Kiedy kolektory dają najwięcej ciepła

Kolektory słoneczne to coraz popularniejszy sposób podgrzewania wody. Jakie wybrać i gdzie je zamontować, by były najefektywniejsze.
Z daniem wielu fachowców instalacja solarna w Polsce sprawdza się przede wszystkim do podgrzewania wody do mycia lub przydomowego basenu. Wykorzystanie jej do wspomagania ogrzewania domu jest z pewnością sensowne, ale ze względu na koszty na razie dyskusyjne. Opłacalność stosowania kolektorów do podgrzewania wody zależy od rodzaju źródła ciepła, z którego do tej pory korzystamy lub będziemy korzystać. Gdy używamy do tego energii elektrycznej, gazu płynnego lub oleju opałowego, czas zwrotu takiej instalacji wyniesie od 6 do 10 lat. Jeśli jednak będzie to tanie ciepło z sieci miejskiej, gaz ziemny, węgiel lub biomasa - czas jej zwrotu przekroczy 15 lat. Przy pompie ciepła będzie to jeszcze dłużej.

Rodzaje kolektorów

Płaski. Ma kształt płyty o grubości około 10 cm. Głównym jego elementem jest blacha (absorber) pokryta warstwą pochłaniającą promieniowanie słoneczne. Pod nią znajdują się miedziane rury, którymi przepływa niezamarzający płyn (glikol). Odbiera on wytworzone ciepło i transportuje je do zbiornika, w którym znajduje się woda. Od góry kolektor jest przykryty specjalną szybą przepuszczającą nawet 95% promieni słonecznych. Sprawność kolektora płaskiego zależy w dużym stopniu od ograniczenia strat przez obudowę. Izoluje się więc go z boków i od spodu wełną mineralną.

Próżniowy. Składa się z pojedynczych szklanych rur, w których znajduje się absorber otoczony próżnią. W ten sposób znacznie ograniczono straty ciepła do otoczenia. Poza tym absorber szybciej się ogrzewa, nawet przy małym natężeniu promieniowania słonecznego, czyli w pochmurne i zimne dni. Kolektory te mają wysoką wydajność, dzięki czemu pozyskują tę samą ilość energii cieplnej, przy mniejszej wielkości w porównaniu z płaskimi. Na przykład do ogrzewania wody dla rodziny 4-osobowej potrzebne będą dwa kolektory płaskie o powierzchni około 5 m2 lub jeden próżniowy o powierzchni 3 m2.

Miejsce dla kolektora

Najczęściej panele słoneczne montuje się na dachu, ale wielu producentów podaje, że miejsce montażu jest dowolne - na przykład na elewacji. Można też je ustawić obok budynku - w ogrodzie na konstrukcji wsporczej.

Dach spadzisty. Na takim dachu kolektory instaluje się albo na pokryciu, albo wbudowuje w połać.

Na pokryciu można położyć zarówno kolektor płaski, jak i próżniowy. Oba rodzaje mocuje się za pomocą haków o odpowiedniej wysokości oraz szyn, które dostarczane są przez producenta paneli słonecznych.

W połaci dachowej montuje się wyłącznie modele płaskie. Rozwiązanie to najczęściej wybierają inwestorzy, którzy oprócz paneli słonecznych montują też okna dachowe. Wtedy najlepiej skorzystać z oferty jednego producenta.

Do uszczelnienia tego zestawu przed przedostawaniem się wody stosuje się specjalne kołnierze. Co ważne, do każdego typu pokrycia (dachówka ceramiczna) można dobrać odpowiedni rodzaj kołnierza, a nawet jego kolor.

Dodatkową korzyścią z takiego rozwiązania jest to, że kolektory zespolone z oknami dachowymi zastępują część pokrycia, więc należy go kupić odpowiednio mniej.

Dach płaski. Przy takim umieszczeniu niezbędna jest konstrukcja wsporcza, która wykonana jest ze stali nierdzewnej lub aluminium. Ciężar dwóch kolektorów płaskich i wsporników (standardowy zestaw do przygotowania ciepłej wody do mycia dla 4-osobowej rodziny) nie przekracza 100-120 kg, więc takie rozwiązanie jest możliwe w zasadzie na każdym płaskim dachu. Kolektory mocuje się do konstrukcji dachu lub ustawia się na wolno stojących wspornikach z obciążeniem.

W ogrodzie. Jeśli dach ma skomplikowany kształt i z tego powodu zbyt małą powierzchnię nadającą się do montażu kolektora płaskiego, fachowcy polecają właśnie to rozwiązanie. Wówczas rury doprowadzające ciepło od kolektora do zbiornika solarnego znajdującego się w domu (w kotłowni lub pomieszczeniu wielofunkcyjnym) prowadzi się w ziemi w odpowiednio grubych otulinach. Dzięki temu straty ciepła są ograniczone do minimum.

Na elewacji. Na ścianach albo jako balustrada balkonu umieszcza się przede wszystkim kolektory próżniowe. Mają one wysoką sprawność, więc zajmują mniejszą powierzchnię w porównaniu z płaskimi, łatwo więc znaleźć na nie miejsce. Zaletą tego rozwiązania jest to, że rury próżniowe można obracać wokół osi, co znacznie ułatwia korygowanie kąta nachylenia absorbera do promieni słonecznych. Poza tym niektóre rodzaje rur można wymieniać, bez konieczności przerywania pracy całej instalacji.

Dobór powierzchni

Aby dokładnie określić potrzebną nam powierzchnię kolektorów, należy najpierw przeprowadzić obliczenia za pomocą specjalistycznych programów komputerowych. Jednak w standardowej instalacji zwykle korzysta się z ogólnych wskaźników.

Do podgrzewania wody do mycia.

1,2-1,5 m2/osobę - kolektor płaski

0,8-1,0 m2/osobę - kolektor próżniowy

Do podgrzewania wody w basenie zewnętrznym.

0,4-0,7 m2 pow. basenu - kolektor płaski

0,4-0,5 m2 pow. basenu - kolektor próżniowy

Do podgrzewania wody w basenie zadaszonym.

0,25-0,4 m2 pow. basenu - kolektor płaski

0,25-0,3 m2 pow. basenu - kolektor próżniowy

Zmiany w ustawieniu a wydajność

Jeśli instalacja solarna jest dobrze zaprojektowana i wykonana, to zgodnie z danymi uzyskanymi za pomocą specjalistycznych programów komputerowych można w ciągu całego roku zaoszczędzić od 50 do 65% energii zużywanej do podgrzewania wody.

Aby to potwierdzić, prowadzono przez dwa lata obserwacje domu jednorodzinnego znajdującego się niedaleko Wrocławia *), w którym pracę układu grzewczego zasilanego kotłem gazowym wspomaga instalacja słoneczna. Składa się ona z dwóch kolektorów płaskich o łącznej powierzchni 5 m2 oraz 300-litrowego zasobnika na wodę. Panele słoneczne są pochylone do poziomu pod kątem 42 stopni i przesunięte względem kierunku południowego o 11 stopni na wschód. Jak widać z wykresu, instalacja solarna od kwietnia do września dostarczyła ponad 90% ciepła potrzebnego do przygotowania ciepłej wody do mycia. W miesiącach letnich - czerwcu, lipcu i sierpniu - było to blisko 100%. Dzięki temu w tym czasie kocioł gazowy w ogóle nie włączał się, aby zagrzać wodę. Natomiast w styczniu i grudniu kolektory pokryją niewiele ponad 20% potrzebnego ciepła do przygotowania ciepłej wody. Pozostałą część należy dostarczyć na przykład z kotła na gaz. Gdyby natomiast, policzyć średnią ze wszystkich miesięcy, to wyniosłaby ona aż 76%.

Dla tej instalacji słonecznej wykonano również symulację komputerową obrazującą, jak zmienia się jej efektywność w zależności od położenia kolektorów względem stron świata i pochylenia do poziomu.

Gdyby zostały ustawione na zachód, to ich roczna sprawność spadłaby o 16%, a na wschód - o 10%. Jeśli natomiast kolektory byłyby zwrócone na południe, ale zmniejszymy kąt ich pochylenia do poziomu do 20 stopni, to wydajność spadnie o 3%, a przy kącie 60 stopni - tylko o 1%.

*) na podstawie książki: Kolektory słoneczne do podgrzewania wody użytkowej. Efektywność i opłacalność inwestycji. Dr inż. Jarosław Dąbrowski, Wydawnictwo Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu, rok 2009.

Gotowe zestawy słoneczne

Obecnie wszystkie firmy oferują możliwość zakupu gotowych zestawów solarnych. Taki pakiet zawiera komplet niezbędnych elementów: kolektor, zbiornik na wodę, zestaw z pompą, odpowietrznik, naczynie przeponowe chroniące przed wzrostem ciśnienia w instalacji, niezamarzający płyn, szyny montażowe, elektroniczny regulator czuwający nad pracą całego układu.

Kupując gotowy zestaw, mamy gwarancję, że poszczególne części zestawu są odpowiednio dobrane, a cena niższa niż elementów kupowanych oddzielnie.

Koszt zakupu i montażu instalacji do podgrzewania wody dla 4-osobowej rodziny waha się od 9 do 13 tys. zł.

Zapisz się na NEWSLETTER. Co tydzień najnowsze wiadomości o budowie, remoncie i wykańczaniu wnętrz w Twojej poczcie e-mail: Zobacz przykład



Więcej o: