Jak działa kolektor słoneczny? Dlaczego to świetny wybór do ogrzewania wody? Jak wybrać najlepsze urządzenie? Jakich błędów unikać w instalacji? Odpowiedź na najważniejsze pytania o kolektory słoneczne znajdziesz poniżej.
Nie ma tańszego sposobu na ciepłą wodę użytkową, niż zestaw kolektorów słonecznych – to niepodważalne. Porównywalny koszt ogrzania dają tylko pompy ciepła a wszystkie pozostałe urządzenia grzewcze zostają daleko w tyle i pociągają za sobą już zdecydowanie większe koszty. Wykorzystanie licznych zalet kolektorów słonecznych wymaga jednak pewnej wiedzy - wszystko co ważne, znajdziesz w tym artykule.
ABC - co to jest kolektor słoneczny i do czego służy
Kolektor słoneczny jest urządzeniem służącym do zamiany energii promieniowania słonecznego na energię cieplną – to najprostsza definicja. Wykorzystane w układzie grzewczym, którego przykładową konfigurację dokładniej omawiamy w dalszej części artykułu, służą do przygotowania ciepłej wody użytkowej. Podstawową funkcją kolektorów słonecznych jest ogrzewanie wody użytkowej. Kolektory słoneczne są w stanie zapewnić nawet o 60% niższe koszty ogrzewania c.w.u. niż inne rozwiązania. W sezonie zimowym, kiedy wydajność zestawu solarnego może okazać się niewystarczająca, przygotowanie ciepłej wody może być wspomagane przez inne urządzenie grzewcze, np. pompę ciepła czy kocioł c.o. lub w prosty sposób przez grzałkę elektryczną w zbiorniku.
Terminologia - co kryją dane techniczne
Zanim wybierzemy konkretny zestaw solarny warto poznać podstawowe parametry kolektorów słonecznych, które mają istotne znaczenie podczas wybierania odpowiedniego zestawu do naszego budynku. Należą do nich:
- Powierzchnia czynna kolektora (apertura) - jest to płaszczyzna, na którą bezpośrednio padają promienie słoneczne. Od wielkości tej powierzchni zależy uzysk kolektora.
- Sprawność optyczna - jest to max. sprawność, którą mogą osiągnąć kolektory, uzyskiwana przy braku strat ciepła.
- Współczynniki strat ciepła a1 oraz a2 - służą do określenia strat cieplnych. Współczynnik a1 (liniowych strat ciepła - [W/m2K]) odgrywa zasadniczą rolę przy niskich różnicach temperatur pomiędzy kolektorem a jego otoczeniem (w okresie letnim), natomiast współczynnik a2 (strat nieliniowych - [W/m2K2]) ma decydujące znaczenie w okresie zimowym. Im niższe współczynniki strat ciepła, tym kolektor osiąga większą sprawność.
- Moc kolektora - określa jaką ilość ciepła kolektor jest w stanie wygenerować w konkretnych warunkach pogodowych. Kolektory słoneczne zazwyczaj działają w zakresie temperatur 30 - 50 K = °C, np. gdy temperatura zewnętrzna wynosi 30°C temperatura absorbera wynosi 60°C. Powyższe parametry możemy sprawdzić w tzw. skróconych test raportach, które można znaleźć na stronach internetowych producenta kolektorów słonecznych oraz na stronie Solar Keymark (certyfikat Solar Keymark jest świadectwem wysokiego standardu kolektora).
Co do czego, czyli jak to działa
Wbrew pozorom zasada działania układu z kolektorami słonecznymi nie jest skomplikowana. Przedstawią ją poniższy schemat. (Rys. 1).
Rys. 1 - Schemat działania systemu solarnego do c.w.u.
W polskich warunkach geograficznych, instalacja solarna może spełniać 3 funkcje:
- Podgrzewanie c.w.u.
- Wspomaganie instalacji c.o.
- Wspomaganie instalacji c.t. (ciepła technologicznego, np. podgrzewu wody basenowej).
Kombinacja tych funkcji umożliwia stworzenie czterech podstawowych wariantów zastosowania instalacji solarnej:
Układy z wykorzystaniem paneli solarnych mogą być bardzo rozbudowane, np. w formie Hybrydowych Systemów Grzewczych, obejmujących dwa lub więcej źródeł zasilania.
Gdzie i jak montować kolektory słoneczne
Odpowiedź jest prosta - kolektory powinny być skierowane na południe, na wprost słońca (prostopadle do promieni), choć dopuszcza się odchylenie nawet do 45° na wschód lub zachód. Wiąże się to jednak ze zmniejszeniem uzysków energetycznych o ok. 5%. Kolektory nie powinny znajdować się w miejscach zacienionych. Najlepsza jest odkryta przestrzeń, możliwie bez cienia w ciągu całego dnia. Najbezpieczniej wykorzystać do tego fabryczne zestawy producenta. Będziemy mieli wówczas gwarancję, że wszystkie elementy zostały właściwie skonfigurowane i będą do siebie pasowały. W katalogach można znaleźć zestawy i akcesoria montażowe dla każdej konfiguracji systemów solarnych – niezależnie od ilości paneli i sposobu montażu, np. do dachów płaskich i pochyłych z pokryciem dachówką, blachą, papą czy gontem. Do tego uchwyty korygujące, haki i śruby również do różnego rodzaju pokryć dachowych.
Rys. 2 - Sposoby usytuowania kolektorów słonecznych
Unikaj błędów
Kolektory słoneczne są obecne na rynku już od kilkunastu lat i zostały w tym czasie bardzo udoskonalone. Współczesne panele są bardzo wydajne i trwałe. Najlepsze marki uzyskują ponad 80-procentową sprawność optyczną, np. KSG 21 Premium GT ma sprawność nawet 82,9%. Samo urządzenie, choćby najdoskonalsze, to jednak nie wszystko. Ważna jest staranna i fachowa instalacja, która zapewni wysoką efektywność i długowieczność systemu. Do najczęstszych błędów montażowych, które niekorzystnie wpływają na uzyski całej instalacji należą m.in.:
- Zaniedbania w zaizolowaniu rur zasilania i powrotu. Każdy niezaizolowany kawałek rury odpowiada za straty ciepła. Im więcej tych strat, tym gorsza sprawność całej instalacji solarnej.
- Zamontowanie czujnika temperatur po stronie wejścia glikolu do kolektora. Prawidłowo zainstalowany czujnik powinien być umieszczony na wylocie ciepłego glikolu z kolektora. Niewłaściwe zamontowanie czujnika powoduje schłodzenie go przez zimny glikol wychodzący ze zbiornika c.w.u., co wymusza załączenie oraz szybkie wyłączenie pompy solarnej, czyli nieprawidłowe działanie instalacji solarnej.
- Nieprawidłowe ustawienia sterownika – przy programowaniu sterownika należy w pierwszej kolejności wybrać schemat, który jest przewidziany do danej instalacji solarnej, a następnie ustawić temperaturę startu kolektora, maksymalną temperaturę w zasobniku włączyć i wyłączyć pompę. Po prawidłowym ustawieniu sterownika przez osobę uprawnioną instalacja solarna działa automatycznie. Często zdarza się, że nastawy są zmieniane przez osoby bez wiedzy i doświadczenia, co w efekcie powoduje zbyt niską temperaturę w zbiorniku, zbyt późne włączenie pompy solarnej, czy włączenie nocnego schładzania zbiornika.
- Uruchomiona całodobowa cyrkulacja, co skutkuje wychładzaniem zbiornika. Cyrkulacja powinna pracować okresowo kilka minut w ciągu godziny. Dobrym sposobem są rozwiązania „zabezpieczające”, takie jak start pompy cyrkulacyjnej wraz z włączeniem oświetlenia w łazience lub zastosowanie pompy programującej. Kolejnym błędem dotyczącym cyrkulacji jest niezaizolowanie rur, co wywołuje dodatkowe straty ciepła.
- Łączenie rur instalacyjnych z kolektorami słonecznymi tzw. "lutem miękkim" - nie zdarza się zbyt często, ale skutkiem takiego połączenia może być rozszczelnienia instalacji.
- Zły dobór poszczególnych elementów zestawu solarnego - najczęściej dochodzi do przewymiarowania instalacji solarnej, czyli założenia zbyt dużej liczby kolektorów w stosunku do pojemności zbiornika, co powoduje tzw. „przegrzewy”, np. w przypadku zamontowania zbiornika solarnego o poj. 200 l. do instalacji słonecznej z 4 kolektorami o powierzchni brutto 2,1m2. Projektując zestaw przyjmuje się jeden kolektor 2,1m2 na 100 l. wody, czyli 4 kolektory powinny współpracować ze zbiornikiem 400 l. W okresie letnim kolektory szybko nagrzeją zbiornik 200 l. do temperatury zadanej i dojdzie do tzw. „przegrzewów”. Podobnie będzie w sytuacji, gdy woda ogrzewana w instalacji nie jest pobierana przez dłuższy czas, np. kiedy osoby użytkujące system wyjeżdżają na dłuższe wakacje.
- Zbyt mała pojemność naczynia solarnego - powoduje to wzrost ciśnienia w instalacji i w efekcie uruchomienie zaworu bezpieczeństwa.
- Nieprawidłowe umiejscowienie kolektorów słonecznych, np. nie należy montować ich w miejscach, gdzie dochodzi do zacienienia - w pobliżu drzew czy kominów, gdzie dodatkowo osadzająca się sadza na szybie kolektorów powoduje mniejsze przenikanie promieni słonecznych. W przypadku instalowania kilku rzędów kolektorów trzeba wyliczyć odpowiednią odległość pomiędzy nimi, aby nie zasłaniały się wzajemnie.
Rys. 3 - Zestaw solarny Galmet
Pamiętaj o przeglądach
Po każdym sezonie letnim, a przed sezonem zimowym, instalacja solarna powinna być poddana przeglądowi, podczas którego zostaną sprawdzone:
- Krzepliwość płynu solarnego (glikolu propylenowego).
- Ciśnienia na manometrze grupy solarnej.
- Poprawność działania układu sterowania systemu.
- Stan izolacji termicznej, szczególnie w części narażonej na działanie czynników atmosferycznych.
- Organoleptyczne badanie ewentualnych wycieków płynu solarnego.
- Stan anody magnezowej w zasobniku c.w.u.
Fachowiec pomoże (bezpłatnie)
W przypadku jakichkolwiek problemów z wyborem elementów systemu grzewczego, jego konfiguracją czy dopasowaniem do potrzeb inwestora, mieszkańców czy warunków obiektu zawsze można skorzystać z bezpłatnej pomocy ekspertów Krajowego Centrum Doradztwa Techniki Grzewczej. Można się z nimi skontaktować telefonicznie pod nr. 77 403 45 60 lub mailowo pod adresem solary@galmet.com.pl.
mgr inż. Artur Bernardt
Krajowy doradca ds. kolektorów słonecznych
kom. +48 77 403 45 60
solary@galmet.com.pl
