Instalacja solarna do przygotowania c.w.u. - 5 praktycznych porad

Budowa typowej instalacji solarnej nie jest zbyt skomplikowana. Dwa zasadnicze elementy to kolektory, odbierające ciepło od promieni słonecznych, oraz zbiornik ciepłej wody użytkowej (c.w.u.), montowany zwykle w kotłowni.

Nośnikiem ciepła ze słońca jest tzw. płyn solarny, czyli wodny roztwór glikolu (chodzi o to, by ciecz nie zamarzła w temperaturze poniżej zera). Płyn ten tłoczy do kolektora pompa zainstalowana przy zasobniku. Tam ogrzewa się on i wraca rurą powrotną, by oddać ciepło w wężownicy zbiornika c.w.u.

Schemat typowej instalacji solarnej do wspomagania podgrzewu c.w.u.

Działanie całego systemu nadzoruje tzw. regulator solarny, który w gruncie rzeczy nie jest zwykle bardziej skomplikowany od typowego sterownika kotłowego, włączającego zwykłą pompę ładującą c.w.u. - jeżeli temperatura płynu w kolektorach jest o (najczęściej) 4-6 stopni wyższa od temperatury wody w zasobniku c.w.u., to pompa zostaje włączona.

Regulator solarny z reguły nie wymaga obsługi ze strony użytkownika instalacji. Wszystkie parametry ustawia instalator. (fot. Viessmann)

INSTALACJA SOLARNA - NIE REZYGNUJMY Z GRZAŁKI

Tzw. solarne zbiorniki c.w.u. wyposażone są zawsze dwie wężownice, bowiem w przypadku instalacji solarnej regułą jest praca w układzie biwalentnym, a więc w parze z drugim źródłem energii, wykorzystywanym do podgrzewania wody wtedy, kiedy ciepła ze słońca jest zbyt mało, by osiągnęła ona pożądaną temperaturę.

W naszym klimacie roczny zysk energetyczny z instalacji solarnej wynosi wprawdzie (po uwzględnieniu rozmaitych strat) 400-500 kWh na m2 powierzchni kolektora, ale ponad 75% tej energii można odebrać od maja do września.

Niestety nawet w tym okresie kolektory nie gwarantują bezprzerwowej dostawy ciepła, bo słońce potrafi być przesłonięte chmurami nawet kilka dni z rzędu. Dogrzewanie wody, przynajmniej sporadyczne, jest więc koniecznością, jeśli zachowany ma być komfort korzystania z c.w.u.

W przypadku, kiedy instalacja solarna współpracuje z kotłem na paliwo stałe, jest on podłączony do górnej wężownicy zasobnika, natomiast ciepło pozyskiwane z kolektorów trafia do wężownicy dolnej.

Ponieważ kocioł tego rodzaju z natury rzeczy nie gwarantuje dogrzania wody zawsze, kiedy jest to potrzebne (bo trzeba najpierw w nim napalić), układ taki uzupełnia się niemal zawsze o grzałkę elektryczną, montowaną mniej więcej w połowie (lub nieco wyżej) wysokości zasobnika c.w.u.

Z grzałki tej nie należy rezygnować, bowiem słońce bywa kapryśne, a nie zawsze znajdziemy czas na rozpalenie w kotle. Za to w okresie, kiedy uznamy, że jest ona na pewno niepotrzebna, można ją oczywiście wyłączyć.

Dzięki przemyślanej konstrukcji zbiornika solarnego, wszystkie trzy źródła ciepła (solary, kocioł, grzałka) mogą ze sobą bezproblemowo współpracować bez konieczności łączenia ich jakimikolwiek układami automatyki. Jeśli słońca jest dość, to ponieważ ciepła woda unosi się do góry, dolna wężownica ogrzeje cały zbiornik.

Gdy ciepła słonecznego jest za mało, kocioł za pośrednictwem górnej wężownicy ogrzewa jedynie 35-50% pojemności zbiornika, na bieżące potrzeby. Jeżeli kocioł nie pracuje, wodę podgrzewa grzałka, której termostat z reguły ustawia się (dla oszczędności) na najniższą akceptowalną temperaturę, np. 36°C.

Typowy zasobnik do instalacji solarnej wyposażony jest w dwie wężownice. Do dolnej przyłącza się kolektory, do górnej - kocioł. (fot. Viessmann)

Warto zwrócić uwagę, że kiedy jesienią czy wiosną kolektory zdołają ogrzać wodę jedynie do np. 25°C, to nie można powiedzieć, że nie pracują. Grzałka będzie bowiem jedynie dogrzewać wodę o brakujące kilkanaście stopni (oczywiście tylko wtedy, gdy nie robi tego kocioł), a więc zużyje o wiele mniej energii niż w sytuacji, gdyby musiała grzać zimną wodę wprost z wodociągu.

Dodatkowe oszczędności energii w porównaniu ze zwykłymi podgrzewaczami elektrycznymi wynikają z faktu, że solarne zasobniki c.w.u. mają zwykle o wiele lepszą izolację termiczną niż zwykłe podgrzewacze wody.

INSTALACJA SOLARNA BEZ ZBĘDNYCH WYDATKÓW

Niewielka, tania instalacja solarna to dobre uzupełnienie kotła na paliwo stałe, bo w sezonie wiosenno-letnim liczyć można na prawie całkowite pokrycie zapotrzebowania na ciepłą wodę. Ze względu na specyfikę takiego tandemu, zdecydowanie niewskazane są próby jej powiększania ponad rozmiary wynikające ze standardowych wyliczeń.

Zimą i w okresach przejściowych, kiedy ciepła ze słońca uzyskamy niewiele, i tak palimy bądź przynajmniej "przepalamy" w kotle. Z kolei w okresie letnim większa niż potrzebna ilość ciepłej wody na nic się nie przyda, za to pojawią się problemy z przegrzewaniem zbiornika i całej instalacji. Instalacja większa, czyli droższa, będzie ponadto amortyzować się dłużej.

Przeciętnej, czteroosobowej rodzinie do podgrzewania wody wystarczą 2-3 kolektory płaskie o powierzchni 5-7 m2. Gdy mieszkańców jest mniej lub więcej - wartości te trzeba odpowiednio przeliczyć. W instalacjach solarnych współpracujących z kotłami na paliwa stałe montuje się niemal zawsze kolektory płaskie, wciąż znacznie tańsze od próżniowych (rurowych).

Jest tak dlatego, że te drugie są wprawdzie efektywniejsze od płaskich, ale tylko w niskiej temperaturze i przy słabym oświetleniu, czyli wtedy, kiedy sprawność instalacji solarnej i tak nie ma dla nas większego znaczenia, bo będziemy palić w kotle. Nie dajmy się więc niepotrzebnie naciągnąć!

Najbardziej popularna konfiguracja - dla przeciętnej rodziny - to dwa lub trzy kolektory płaskie o powierzchni 5-7 m2. (fot. Hewalex)

Warto natomiast zwrócić uwagę na dobór odpowiedniego zasobnika c.w.u. Powinien mieć on pojemność od 1,5 do 2 razy większą, niż wynosi dobowe zużycie c.w.u. przez mieszkańców, co w przypadku 4-osobowej rodziny oznacza 300-400 l. Oszczędzanie nie ma sensu, bo zbyt mały zbiornik nie zmagazynuje odpowiedniej ilości ciepła, więc nawet latem przy słonecznej pogodzie wodę będzie musiała dogrzewać grzałka.

Z kolei kupowanie za dużego zbiornika też do niczego dobrego nie prowadzi, bo przy umiarkowanym nasłonecznieniu woda będzie ogrzewana niewystarczająco, co również spowoduje konieczność jej dogrzewania.

Bardzo istotny wpływ na opłacalność inwestycji w instalację solarną mają straty postojowe zbiornika (ilość ciepła traconego, gdy nie jest pobierana ciepła woda - to kwestia jakości jego izolacji cieplnej). Solidni wytwórcy podają ten parametr w katalogach (np. w kWh/24 h).

Ważna jest też skuteczność zabezpieczenia go przed korozją, bo bezpośrednio wiąże się ona z przewidywanym czasem eksploatacji (na pewno warto szukać wyrobów o możliwie długiej gwarancji). Oczywiście najlepszą, ale nietanią propozycją będzie zbiornik ze stali nierdzewnej.

Instalacje solarne w typowych konfiguracjach, np. dla 4-osobowej rodziny, oferowane bywają w pakietach, zawierających wszystko, co potrzebne do montażu. (fot. Gaspol)

INSTALACJA SOLARNA - 5 PRAKTYCZNYCH PORAD

1. Jeżeli budujemy instalację c.w.u. od podstaw i planujemy wykorzystanie ciepła ze słońca, dwuwężownicowy zasobnik solarny można zamontować od razu, a kolektory dołączyć do niego później. W przypadku modernizacji instalacji grzewczej, zasobnik solarny montuje się zwykle zamiast istniejącego zasobnika jednowężownicowego.

Jednak jeśli miejsca w kotłowni nie brak, a istniejący zasobnik c.w.u. jest w dobrym stanie, można ograniczyć koszty inwestycji, rezygnując z zakupu kosztownego zasobnika solarnego. Zamiast niego można kupić zwykły, jednowężownicowy, i połączyć go szeregowo z zasobnikiem ogrzewanym przez kocioł (uwaga: musi być wyposażony w wężownicę o dużej powierzchni wymiany ciepła).

Połączenie musi być wykonane tak, by woda z wodociągu najpierw przepływała przez zbiornik ogrzewany przez wężownicę solarną, a potem przez zasobnik ogrzewany przez kocioł (i grzałkę).

2. Warto pamiętać, że choć miejsca na kolektory słoneczne szukamy zwykle na dachu, to wcale nie jest to jedyna możliwa lokalizacja. W wielu wypadkach kolektory można zainstalować na ścianie budynku, a także bezpośrednio na gruncie. Ograniczenie jest tylko jedno - przez większą część dnia musi oświetlać je słońce.

Trzeba przy tym pamiętać, że jeśli kolektory nie mogą zostać skierowane prosto na południe, to ze względów klimatycznych orientacja na południowy zachód jest lepsza niż na południowy wschód (zamglenia występują u nas częściej rano niż po południu).

Montaż kolektorów na dachu to nie jest jedynym rozwiązaniem. Równie dobrze można ulokować je np. na ścianie. (fot. Makroterm)

3. Coraz większą popularność zdobywają obecnie instalacje solarne typu drain back, czyli tzw. bezciśnieniowe. W instalacji takiej pompa pobiera płyn solarny ze zbiornika i tłoczy do kolektora, skąd spływa on na dół siłami grawitacji, a po przepłynięciu przez wężownicę znów jest zasysany przez pompę.

Instalację tego rodzaju nieco trudniej wykonać (spadki!), odpadają za to problemy ze szczelnością (brak ciśnienia wstępnego) i odpowietrzaniem. Co najważniejsze, nie ma groźby przegrzania zasobnika c.w.u. ani zagotowania płynu w kolektorach, bo kiedy woda w zbiorniku jest już wystarczająco ciepła, pompa kończy pracę i cały płyn solarny spływa na dół do zbiornika.

4. Wszystkie poważne firmy oferujące instalacje solarne zapewniają wsparcie projektowe i należy tego od nich wymagać - zwykle wystarczy skontaktować się z regionalnym przedstawicielem handlowym, który przyśle doradcę technicznego i wskaże sprawdzonych instalatorów.

To ważne, bowiem błędy projektowe potrafią zmniejszyć efektywność działania instalacji o kilkadziesiąt procent i być powodem ciągłych kłopotów eksploatacyjnych. Co gorsza, w odróżnieniu od błędów wykonawczych, które zwykle dość łatwo naprawić, ich usunięcie bywa kosztowne, bo wymaga przebudowy całego systemu.

5. Jeśli ze względu na konstrukcję, orientację geograficzną czy też otoczenie budynku (albo nawet względy estetyczne) nie ma możliwości prawidłowego montażu kolektorów, czyli zagwarantowania ich ekspozycji na południe lub południowy zachód oraz nieprzesłonięcia innymi budynkami, drzewami czy lukarnami, to zawsze należy rozważyć rozwiązania alternatywne, jak choćby montaż powietrznej pompy ciepła do c.w.u.

Adam Jamiołkowski
fot. otwierająca: Hewalex