Řídicí jednotky a čerpadlové skupiny solárních systémů

Solární kolektor na střeše je nejviditelnější částí solárního systému na ohřev vody, ale bez řídicí jednotky a čerpadlové skupiny by zůstal jen plechem pod sklem, který se sám od sebe může jen zahřát a ochladit. Přesně řídicí jednotka a čerpadlová skupina rozhodují o tom, zda se teplo z kolektoru opravdu dostane tam, kde ho je třeba – do solárního zásobníku, kde se uskladní jako teplá užitková voda. Ve praxi jde o dvě části, které se běžně dodávají i montují spolu, i když mají odlišnou funkci: jedna „rozhoduje", druhá „koná".

Solární systém na ohřev vody (teplovodní solární sestava) obecně tvoří solární kolektory na střeše, které ohřívají tepelnou kapalinu (směs vody a nemrznoucí látky), solární zásobník s výměníkem, čerpadlovou jednotku a řídicí jednotku. Je důležité mít realistické očekávání – takový systém doplňuje, nenahrazuje plně hlavní zdroj tepla (kotel, tepelné čerpadlo), a nejvíc pokrývá právě ohřev teplé užitkové vody v letních měsících, kdy je slunečního záření dostatek a spotřeba tepla na vytápění je minimální nebo žádná.

V tomto článku se podrobně podíváme právě na tu část systému, která se nejčastěji podceňuje při výběru, i když má přímý vliv na to, kolik tepla se skutečně využije: řídicí (solární) jednotku, čerpadlovou skupinu, připojení potrubím a zásobníkem, i na související komponenty jako expanzní nádobu. Pokud řešíte kompletní výběr solárního systému od základu, doporučujeme nejprve článek Jak vybrat solární systém na ohřev vody, kde najdete širší kontext výběru jednotlivých komponentů.

Řídicí jednotka neustále porovnává teploty a spíná čerpadlo jen v případě, že má smysl přenášet teplo do zásobníku.

Jak funguje řídicí (solární) jednotka

Řídicí jednotka je „mozkem" celého solárního okruhu. Její úlohou je neustále porovnávat teplotu na kolektoru a teplotu v zásobníku pomocí čidel (teplotních snímačů) umístěných na obou místech. Když je kolektor teplejší než zásobník o přednastavený rozdíl, řídicí jednotka zapne obehové čerpadlo solární skupiny a tepelná kapalina začne cirkulovat – teplo se tak přenese z kolektoru do zásobníku. Když rozdíl klesne pod nastavenou hranici (například večer, nebo když se zásobník už dostatečně zahřál), jednotka čerpadlo vypne, aby se teplo naopak nevrátilo zpět do kolektoru a nevyzařovalo se ven z systému přes chladný kolektor.

Tato logika zní jednoduše, ale v reálné provozní praxi řeší množství situací současně – ráno v rozjezdové fázi, kdy je kolektor ještě studený, přechodné oblačnosti, kdy se teplota kolektoru rychle mění, i ochranu proti přehřátí, kdy je zásobník už plný a kolektor dále produkuje teplo bez toho, aby měl kam ho odvést. Kvalitní řídicí jednotka proto není jen jednoduchý termostat s dvěma čidly, ale zařízení, které dokáže vyhodnocovat více provozních stavů najednou a chrání tak systém i čerpadlo před zbytečným opotřebením.

Příkladem takové řídicí jednotky je Euroster 813 Solar – solární regulace určená přímo na řízení čerpadla podle teplotního rozdílu mezi kolektorem a zásobníkem. Jedná se o typického představitele kategorie: kompaktní elektronika, která se připojí na čidla a na obehové čerpadlo čerpadlové skupiny, a od té chvíle automaticky rozhoduje, kdy se má systém spustit a kdy zastavit.

Při výběru řídicí jednotky se vyplatí myslet i na to, že jde o část, kterou lze v případě poruchy poměrně jednoduše vyměnit samostatně, bez zásahu do zbytku okruhu – právě proto se v praxi často prodává i jako samostatná náhrada, nejen jako součást kompletní sestavy. Pokud řešíte poruchu existujícího systému, více k této tématu najdete v článku Servis, plnění a časté poruchy solárních systémů.

Čerpadlová jednotka – srdce solárního okruhu

Zatímco řídicí jednotka rozhoduje, čerpadlová jednotka (čerpadlová skupina) fyzicky zajišťuje samotný obeh tepelné kapaliny. Nejde jen o čerpadlo samo o sobě – čerpadlová jednotka obsahuje čerpadlo, uzavírací ventily, teploměry a manometry (na kontrolu teploty a tlaku v okruhu přímo na místě) a pojistný ventil. Všechny tyto prvky jsou spojeny v jednom kompaktním bloku, což výrazně usnadňuje montáž i následnou údržbu – místo více samostatných komponentů rozmístěných po technické místnosti má instalatér jeden kompaktní celek, který se jednoduše připojí na potrubí z kolektoru a na zásobník.

Toto řešení má praktický význam i z hlediska budoucí údržby. Pokud je třeba někdy vyměnit čerpadlo nebo zkontrolovat tlak v okruhu, uzavírací ventily na čerpadlové jednotce umožňují odizolovat daný úsek okruhu bez toho, aby bylo třeba vypustit celý systém. Manometr přímo na jednotce zároveň slouží jako rychlá vizuální kontrola – pokud tlak v uzavřeném solárním okruhu klesne pod běžnou provozní hodnotu, je to první signál, že někde může být netěsnost nebo že je třeba okruh doplnit.

Řídicí jednotka a čerpadlová jednotka se v praxi téměř vždy kupují a montují jako dvojice – jedna bez druhé nedává smysl, protože řídicí jednotka potřebuje čerpadlo, které bude zapínat, a čerpadlová skupina potřebuje řídicí jednotku, která jí řekne, kdy má běžet. Při plánování rozpočtu na solární systém proto počítejte s oběma položkami jako s jedním funkčním celkem.

Připojení potrubí a rozvodu mezi kolektorem a technickou místností

Čerpadlová jednotka je zvykle umístěna v technické místnosti, hned vedle zásobníku, zatímco kolektory jsou na střeše – mezi nimi tedy musí vést potrubní rozvod, kterým proudí tepelně odolná kapalina tam a zpět. Tento rozvod má dvě běžné realizace. První je klasické měděné nebo nerezové potrubí, které se na střeše i v šachtě dodatečně izoluje tepelnou izolací odolnou vůči vnějším vlivům. Druhou, čím dál tím oblíbenější možností je předizolovaná flexi trubka 2v1 – ohybný plášť, ve kterém je přívodní i vratný (spínačový) potrubí spojené do jednoho celku a už vopředu izolované z výroby.

Výhoda flexi trubky 2v1 je především v čase montáže – protože je už izolovaná, instalatér ji nemusí dodatečně oplášťovat izolací přímo na střeše nebo v úzké šachtě, kde se s tuhým potrubím a izolačním materiálem pracuje podstatně hůře. Ohybnost trubky zároveň usnadňuje vedení přes stavební přechody a rohy, kde by tuhé potrubí vyžadovalo více spojů a tvarovek.

Přímo u připojení kolektoru, kde je potrubí vystavené vysokým teplotám a musí zároveň snést pohyb způsobený tepelnou roztažností střešní konstrukce, se běžně používá krátký úsek ohybného nerezového potrubí – takzvaný vlnovec. Jedná se o flexibilní nerezové potrubí, které je odolné vůči vysokým teplotám solární kapaliny a zároveň dokáže kompenzovat drobné pohyby v místě připojení, kde by tuhé potrubí mohlo časem prasknout nebo se uvolnit ze spoje.

Podrobnější porovnání obou typů rozvodu, včetně toho, kdy se vyplatí sáhnout po flexi trubce a kdy po klasickém potrubí s vlnovcem, najdete v samostatném článku Solární potrubí a nerezové vlnovce – jak fungují.

Orientační ceny hlavních komponentů solárního okruhu zmíněné v článku.

Připevnění kolektorů a jeho vliv na montáž čerpadlové skupiny

Přestože se to na první pohled nemusí zdát přímo souvisící, způsob připevnění kolektorů na střeše má vliv i na to, jak bude vést potrubí k čerpadlové jednotce a jaké nároky bude mít montáž na délku a trasu rozvodu. Kolektory se kotví špecializovanou montážní konstrukcí podle typu střechy – šikmá střecha (s různými krytinami jako škridla, plech nebo bobrovka), plochá střecha (kde se používá konstrukce s nastavitelným sklonem, zvykle 15° nebo více, kvůli samočistění dešti) nebo případně připevnění na fasádu či na zemi. Konstrukce musí vždy přesně odpovídá rozměrům konkrétního typu kolektoru, který se na ni montuje.

Při ploché střeše je typickým řešením například upevňovací sada s nastavitelným sklonem, která zajistí, že kolektor bude mít i na jinak vodorovné střeše potřebný sklon minimálně 15° – nejen kvůli optimálnímu úhlu dopadu slunečního záření, ale také proto, aby se dešťová voda dokázala ze povrchu kolektoru sama sesunout a odplavila nečistoty a prach, které by jinak snižovaly účinnost.

Výběr typu připevnění se dělá vždy na začátku projektu, protože určuje přesnou polohu kolektoru na střeše a tím i délku trasy potrubí (či už klasického, nebo flexi trubky 2v1) směrem do technické místnosti k čerpadlové jednotce. Kompletní přehled možností připevnění podle typu střechy najdete v článku Připevnění kolektorů – šikmá střecha, plochá střecha, fasáda, kde je i konkrétní příklad upevňovací sady pro plochou střechu s kolektorem KS 2100F.

Solární zásobník a jeho připojení k řídicí jednotce

Řídicí jednotka a čerpadlová skupina by byly zbytečné bez správného zásobníku na druhé straně okruhu. Solární zásobník má oproti běžnému bojleru navíc aspoň jeden tepelný výměník připojený na solární okruh – často i druhý výměník určený pro dohřev kotlem. Díky tomu se voda v zásobníku ohřívá nepřímo: solární kapalina cirkuluje odděleně ve vlastním uzavřeném okruhu (poháněná právě čerpadlovou jednotkou a řízená solární regulací) a nikdy nepřichází do přímého kontaktu s užitkovou vodou, kterou později použijete například v sprše nebo na mytí.

Přesně na spodní části tohoto výměníku bývá umístěno jedno z čidel řídicí jednotky – měří teplotu vody v zásobníku a porovnává ji s teplotou na kolektoru. Pokud zásobník není vhodně dimenzován nebo nemá solární výměník na správném místě, řídicí jednotka nemá k dispozici přesné údaje a systém nemusí fungovat efektivně, i když samotná regulace i čerpadlo jsou v pořádku. Výběr vhodného zásobníku je proto stejně důležitý jako výběr řídicí jednotky – detailně se mu věnujeme v článku Jaký solární zásobník potřebujeme.

Expanzomat, plnění a odvzdušnění solárního okruhu

Solární okruh je uzavřený, tlakový systém, který při provozu prochází výraznými teplotními výkyvy – od chladné noci až po vysoké teploty teplosrazivé kapaliny během slunečného letního dne. Tato kapalina se při zahřátí objemově rozšiřuje, a protože je okruh uzavřený, potřebuje někde tento nadbytečný objem kompenzovat. Přesně na to slouží vlastní expanzní nádoba (expanzomat) solárního okruhu, samostatná od expanzní nádoby vytápěcího systému.

Systém se plní a odvzdušňuje ruční nebo elektrickou plnicí pumpou přes plnicí ventily, podobným způsobem, jako se plní a odvzdušňuje běžný vytápěcí okruh. Vzduch, který by v okruhu zůstal po naplnění, by totiž bránil plynulému oběhu kapaliny a mohl by způsobovat hluk čerpadla nebo nerovnoměrné ohřev kolektoru. Přesně proto jsou na čerpadlové jednotce k dispozici i plnicí a odvzdušňovací ventily přímo v kompaktním bloku spolu s manometrem – díky nim může technik během plnění sledovat, jak se tlak v okruhu vyvíjí, a rozpoznat, kdy je systém správně naplněný a odvzdušněný.

Kontrola tlaku v solárním okruhu (podobně jako u vytápěcího okruhu) patří mezi základní úkony pravidelné údržby – výrazný pokles tlaku mezi kontrolami obvykle signalizuje netěsnost, kterou je lepší řešit dříve, než se projeví jako výpadok oběhu nebo porucha čerpadla. Více o typických poruchách a o tom, jak často má smysl systém kontrolovat, se dočtete v článku Servis, plnění a časté poruchy solárních systémů.

Vliv typu kolektoru na nastavení řídicí jednotky

Řídicí jednotka pracuje principiálně stejně bez ohledu na to, jaký typ kolektoru je na střeše – vždy porovnává teplotu na kolektoru s teplotou v zásobníku a podle toho zapíná čerpadlo. Typ kolektoru však ovlivňuje, jak rychle a jak výrazně se jeho teplota mění během dne, což se nepřímo projeví i na tom, jak často řídicí jednotka zapíná a vypíná čerpadlo.

Ploché kolektory mají absorpční plochu pokrytou tvrzeným sklem v izolovaném rámci – jsou levnější, mechanicky odolnější (například vůči krupobiti) a v našich klimatických podmínkách běžně postačují na ohřev teplé užitkové vody. Vakuové (trubkové) kolektory mají vyšší účinnost zejména při nízkých venkovních teplotách a nižší intenzitě slunečního záření, jsou však dražší a křehčí. Bez ohledu na to, který typ kolektoru zvolíte, řídicí jednotka a čerpadlová skupina zůstávají prakticky stejné – rozdíl je hlavně v tom, že vakuové kolektory dokážou produkovat teplo i v méně příznivých podmínkách, takže řídicí jednotka bude v těchto obdobích zapínat čerpadlo častěji, než při plochém kolektoru. Podrobné porovnání obou typů najdete v článku Ploché vs. vakuové solární kolektory.

Solární systém jako doplněk k kotlu – úloha řídicí jednotky při přepínání zdrojů

Jak bylo už zmíněno v úvodu, solární systém doplňuje, ale plně nenahrazuje hlavní zdroj tepla, kterým je kotl nebo tepelné čerpadlo. V praxi to znamená, že zásobník má často i druhý výměník připojený na kotl – ten dohřívá vodu ve chvílích, kdy slunečního záření není dostatek (například v zamlžených dnech, téměř ráno nebo během zimy). Řídicí jednotka solárního okruhu se zároveň stará výhradně o solární část – rozhoduje o provozu čerpadla mezi kolektorem a zásobníkem – zatímco dohřev kotlem řeší samostatná regulace kotlu, která obvykle měří teplotu v horní části zásobníku a podle potřeby dohřívá, pokud solární zisk sám o sobě nestačí.

Tyto dva řídicí okruhy (solární a kotlový) tak fungují vedle sebe nezávisle, ale koordinováně díky tomu, že oba mají své čidlo v zásobníku na jiném místě – solární čidlo u solárního výměníku dole, kotlové čidlo blíže k horní části zásobníku. Díky tomuto uspořádání se kotl zapíná do ohřevu až tehdy, když solární zisk opravdu nestačí, což v praxi nejvíce šetří energii právě v letních měsících. Širší kontext toho, jak solární systém spolupracuje s existujícím kotlem, najdete v článku Solární ohřev jako doplněk k kotlu.

Montáž – kde v postupu nastupuje řídicí a čerpadlová jednotka

Při montáži kompletního solárního systému se řídicí a čerpadlová jednotka zapojují až v pozdější fázi, po tom, co jsou kolektory upevněny na střeše pomocí vhodné montážní konstrukce a je připraven rozvod potrubí (klasického nebo flexi rúrky 2v1) směrem do technické místnosti. Následně se čerpadlová jednotka připojí k potrubí a ke zásobníku, osadí se čidla na kolektor a do zásobníku, k nim se připojí řídicí jednotka a nakonec se celý okruh naplní a odvzdušní přes plnicí ventily čerpadlové jednotky.

Až po naplnění a nastavení řídicí jednotky (například nastavení požadovaného teplotního rozdílu, při kterém se má čerpadlo zapnout) je možné systém spustit do provizorního provozu a ověřit, zda čerpadlo reaguje na změny teploty tak, jak má. Kompletní postup montáže krok za krokem, včetně pořadí jednotlivých kroků od kolektoru až po zásobník, najdete v článku Montáž solárního systému – postup krok za krokem.

Reálné příklady z praxe

Dva reální případy – doplnění kotle solárem a výměna poruchové řídicí jednotky.

Rodinný dům se šikmou střechou a existujícím plynovým kotlem

Rodinný dům se čtyřčlennou domácností a plynovým kondenzačním kotlem řeší vysokou spotřebu plynu na ohřev teplé užitkové vody hlavně v létě, kdy se kotol prakticky nevyužívá na vytápění a přesto běží jen kvůli ohřevu vody. Při prohlídce střechy (klasická štěrková krytina, sklon vhodný pro přímé uchytení) se jako řešení navrhuje doplnění existujícího bojleru o solární zásobník s dvěma výměníky – jeden pro solární okruh, druhý zůstává připojený k původnímu kotlu jako záložní zdroj dokurování.

Kolektory se upevní na šikmou střechu montážní konstrukcí odpovídající danému typu krytiny, rozvod mezi kolektory a technickou místností se řeší předizolovanou flexi trubkou 2v1, protože trasa vede přes poměrně úzkou střešní konstrukci, kde by se s klasickým potrubím a dodatečnou izolací pracovalo podstatně pomaleji. V technické místnosti se k novému zásobníku osadí čerpadlová jednotka spolu s řídicí jednotkou, která přebírá řízení solárního čerpadla nezávisle od původní regulace kotla. Výsledkem je, že během letních měsíců běží ohřev teplé vody převážně ze slunce a kotol se zapíná do dokurování jen v případě delšího trvání zamlženého počasí.

Chata s plochou střechou a poruchovou původní regulací

Při rekreační chatě s plochou střechou byl solární systém na ohřev vody instalován už před lety, ale původní řídicí jednotka začala mít poruchy – čerpadlo občas nereagovalo na změny teploty, systém se nespouštěl ani za slunečného počasí, nebo naopak běžel i tehdy, když to nemělo smysl. Protože samotné kolektory, jejich uchytení na ploché střeše a potrubní rozvod byly funkční a v dobrém stavu, jako řešení se zvolila výměna samotné řídicí jednotky za novou, bez zásahu do zbytku systému.

Při této příležitosti se zkontrolovala i čerpadlová jednotka – uzavírací ventily umožnily odizolovat příslušný úsek okruhu, zkontrolovat manometr a ověřit, že tlak v okruhu je v pořádku a že samotné čerpadlo je funkční. Po výměně řídicí jednotky a krátkém přenastavení teplotního rozdílu, při kterém se má čerpadlo spouštět, systém opět spolehlivě reaguje na slunečné záření. Tento případ ukazuje, že řídicí jednotka je typická součást, která se dá vyměnit samostatně, bez nutnosti zasahovat do kolektorů, potrubí nebo zásobníku, pokud jsou tyto části v pořádku.

FAQ – časté otázky o řídicích jednotkách a čerpadlových skupinách

Jak vím, že solární řídicí jednotka funguje správně?
Základním projevem správné funkce je, že čerpadlo se spouští vtedy, když je kolektor výrazně teplejší než zásobník (typicky během slunečného dne) a vypíná se, když teplotní rozdíl klesne nebo když je zásobník už dostatečně zahřát. Pokud čerpadlo nereaguje na změny počasí vůbec, nebo naopak běží nepřetržitě bez ohledu na slunce, je to signál, že je třeba zkontrolovat nastavení nebo funkčnost řídicí jednotky a čidel.

Řídicí jednotka rozhoduje, čerpadlová jednotka fyzicky zajišťuje obeh kapaliny.

Jaký je rozdíl mezi řídicí jednotkou a čerpadlovou jednotkou?
Řídicí jednotka je elektronika, která vyhodnocuje teploty z čidel na kolektoru a ve zásobníku a rozhoduje, kdy má běžet čerpadlo. Čerpadlová jednotka je mechanický blok, který fyzicky zajišťuje obeh kapaliny – obsahuje samotné čerpadlo, uzavírací ventily, teploměry, manometry a pojistný ventil. Řídicí jednotka tedy „rozhoduje", čerpadlová jednotka „vykonává".

Musí mít čerpadlová jednotka pojistný ventil?
Ano, pojistný ventil je standardní součástí čerpadlové jednotky, protože jde o uzavřený, tlakový systém vystavený vysokým teplotním výkyvům. Pojistný ventil chrání okruh před nadměrným přetlakem, který by mohl vzniknout například při poruše expanzní nádoby nebo při extrémním přehřátí kolektoru.

Dá se čerpadlová jednotka domontovat ke staršímu solárnímu systému?
Pokud jsou kolektory, potrubní rozvod a zásobník funkční a v dobrém technickém stavu, samostatná výměna čerpadlové jednotky nebo řídicí jednotky je běžné řešení, jak jsme si ukázali i ve druhém praktickém příkladu výše. Nevhodí se kvůli poruše jedné součásti automaticky měnit celý systém.

Jak často je třeba kontrolovat tlak v solárním okruhu?
Manometr na čerpadlové jednotce umožňuje rychlou vizuální kontrolu tlaku kdykoliv, ale oplatí se ji dělat pravidelně jako součást běžné údržby technické místnosti. Výrazný pokles tlaku mezi kontrolami je zvykem prvním příznakem netěsnosti v okruhu.

Proč čerpadlo nebeží, ačkoliv slunce svítí?
Nejčastějším důvodem je, že zásobník je už dostatečně teplý a rozdíl proti teplotě kolektoru klesl pod nastavenou hranici, takže řídicí jednotka čerpadlo záměrně nezapíná – nemá smysl přecerpávat teplo do už zahřátého zásobníku. Další možností je porucha čidla, řídicí jednotky nebo samotného čerpadla, nebo nedostatečný tlak v okruhu.

Můžu řídicí jednotku naprogramovat i na jiné funkce, například na dokurování?
Řídicí jednotka solárního okruhu se stará výhradně o solární část systému – tedy o chod čerpadla mezi kolektorem a zásobníkem. Dokurování kotlem řeší samostatná regulace kotla, napojená na vlastní čidlo v horní části zásobníku, nezávisle na solární řídicí jednotce.

Je potřeba odborník na montáž čerpadlové skupiny a řídicí jednotky?
Montáž zahrnuje práci s tlakovým okruhem, tepelnou kapalinou a elektrickým zapojením čidel a čerpadla, proto se doporučuje svěřit ji odborníkovi se zkušenostmi se solárními systémy – stejně jako při kotvení kolektorů na střechu nebo při napojení na existující zásobník či kotol.

Související témata

• Jak vybrat solární systém na ohřev vody
• Ploché vs. vákuové solární kolektory
• Jaký solární zásobník potřebujeme
• Solární potrubí a nerezové vlnovce – jak fungují
• Uchytení kolektorů – šikmá střecha, plochá střecha, fasáda
• Solární ohřev jako doplněk k kotlu
• Montáž solárního systému – postup krok za krokem
• Servis, plnění a časté poruchy solárních systémů
• Časté otázky o solárních zástavbách a kolektorech

Máte dotaz k solárním systémům nebo kolektorem?

Nevíte se rozhodnout nebo řešíte konkrétní situaci ve vaší domácnosti? Napište nám – rádi poradíme.

Jméno a příjmení Nevyplňujte toto pole:

Email

Zpráva