Sistemul de reglaj este elementul de comandă central al unei instalații solare cu colectori. În aceeași măsură cu care complexitatea instalațiilor solare a crescut în special datorită posibilității de conectare cu instalația de încălzire s-au dezvoltat totodată și sistemele de reglaj. În afară de funcția principală și anume aceea de comandă a pompelor de recirculare din circuitul solar pentru îmbunătățirea randamentului energetic în rezervor, sistemele de reglaj moderne preiau o multitudine de alte funcții, cum ar fi păstrarea limitelor de temperatură în rezervor, controlul funcțiilor și supravegherea randamentului, analiza comportamentului instalației inclusiv recunoașterea locurilor defecte, măsurarea orelor de funcționare, a energiei, informații despre siguranța instalației, comenzi pentru mai multe rezervoare, comanda stațiilor de apă proaspătă, precum şi comenzile boilerelor, chiar și pentru mai multe circuite de încălzire.

În principiu, toate sistemele de reglaj trebuie să se potrivească instalației și tuturor componentelor acesteia; esențială este și montarea corectă a sistemului de reglare. Astfel, un scop important al dezvoltărilor din ultimii ani era construirea unui sistem de reglaj cât mai simplu. Pe piață se găsesc sisteme de reglare:

• cu display-uri grafice care arată schema instalației, iar în timpul reglării indică locul unde vă aflați;
• cu pictograme ușor de înțeles precum și
• cu text.

Cele din urmă sunt cel mai ușor de înțeles pentru consumator precum și de utilizat.

Reglarea diferențelor de temperatură

Cea mai veche formă conservată de reglare a pompelor de recirculare din instalațiile solare cu colectori este reglarea diferențelor de temperatură. Senzorii de temperatură din colector și rezervor măsoară temperatura și trimit semnale electrice (tensiune, schimbare a rezistentei) care sunt comparate de un dispozitiv electronic. Senzorii de temperatură și electronicul trebuie să se fie în concordanță, astfel încât senzorii fabricați de firme diferite să nu trebuiască să fie înlocuiți între ei. Dacă temperatura din colector este mai mare decât temperatura din rezervor cu câteva grade (reglabilă), atunci se activează un contact de comutare (releu). Contactul de comutare se poate încărca, de obicei, cu o tensiune de linie (230 V) și are rolul de a porni și opri pompa de recirculare sau alte mecanisme de reglaj (ventile electrice ș.a.).

Comanda pompei corespunzătoare diferenței de temperatură dintre colector și rezervor, așa numita comandă în 2 puncte, este cel mai simplu concept de reglare. Pe baza aceluiași principiu funcționează și sistemele moderne de reglare cu microprocesoare.

Solicitări ale senzorilor

Rezistența la temperatură a senzorilor trebuie să poată atinge temperatura maximă de stagnare (până peste 200°C). Exactitatea senzorilor la temperaturile de funcționare (20 până la 80°C) trebuie să fie așa de mare, încât potențialele greșeli de măsurare ale senzorilor și sistemului de reglaj să nu depășească 2 – 3 K. Se folosesc aproape exclusiv senzori din materiale rare își modifică rezistența electrică proporțional cu schimbările de temperatura. Exemplu: Pt 1000 este un senzor din platină (Pt) cu o rezistență de 1.000 Ω la 0°C, fiind un senzor cu un grad înalt de exactitate.

Senzorul rezervoarelor: La un rezervor cu un schimbător intern pentru căldura solară, senzorul rezervorului trebuie să se monteze între marginea superioară și mijlocul schimbătorului de căldură. Pentru aceasta, rezervoarele solare sunt prevăzute fie cu elemente de scufundare în care se poate introduce un senzor de temperatură, fie cu alte elemente pe care se pot monta acești senzori. În funcție de tipul de utilizare, aceștia au diferite forme de construcție. Dacă se folosesc elemente de scufundare, atunci senzorul de temperatură trebuie să se potrivească exact și să fie montat cu ajutorul unui mulaj conducător de căldură pentru a asigura un bun transfer termic. Senzorul se introduce cât mai mult în această husă și se fixează împotriva alunecării, cu un șurub.

La montarea schimbătoarelor externe de căldură, senzorul din rezervor trebuie să se monteze în partea inferioară a rezervorului. Senzorul trebuie să se afle în orice caz sub izolație.

Senzorul colectorului are rolul de a măsura temperatura din locul cel mai cald al colectorului, adică la ieșirea agentului termic din rezervor. Senzorii ieftini sunt aceia care se află în conducta de admisie fără a afecta fluxul agentului termic sau aceia montați în  carcasa colectorului, pe elementul absorbant. Senzorii montați pe conducte sunt o soluție de urgență proastă, însă se folosesc atunci când nu se pot monta în colector sau în conducta colectoare. Se montează cât mai aproape de cel mai cald colector cu ajutorul unei bride pentru furtun, acolo unde încălzirea e perceptibilă cel mai repede; trebuie să fie învelite într-un strat termoizolator suficient de gros pentru a putea înregistra temperatura reală a conductei și nu valoarea medie dintre temperatura conductei și a aerului.

La colectoarele moderne, senzorii sunt fie deja montați, fie există deja elemente unde aceștia se pot monta foarte

Reglarea diferențelor de temperatură

La reglarea undei la închiderea circuitului (diferența de temperatură dintre colector și rezervor, când pompa trebuie activata) trebuie să se ia în considerare următoarele:

• în drum spre rezervor, tuburile schimbătorului de căldură se răcesc. Pierderile termice la o diferență de temperatură de 40°C variază în funcție de diametrul și izolația conductei și ajung de la 5 la 10 W/m din lungimea tubului, unde nu se iau în considerare pierderile termice ale ventilelor, înșurubărilor etc. Pentru instalațiile din casele unde locuiește o singură familie, pierderile termice variază între 0,5 și 3 K.
• toleranța dintre senzori poate fi cuprinsă între 1 și 2 K.
• schimbătorul de căldură din rezervor are nevoie de o diferență de temperatură de minim 2 până ia 3 K pentru a putea realiza transferul termic și trebuie să se producă cel puțin atâta energie cât este necesară pentru punerea în funcțiune a pompelor. De aceea, diferența de temperatură de pornire trebuie să fie de câteva grade Kelvin. Pentru cazul standard al „pregătirii apei calde pentru casele în care locuiește o familie” se recomandă ca această diferență de temperatură să fie între 6 și 8 K.

După pornirea pompei intră prin conducta de legătură apa rece în colector, ceea ce determină o scădere bruscă a temperaturii din colector. Printr-o diferență suficient de mare dintre unda ia închiderea și cea deschiderea circuitului (histereză) se poate evita intrarea pompei ,,în ritm” (pornirea și oprirea repetată ale acesteia). Histereza influențează negativ și durata de funcționare a instalației, așa cum o arată timpul de funcționare a pompei din timpul după-amieziei în funcție de instalație și gradul de toleranță al senzorilor, histereza trebuie să fie cuprinsă între 1 și 6 K.

Funcțiile sistemelor de reglare

În afară de funcția principală de comandă a pompei circuitului solar, sistemele de reglare pot avea și alte funcții care variază de la model la model. Printre acestea se numără și funcții de control și protecție care asigură siguranța și certitudinea unui produs de calitate.

• Ecranul

Este foarte utilă dotarea suplimentară a unui sistem de comandă cu un ecran pe care să apară (opțional) cel puțin temperatura din colector și rezervor, ușurând, astfel, reglarea și controlul funcțiilor în detaliu. La sistemele de reglare moderne, ecranul este o componentă standard.

• Controlul funcțiilor și afișarea defecțiunilor

Pentru identificarea rapidă a defecțiunilor din sistem, cum ar fi nefuncționarea unui senzor de temperatură (din cauza ruperii cablului), nefuncționarea pompelor ş.a. se recomandă acele sisteme de reglare care afișează defecțiunile. Oferta începe de la cele mai simple metode de afișaj prin intermediul aprinderii unui bec până la metode de afișaj complexe care descriu tipul defecțiunii printr-o schemă a instalației sau prin text.

• Întrerupător pompă

Se recomandă montarea unui întrerupător pentru pompă, pentru ca aceasta să se poată porni și opri manual.

• Limitarea temperaturii din rezervor

O funcție integrată astăzi în aproape orice sistem de reglare este aceea de limitare a temperaturii din rezervor. Aceasta are rolul de a asigura siguranța rezervorului și de a împiedica suprasolicitarea, căci atunci când nu se folosește energia termică, de exemplu în timpul vacanțelor, temperatura din rezervor poate depăși chiar și 100’C dacă nu există un limitator de temperatură. Pentru aceasta este necesar un alt senzor de temperatură in partea superioare a rezervorului. Sunt necesare următoarele măsuri:

Soluția nr. 1: oprirea pompei de recirculare

Atunci când se depășește limita de temperatură stabilită (de exemplu 90°C) se oprește pompa de recirculare din circuitul solar. Deoarece colectorul intră în „stagnare” temperaturile din circuitul solar cresc foarte mult, ceea ce presupune luarea unor măsuri de siguranță corespunzătoare.

Soluția nr. 2: răcirea rezervorului prin punerea în funcțiune a pompelor pe timpul nopții

În loc să opriți pompa o puteți porni în special noaptea, indiferent dacă sistemul solar de reglare este pornit sau nu. Pierderile termice ale circuitului și ale colectorului determină descărcarea rezervorului și răcirea acestuia. Această soluție este una 100% sigură împotriva supraîncălzirii rezervorului și ar trebui aplicată împreună cu soluția nr. 1.

Soluția nr. 3  răcirea rezervorului prin cazanul de încălzire

Atâta timp cât în rezervor se montează pentru încălzirea ulterioară un al doilea schimbător de căldură, se poate activa alternativ pentru soluția nr. 2 pompa de încărcare pentru apa menajeră (dacă este necesar și pompa de recirculare din sistemul de încălzire). Căldura din rezervorul solar este evacuată prin sistemul de căldură, respectiv horn atâta timp cât temperatura depășește limita impusă. Există și posibilități de a evacua suplimentul de căldură printr-un consumator în plus cum ar fi cazane separate de încălzire, bazine de înot.

Varianta nr. 1, alături de varianta nr. 2 sunt cel mai des folosite pentru instalațiile de dimensiuni mici.

• Limitarea temperaturii minime

Asemănătoare cu limitarea temperaturii maxime din rezervor este limitarea temperaturii minime, adică pompa nu pornește, indiferent de diferența de temperatură, înainte ca temperatura colectorului să depășească un anumit prag de temperatură minimă.

• Contorul pentru timpul de funcționare

Se recomandă montarea unui contor pentru intervalul de funcționare a pompei din circuitul solar. Măsurarea intervalului de funcționare a pompei permite un control simplu al funcțiilor instalației.

• Sistem de reglare a rotațiilor pompei

În afară de reglajul simplu al diferențelor de temperatură despre care a fost vorba până acum și care prevede, de fapt, două stări de funcționare a pompei „pornit” sau „oprit” (reglare în 2 puncte), există și sisteme de reglare a rotațiilor pompei. Acestea sunt fie fără trepte, fie în mai multe trepte lente, având rolul de a regla fluxul din circuitul solar. in limbajul tehnic acest procedeu este cunoscut sub numele de „Matched-Flow-Concept” (concept cu flux variabil).

Avantajul acestui sistem constă din „potrivirea” fluxului cu randamentul energetic solar, obtinandu-se astfel o temperatură optimă de intrare în colector. Aceasta rămâne datorită schimbătorului de căldure, intre 6 si 8k peste temperatura rezervorului. Astfel, este posibil ca dacă rezervorul este rece, fluxul să fie atât de mic incât prin admiterea agentului termic dinspre colector să se atingă imediat o temperatură de cca. 50°C şi să se ajungă foarte repede la un nivel de temperatură care poate fi folosită. De reţinut este că în acest caz nu se pot folosi decât rezervoare în straturi.

Prin această strategie de reglare, randamentul instalaţiei poate creşte cu câteva procente dacă toate componentele instalatiei soiare sunt corelate corespunzător. Mstalaţiiie de rnici dimensiuni care să funcţioneze pe baza acestui principju se găsesc rareori pe piaţă, din cauză că un sistem de reglare de acest tip şi o pompă ale cărei mişcări de rotaţie sunt coordonate ar creşte semnificativ costurile instalaţiei.

• Funcţia de protecţie a colectorului

Intrucat in starea de stagnare colectorul este solicitat foarte mult, unele sisteme de reglare au şi o funcţie de protecţie a colectorului,In acest caz, deşi funcţia de oprire este deja indeplinita (adică s-a atins temperatura maxirnă stabilită în rezervor), pompa continuă să funcţioneze şi anume printr-un sistem care limitează rotatiile sau printr-un sisterri „de incetinire”. Astfel, temperaturile din colector cresc (de exemplu intre 100 şi 130°C), dar rămân mult sub ternperatura de stagnare, iar temperatura din rezervor poate creşte în continuare. Pentru a se evita însă formarea de vapori în rezervo periculoasă, pentru că ar avea ca şi consecinţa formarea unei presiuni foarte ridicate!), nu ar trebui să s depăşească din motive de siguranţă temperatura maxirnă din rezervor de 95°C (temperatura maximă reglată poate fi si mai mică de atât, de exemplu la 80°C). Acesta este motivui pentru care această metodă nu oferă decât o protecţie limitat a colectorului faţă de temperatura de stagnare.

• Sistemul de reglare a Incălzirii ulterioare

Pentru a echilibra încălzirea ulterioară a rezervorului în perioadele cu o cantitate redusă de radiaţii şi randarnentul solar al instalatiei, cele mai multe sisteme de reglare au o funcţie de reglare a incălzii ulterioare. Dacă se trece de limita inferioară (setată) de temperatură, sistemul de încălzire ulterioară porneşte automat, de exemplu printr-un arzător de gaz. Acesta încălzeşte partea superioară a rezervorului care rămâne mereu la temperatura de utilizare.

• Reglarea circulaţiei

Dacă există un sistem de circulaţie, atunci sistemul de reglare solar poate prelua funcţia de comandă a acestuia.

• Funcţia de protecţie împotriva inghetului

Unele sisteme de reglare au şi o aşa-nurnită funcţie împotriva înghetului, care are rolul de a proteja colectorul de la ingheţ in cazui’M care circuitul solar se umple cu apă fără antigel. Dacă se atinge Ijmita inferioară setată a temperaturii de ingheţ, pompa porneşte automat, pornpând apă caldă din rezervor în colector. intrucăt această funcţie de protecţie poate functiona numai pe baza apei calde din rezervor, este foarte limitaţă şi nu este indicată decât pentru regiunile unde riscul de îngheţ este foarte scăzut.

• Măsurarea cantităţii de căldură

Pentru a putea stabili randamentul termic al instalaţiei se montează un instrument pentru măsurarea căldurii, Pentru măsurarea cantităţii de căldură (Q= m*c (v2—vi1)) trebuie să se cunoască fluxul (masa m), precum şi temperatura de admisie şi evacuare la schimbătorul de căldură (v1 şi v2). Apoi, trebuie să se monteze în circuitul colectarului un instrument pentru măsurarea apei calde şi doi senzori de temperatură.

Senzorii de temperatură sunt foarte ieftini, însă contoruJ pentru măsurarea fluxului poate fi destul de scump, preturile acestuia variind în funcţie de precizie. De aceea, se recurge partial la un proces simpkr de aproximare a cantităţii de căldură, unde fluxul este indicat ca valoare fixă după punerea în funcţrune a instalaţiei. in orice caz, pentru calcularea cantităţii de căldură, trebuie să se cunoască capacitatea termică specifică, iar în sistemul de reglare trebuie setate tipul şi concentraţia antigelului.

• Funcţia tirner-ului

La instalaţiile mari cu tuburi lungi, cu un diametru corespunzător ca mărime circuitului solar – acesta este mai mare.

• lndicator la distanţă

Indicatorul la distanţă oferă posibilitatea să afiaţi toate informaţille fără a vă afla neapărat Iângă instalaţie. Exact ca la termostatele de încălzire a încăperilor se pot inregistra functille şi starea de funcţionare a instalaţiei şi, dacă este nevoie, să se modifice setările. Principal este însă „sentimentul plăcut’ pe care îl aveţi odată cu producţia zilnică de energie.

Concepte rnai complexe de reglare

Reglarea de la distanţă, respectiv transferul de informatii de la distanţa^.:cu cât sunt mai compiexe instalatiiţe, cu atât sunt mai complexe şi sistemele de reglare. Acelaşi lucru nu este însă valabil şi pentru instalaţiile mari. Sistemele complexe de reglare au până la 100 de scheme diferite ale instalaţiilar, cu până la 40 de intrări pentru semnalele senzorilor şi 30 de ieşiri pentru reglare şi la fel de multe circuite diferite. Funcţiile anterior amintite oglindesc stadiulin care se

Raport de piaţă şi costuri

Creşterea pieţei in acest domeniu a fost observată şi de producătorii sistemelor de reglare, care au continuat să dezvolte tehnic o gamă largă de produse. O atenţie specială o are în ultimii ani simplificarea afişajului inclusiv a unui ecran mare cuprinzător şi mai uşor de inţeles; în acelaşi timp se lucrează şi la un design imbunătăţit. Paleta sistemelor de reglare de pe piată cu accesorii, cum ar fi instrumentele de măsurare a căldurii, diferiţi senzori, programe de comandă este foarte variată. Cei mai importanţi producători sunt Resol, Sorel, Technische Alternative, Prozeda şi Stec. Sistemele simple de reglare ale diferenţelor de temperatură fără posibilităţi de reglare pentru instalaţiile solare pentru incălzirea apei menajere sunt disponibile de la 70 €. Sisteme de reglare la un preţ acceptabil cu reglare a diferenţelor de temperatură, histereză, limitare a temperaturilor din rezervor, precum şi diferite becuri de control şi, la cerere, cu funcţil suplimentare, costă intre 125-350 €. La aceasta se adaugă cel puţin doi senzori de temperatură în funcţie de calitatea şi tipul senzorulul. Preţurile senzorilor incep de la 15 €.

Sistemele de reglare pentru instalaţiile solare cu sprijin al sistemului de încălzire costă, în funcţie de opţiuni şi posibilităţi de reglare, între 180 şi 670 €, în timp ce sistemele de reglare cu funcţii multiple pot costa între 500 – 2.000€. Preţurile depind de dotare şi pot depăşi câteva mii de euro pentru computerele solare, care pot oferi informaţii la telefon despre starea de funcţionare a instalaţlei, sau care pot fi coordonate de la distanţă. Aceste sisteme complexe de reglaj nu îşi au rostul, şi chiar şi atunci, işi găsesc justificare decât la instalaţiile de dimensiuni mari.