Kolektory słoneczne - warunki instalacji

Czego dowiesz się z artykułu?

• Jak sprawdzą się kolektory słoneczne w polskim klimacie?
• Jakie są zalety korzystania z kolektorów słonecznych?
• Ile zamontować kolektorów słonecznych?
• Jak zamontować kolektory słoneczne, by pracowały wydajnie?
• Jakie są rodzaje kolektorów?
• Kiedy zdecydować się na panele fotowoltaiczne?

W ciągu roku energii słonecznej dociera do nas znacznie więcej niż wynoszą nasze potrzeby energetyczne. Na 1 m2 działki pada rocznie ok. 1000 kW tej darmowej, odnawialnej energii.

Jednym z najlepiej sprawdzonych i stosowanych już od dziesiątków lat sposobów jej wykorzystania jest użycie kolektorów słonecznych. W naszym klimacie służą one przede wszystkim do podgrzewania ciepłej wody użytkowej (c.w.u.) od wiosny do jesieni. Skąd takie ograniczenie? Właśnie z powodu klimatu, bo roczny rozkład promieniowania jest bardzo nierównomierny. Na okres od maja do końca sierpnia (4 miesiące), przypada ok. 60% energii docierającej do nas ze słońca, a od listopada do lutego (znów 4 miesiące) jest to zaledwie ok. 10% sumy rocznej. Tego ograniczenia nie pokonamy - przecież gdyby nie ono to nie mielibyśmy wówczas zimy i mrozu!

Dlatego lepiej skoncentrować się na wykorzystaniu energii słonecznej w okresach, kiedy jest to nie tylko możliwe, ale też efektywne i opłacalne.

Kolektory mają spory wpływ na wygląd domu. Warto je zgrupować wraz z oknami dachowymi. (fot. Fakro)

JAKIE SĄ ZALETY KORZYSTANIA Z KOLEKTORÓW SŁONECZNYCH?

Dobrze zaprojektowana i wykonana instalacja z kolektorami słonecznymi zapewnia ok. 50% ciepła potrzebnego w ciągu roku do przygotowywania c.w.u. Nie znaczy to, że przez pół roku będziemy się mogli obyć bez konwencjonalnego źródła ciepła (kotła, grzałki). W ciepłe i słoneczne dni rzeczywiście tak będzie, ale często kolektory wstępnie podgrzeją wodę (np. do 30°C), a potem jej temperaturę będzie trzeba jeszcze nieco podnieść. Ale tak czy inaczej na energię wydamy już znacznie mniej.

Istotny jest tu też aspekt ekologiczny. Energia słoneczna jest formą energii odnawialnej. Praca kolektorów jest więc przyjazna dla środowiska naturalnego, zastępuje użycie konwencjonalnych paliw. Ponadto kolektory szczególnie warto polecić właścicielom domów ogrzewanych paliwami stałymi (węglem, drewnem peletami). Dzięki nim poza sezonem grzewczym praktycznie nie musimy rozpalać w kotle. Ewentualnie od czasu do czasu wspomożemy kolektory grzałką elektryczną. Koszty i tak będą bardzo niskie, a wygoda ogromna.

Wbrew pozorom, nawet jeżeli mamy nowoczesny kocioł z podajnikiem (prawie bezobsługowy), instalacja solarna jest w pełni uzasadniona. Podtrzymanie żaru w kotle poza sezonem grzewczym pochłonie więcej paliwa niż podgrzanie c.w.u.

MONTAŻ KOLEKTORÓW SŁONECZNYCH - ILE ICH POTRZEBUJEMY?

W typowym domu jednorodzinnym, dla 4-5 osób w zupełności wystarczają 2 lub 3 kolektory słoneczne. Zapewniają one ok. 50% pokrycie zapotrzebowania na ciepło do podgrzewania c.w.u. Inwestycja nie jest zbyt kosztowna i nie przysparza problemów technicznych ani w trakcie budowy, ani eksploatacji. Bo właśnie budowanie zbyt dużych instalacji jest powszechnie popełnianym błędem. Nie warto tak robić, bo pomimo nieraz znacznego wzrostu kosztów korzyści będą niewielkie, a do tego pojawią się problemy. Dodając np. jeszcze 2 kolektory w ciągu roku uzyskamy więcej ciepła, ale właśnie rocznie.

W domach jednorodzinnych najczęściej wystarczają małe instalacje z 2 lub 3 kolektorami. Jednak decyzję powinniśmy podejmować dopiero po konsultacji ze specjalistą, który oceni jak duże jest choćby zużycie wody. (fot. Hewalex)

W miesiącach zimowych, gdy słońca dostajemy niewiele, a temperatura powietrza jest niska i tak zaspokoimy zaledwie ok. 1/5 zapotrzebowania na energię. Bilans poprawi się wczesną wiosną i późna jesienią. To jest niewątpliwa korzyść. Problem w tym, że taka instalacja w sezonie letnim da praktycznie dwa razy więcej energii niż potrzebujemy. I jak ją wówczas zagospodarować?

Problemu nie mają właściciele basenów przydomowych (taka objętość wody wchłonie praktycznie każdą ilość energii), albo niektórych rodzajów kolektorów, które samoczynnie opróżniają się, gdy nie ma zapotrzebowania na ciepło. Niestety, fora internetowe są pełne porad jak poradzić sobie z przegrzaniem kolektorów - jak je schłodzić, zasłonić, albo może wymienić zasobnik wody na większy. Pokazuje to jak powszechny jest problem.

MONTAŻ KOLEKTORÓW SŁONECZNYCH A STRONY ŚWIATA

Najlepiej, jeśli kolektory skierowane są wprost na południe. To po prostu kierunek z którego pada najwięcej bezpośredniego promieniowania słonecznego. Jednak nawet dość znaczne odchylenie (do 45°) na wschód lub zachód jest dopuszczalne i obniża uzysk energii o nie więcej niż 20%.

Natomiast trzeba zdecydowanie odradzić zakładanie kolektorów od strony północnej. Tam prawie nie ma najkorzystniejszego, bezpośredniego promieniowania słonecznego. Pozyskamy więc bardzo mało ciepła. Natomiast niezależnie od stron świata, podstawowym wrogiem instalacji solarnych jest zacienienie. Cień może rzucać sąsiedni budynek, drzewa, komin, czy lukarna na dachu. Praktycznie eliminuje to dane miejsce.

Jeżeli ze względu na niekorzystną orientacje względem stron świata albo zacienienie do zabudowy nie nadaje się dach domu, trzeba pomyśleć o innych rozwiązaniach. Kolektory można też umieścić na samodzielnej konstrukcji nośnej (stelażu) ustawionej przy budynku lub na dachu płaskim. Czasem odpowiednie elementy nośne mocuje się też na ścianie budynku, na tarasie, daszku nad wykuszem itd. Wbrew pozorom, możliwości jest sporo, a takie samodzielne ustawienie pozwala nawet lepiej dobrać kąt nachylenia kolektorów.

Kolektory można też ustawiać na samodzielnych konstrukcjach, nie tylko mocować na dachu. (fot. Viessmann)

Musimy jednak pamiętać, aby odległość pomiędzy kolektorami i zasobnikiem wody była możliwie mała. Trzeba je przecież połączyć rurami otulonymi dość grubą izolacją cieplną. W chłodniejszych porach roku jej skuteczność ma zasadnicze znaczenie. Bo co z tego, że płyn solarny nagrzeje się w kolektorze, jeżeli zdąży się ochłodzić po drodze, zanim dotrze do zbiornika c.w.u.?

Musimy też od razu myśleć, jaki sposób ułożenia i wyprowadzenia rur na dach będzie najwygodniejszy. Czasem da się do tego celu wykorzystać nieczynny kanał w kominie, ukryć rury w warstwie ocieplenia dachu i użyć specjalnej dachówki z przepustem. Doświadczony instalator, po obejrzeniu naszego domu, na pewno coś doradzi.

Instalacja domowej elektrowni słonecznej

Pierwszą inwestycją właścicieli tego domu były kolektory słoneczne - do grzania wody użytkowej. W domu o powierzchni użytkowej 133 m2 mieszkają dwie osoby i... pies. A częstymi gośćmi są dzieci. Kolejną inwestycją jest zestaw paneli fotowoltaicznych.

RODZAJE KOLEKTORÓW

Nieprzypadkowo opisaniem rodzajów kolektorów zajmujemy się dopiero na końcu. Tak naprawdę możemy je rozsądnie wybrać dopiero wówczas, jeżeli wiemy jak dużą ilość energii chcemy pozyskać, ile i gdzie możemy przeznaczyć miejsca. Zanim cokolwiek kupimy musimy zdecydować co jest dla nas priorytetem.

Czy mamy dużo miejsca, czy dla odmiany dobrze nasłoneczniona i cały dzień wolna od zacienienia jest tylko niewielka część dachu. Czy ciepło z kolektorów potrzebne jest nam przede wszystkim poza sezonem grzewczym, żebyśmy mogli nie palić wówczas w kotle, czy może mamy bezobsługowy kocioł na gaz płynny, ale dzięki kolektorom liczymy na zmniejszenie rachunków. Tego rodzaju pytania można mnożyć, dlatego dobrze przemyślmy czego oczekujemy od instalacji solarnej, zanim umówimy się z instalatorem.

Na naszym rynku mamy dwa główne typy kolektorów.

Płaskie mają absorber, czyli element pochłaniający promienie słoneczne, w formie metalowej płyty. Od spodu stykają się z nią rurki, którymi przepływa płyn solarny. To on ogrzewa następnie wodę w zasobniku c.w.u. Od góry zaś absorber osłania tafla bardzo wytrzymałego szkła (musi wytrzymać grad). Całość zamknięta jest w obudowie izolowanej wełną mineralną.

Jest to więc dość prostą i trwałą konstrukcją, o ile oczywiście komponenty są dobrej jakości.

Próżniowe mają absorber w różnej postaci, ale zawsze podzielony na części, z których każda umieszczona jest w szklanej rurze próżniowej. Podstawowe założenie jest takie, że dzięki próżni uzyskujemy bardzo dobrą izolacyjność termiczną. Co jest szczególnie ważne w chłodniejszych porach roku. Rury próżniowe łączy rodzaj szyny zbiorczej, przez którą przepływa płyn solarny. To on odbiera od nich ciepło i przekazuje dalej do zasobnika c.w.u. Jednak stosowane tu rozwiązania są bardzo różne i w praktyce kolektory próżniowe mogą zasadniczo różnić się sprawnością, izolacyjnością cieplną, trwałością i innymi ważnymi cechami.

Wszystkie elementy instalacji solarnej, czyli kolektory, zasobnik wody, sterownik, pompę obiegową i elementy zabezpieczające zwykle najlepiej kupić jako kompletny zestaw od jednego producenta. (fot. Ariston)

Najczęściej uzasadniony w domach jednorodzinnych jest montaż kolektorów płaskich. Są one tańsze i prostsze w budowie. Ich uszkodzenie i spadek wydajności jest mniej prawdopodobny. Ponadto w ciepłych, letnich miesiącach, dają więcej energii niż próżniowe o takiej samej powierzchni zabudowy. Cechują je większe straty ciepła do otoczenia, ale gdy jest i tak gorąco, ma to mniejsze znaczenie. Za to mają większą powierzchnię absorbera, elementu pochłaniającego energię słoneczną.

Montaż kolektorów próżniowych ma sens, jeżeli zależy nam na większym uzysku energii w chłodniejszych miesiącach (wczesną wiosną i jesienią). Jednak przede wszystkim trzeba zwracać baczną uwagę na ich jakość. Od kilku lat na rynku jest mnóstwo tanich kolektorów próżniowych z Dalekiego Wschodu. W rzeczywistości często wcale nie mają lepszych parametrów izolacyjnych niż dobrej jakości kolektory płaskie. Ponadto ich marna jakość może spowodować, że uzysk energii też jest niski, a po kilku latach jeszcze wyraźnie spada. Wszystko dlatego, że pośledniej jakości rury próżniowe często ulegają rozszczelnieniu. A wtedy nici z deklarowanej świetnej izolacyjności.

Dlatego porównując oferty zwracajmy baczną uwagę na renomę i tradycję producenta. Ponadto czy deklarowane parametry maja poparcie w dokumentach wydanych przez niezależne instytucje. Najpopularniejszym certyfikatem tego rodzaju jest Solar Keymark.

Kolektory próżniowe mają bardziej skomplikowaną budowę niż płaskie. Dlatego nie kierujmy się tylko niską ceną. Dobra jakość musi kosztować. (fot. Nibe-Biawar)

Kolektory płaskie są proste w budowie, trwałe i niedrogie. (fot. Armacell)

A MOŻE PANELE PV?

Panele fotowoltaiczne ułożone na dachu na pierwszy rzut oka wyglądają bardzo podobnie do kolektorów. Jednak tak naprawdę to zupełnie różne technologie. Łączy je jedynie fakt, że jedne i drugie wykorzystują energię słoneczną. No i to, że zwykle umieszcza się je na dachu. Kolektory zmieniają ją na ciepło, ogniwa fotowoltaiczne zaś na prąd. Energia elektryczna jest uniwersalna, bo można nią zasilać dowolne urządzenie elektryczne, oświetlenie, lub nawet zamienić na ciepło.

W praktyce fotowoltaika i kolektory to nie rozwiązania konkurencyjne, lecz uzupełniające się. Na niejednym domu można zobaczyć zarówno spory zestaw z ogniwami słonecznymi jak i 2 lub 3 kolektory. Wszystko dlatego, że w naszym klimacie kolektory świetnie sprawdzają się do przygotowywania c.w.u poza sezonem grzewczym, natomiast dobrze skonfigurowana instalacja PV umożliwia obniżenie rachunków za prąd niemal do zera. Jej założenie ma najwięcej sensu, jeżeli mamy w domu urządzenia zużywające dużo energii elektrycznej. Może to być pompa ciepła, kocioł elektryczny lub klimatyzatory.

Trzeba od razu wyjaśnić, że decydując się na fotowoltaikę nie uniezależniamy się od sieci energetycznej. Wręcz przeciwnie, połączenie z nią to wręcz konieczność, przesądzająca o sensie zakładania takiego systemu. W praktyce bowiem energię ze słońca pozyskujemy w zupełnie innym czasie niż potrzebujemy prądu. Obecnie obowiązujące regulacje prawne są bowiem takie, że sieć energetyczną możemy wykorzystać jako swoisty akumulator energii.

Nadmiar prądu oddany do sieci możemy następnie niemal w całości (80%) odebrać bez ponoszenia jakichkolwiek kosztów, nawet kilka miesięcy później. Dla wszystkich, którzy używają prądu do ogrzewania (używając pompy ciepła lub kotła elektrycznego) jest to bardzo atrakcyjne rozwiązanie. Kiedy w sezonie wiosenno-letnim nasłonecznienie jest intensywne, wytworzony prąd w większości oddajemy do sieci. Potem zaś, w miesiącach zimowych odbieramy go, zamiast kupować energię.

Systemy fotowoltaiczne są szczególnie atrakcyjne, gdy mamy w domu urządzenia zużywające duże ilości energii elektrycznej. (fot. Elterm (OEM))

Jarosław Antkiewicz