napsugárzás maximális hasznosítását.

A hagyományos épületgépészeti rendszerekben a szabályozás feladata általában az, hogy figyeli a hõigényt, és ennek függvényében vezérli a hõtermelõ üzemét. Lényeges tulajdonság, hogy a hõtermelõ bármikor bekapcsolható. A napkollektoros rendszerek energiaforrása viszont a Nap, amit sajnos nem lehet saját igényeink szerint ki-, vagy bekapcsolni. Ezért a szabályozás feladata ilyenkor az, hogy napsütés esetén elindítsa a rendszert, eltárolja a hasznosított napenergiát, majd hõigény esetén biztosítsa a tárolt napenergia felhasználását.

A legegyszerûbb napkollektoros rendszerben a kollektorok egy belsõ hõcserélõs melegvíztárolót fûtenek (1. ábra). A szabályozás feladata, hogy mérje a napkollektorok (TKO) és a tároló alsó részének (TBA) hõmérsékletét, és elindítsa a kollektor köri szivattyút (PS) akkor, ha a kollektorok hõmérséklete a szabályozón beállított értékkel magasabb a tároló hõmérsékleténél. A bekapcsolási hõmérséklet-különbség értéke általában 5-20°C. A másik szokásos funkció a vízkövesedés és a forrázás megakadályozása érdekében a tároló maximális hõmérsékletének határolása. Ha a tároló hõmérséklete eléri a beállított maximális értéket (általában 60-80°C) akkor a szabályozó kikapcsolja a kollektor köri szivattyút akkor is, ha a kollektorok hõmérséklete a szükséges értékkel magasabb a tároló hõmérsékleténél. Ilyen, viszonylag egyszerû feladatra analóg szabályozó is alkalmazható.

1. ábra Egyszerû napkollektoros rendszer szabályozása

Az utóbbi idõben azonban megfigyelhetõ, hogy az egyszerû, analóg szabályozókat kiszorítják a korszerû, mikroprocesszoros szabályozók. Ezek a fentebb említett dT és Tmax funkciókon kívül számos egyéb szolgáltatást is nyújtanak, melyek egyrészt magasabb hasznosítást eredményeznek, másrészt segítik a rendszer mûködésének nyomon követését. Ilyen, összetettebb szabályozásra látható példa a 2. ábrán.

2. ábra Napkollektoros rendszer szabályozása korszerû mikroprocesszoros szabályozóval

A mikroprocesszoros szabályozás például a következõ elõnyökkel rendelkezhet:

• A szabályozó a kollektor köri szivattyút nem csak ki-, vagy bekapcsolja, hanem a hõmérséklet-különbség függvényében változtatja is annak fordulatszámát. A gyakorlatban ez azt jelenti, hogy gyengébb napsütés esetén a szivattyú alacsonyabb, erõsebb napsütés esetén pedig magasabb fordulatszámon üzemel. Ezzel egyrészt villamos energiát lehet megtakarítani, másrészt elérhetõ, hogy gyengébb napsütés esetén is elõállítható legyen a kívánt hõmérsékletû, de kevesebb mennyiségû melegvíz. Ennek elsõsorban ún. "low flow" (alacsony térfogatáramú, 10-15 l/m2.h), és külsõ hõcserélõs rendszereknél van jelentõsége. Az ilyen szabályozó a kimeneti feszültség módosításával alkalmas normál, tehát nem elektronikus szivattyúk fordulatszámának szabályozására.
• Digitális kijelzõ. A szabályozó általában többsoros digitális kijelzõvel rendelkezik, melyrõl leolvashatók a pillanatnyi mûködést jellemzõ értékek, a beállítási paraméterek és egyéb, a diagnosztikát segítõ jellemzõk.
• Hõmennyiségmérés. A mikroprocesszor lehetõvé teszi a kollektorokkal hasznosított hõmennyiség mérését is. Erre általában több megoldás létezik. Legegyszerûbb esetben a szabályozó egy beállítható kollektor névleges teljesítmény érték, valamint a kollektor és a tároló közötti hõmérséklet-különbség és a szivattyú fordulatszáma alapján határozza meg a pillanatnyi teljesítményt. Ez a módszer tulajdonképpen becslésnek tekinthetõ, de helyes beállítás esetén jól megközelítheti a valós értéket. Pontosabb eredmény kapható, ha a kollektor köri vezetékbe egy elõremenõ (TKE) és egy visszatérõ (TKV) érzékelõt helyeznek el. Ha ezen kívül térfogatáram mérõ impulzusadót (VIG) is beépítenek, akkor egészen pontos hõmenyiségmérés valósítható meg a jól ismert Q=c.m.dT képlet alapján. Itt "c" a fajhõ, melynek értéke a szabályozóban beállítható (az általában alkalmazott propilénglikol közeg fajhõje a keverési arány függvényében eltér a víz fajhõjétõl).
• Napsugárzás mérése. Sokszor napsugárzás érzékelõ (TST) is csatlakoztatható a szabályozóhoz, ami pontosabb szabályozást, és a napsugárzás értékének mérését, regisztrálását is lehetõvé teszi.
• Megkerülõ, ún. bypass funkció. Ha a 2. ábra szerint a kollektor körbe beépítenek egy háromjáratú ún. bypass váltószelepet (UBY), ez feszültségmentes állapotban a B-AB ágon keresztül a tároló megkerülését teszi lehetõvé. Ennek hosszú kollektor köri csõvezeték esetén lehet jelentõsége, amikor a keringtetés megindulása után a kollektorokból csak késve érkezik a tárolóba a felmelegedett közeg. A bypass szelep csak akkor nyit a tároló felé, ha az erre a célra beépített érzékelõ (TBY) a tároló hõcserélõje elõtt érzékeli a megfelelõ hõmérsékletet.
• Tároló fertõtlenítõ (legionella) funkció. A klasszikus, két hõcserélõs melegvíztárolókban a víz rétegzõdik, és az alsó rész csak a napkollektorokkal fûthetõ fel. Ez tartósan gyenge napsütéses idõszak esetén kedvezhet a baktériumok elszaporodásának. Ha a 2. ábra szerint beépítenek egy fertõtlenítõ-felfûtõ feladatot ellátó szivattyút (PLG), mely a tároló forró, felsõ részébõl a vizet átkeringteti az alsó részbe, akkor a baktériumok elpusztíthatók. A szabályozó ezt a szivattyút akkor kapcsolja be, ha adott idõszak alatt a tároló alsó részének a hõmérséklete nem emelkedett a megkívánt érték fölé.
• Kollektor túlhõmérséklet elleni védelem. A korszerû szelektív napkollektorok üresjárati hõmérséklete elérheti a 180°C-os értéket is, ami a kollektorokban nem kívánt elgõzölgést eredményezhet. Ez általában elkerülhetõ, ha a szabályozó egy bizonyos kollektor hõmérséklet felett (pl. 110°C) lassú fordulatszámon elindítja a kollektor köri szivattyút, akkor is, ha a tárolót már nem kellene fûteni. Ez elegendõ lehet ahhoz, hogy a kollektorokban a forrás ne induljon meg, ugyanakkor a tárolót sem fûtik a kollektorok egy a visszahûtés szempontjából beállított maximális érték fölé. A visszahûtõ funkció általában egy maximális kollektor hõmérsékletig mûködik (pl. 130°C), ezen érték fölött a rendszer megóvása érdekében a kollektor köri szivattyú kikapcsol.

Fenti példákon kívül a mikroprocesszoros szabályozók gyártótól és típustól függõen még számos egyéb funkcióval is rendelkezhetnek, melyeket egyszerû, egytárolós rendszerek esetében is célszerû kihasználni. A kollektorokat azonban egyre gyakrabban kombinált, többtárolós rendszerek fûtésére alkalmazzák. Például a kollektorok a melegvíztárolón kívül fûtési puffertárolót, vagy medencét is fûthetnek. Ilyenkor gondoskodni kell a tárolók fûtése közötti átkapcsolás lehetõségérõl, és az optimális elõnykapcsolási sorrend meghatározásáról. A tárolók fûtése közötti átkapcsolás két, egymással nagyjából egyenértékû módszer szerint történhet. Az egyik módszer a közös szivattyú és motoros váltószelep, a másik pedig körönként külön szivattyú és visszacsapószelep alkalmazása.

3. ábra Kéttárolós rendszer közös szivattyúval és motoros váltószeleppel

4. ábra Kéttárolós rendszer tárolónként külön szivattyúval és visszacsapószeleppel

A korszerû napkollektoros szabályozók nem csak a tárolók fûtését szabályozzák, hanem általában különféle, a tárolókban megtermelt hõenergia hasznosítását szolgáló visszacsatolásokat is tudnak irányítani. Erre látható példa az 5. ábrán. Itt a visszacsatolások az alábbiak:

• A melegvíztároló fûtése a puffertárolóból. A szabályozó összehasonlítja a melegvíztároló (TBF) és a puffertároló (TPF) felsõ részének hõmérsékletét, és ha a puffertároló hõmérséklete a megfelelõ értékkel magasabb, akkor elindít egy szivattyút (PPS) ami a pufferrõl fûti a melegvíztárolót. Ezzel a visszacsatolással el lehet érni, hogy a puffertároló hõtartalmát kihasználva, a nyári félévben még tartósan borult idõjárás esetén se kelljen beindítani a hagyományos hõtermelõt.
• Fûtési visszatérõ hõmérséklet megemelése. A szabályozó összehasonlítja a fûtési visszatérõ ág (TFV) és a puffertároló (TPF) felsõ részének hõmérsékletét, és ha a puffertároló hõmérséklete a megfelelõ értékkel magasabb, akkor átvált egy motoros váltószelepet (UHR), ami a visszatérõ fûtõvizet a puffer alsó részébe vezeti, így a kazánba a puffertároló felsõ részének melegebb hõmérsékletû vize kerül.
  
  

5. ábra Visszacsatolások napkollektoros rendszer szabályozásánál

A mikroprocesszoros szabályozók általában alkalmasak két eltérõ elhelyezkedésû kollektormezõt tartalmazó rendszer szabályozására is. Nem célszerû azonban erre törekedni. A napkollektorokat lehetõség szerint azonos dõlésszöggel és tájolással kell elhelyezni. Ha ez valami miatt mégis elkerülhetetlen, akkor a különbözõ elhelyezkedésû kollektor csoportokat hidraulikailag és szabályozástechnikailag is külön kell választani, és mindkét kollektormezõben egy-egy érzékelõt kell elhelyezni. Ez a rendszer bonyolultságának növekedéséhez vezet.

Általánosan elmondható, hogy a napkollektoros rendszerek megvalósításánál törekedni kell az egyszerûségre, az átláthatóságra. Minden egyes újabb szivattyú, keverõ-, vagy váltószelep és szabályozó egyben újabb hibaforrást is jelent. Fontos, hogy a megrendelõ is megértse a rendszer mûködését, mert csak így tudja felügyelni a helyes üzemelést, és saját maga elvégezni az idõszakonként szükséges ellenõrzéseket.

---