Kolektory słoneczne: ciepła woda z dachu

Słońce podgrzewa wodę w ciemnym naczyniu. Ta prosta zasada, znana od wieków, stosowana jest w płaskich kolektorach słonecznych (zobacz zdjęcie), w których energia promieni słonecznych podgrzewa płyn solarny, a ten z kolei transportuje energię do wymiennika ciepła. Dzięki temu możliwe jest ogrzewanie wody energią słoneczną, której zalety są bezdyskusyjne: jest ona bezpłatna, nieszkodliwa dla środowiska i pewna. Wszyscy mamy do niej nieograniczony dostęp, a ona sama ma ogromną moc.

Choć Polska nie należy do miejsc najsilniej nasłonecznionych na Ziemi, i u nas wykorzystanie energii słonecznej do ogrzewania wody, a nawet domu, może mieć realny wymiar ekonomiczny.

System solarny

System płaskich kolektorów cieczowych składa się z kolektorów słonecznych, regulatora elektronicznego, stacji solarnej i zasobnika (zobacz zdjęcie). Najważniejszą częścią systemu jest kolektor, który gromadzi energię słoneczną i podgrzewa płyn solarny, będący nośnikiem ciepła. Sercem kolektora jest najczęściej aluminiowy bądź miedziany absorber z meandrycznymi rurkami miedzianymi, umożliwiającymi przepływ płynu solarnego. Światło słoneczne dociera do powierzchni absorbera poprzez hartowane szkło solarne, które przepuszcza maksymalną ilość energii i zatrzymuje ciepło wewnątrz kolektora. Za pomocą pompy płyn solarny dociera do wymiennika i podgrzewa zgromadzoną w zasobniku wodę użytkową bądź grzewczą.

Zobacz elementy systemu solarnego

Regulator elektroniczny steruje całą instalacją oraz ją kontroluje. Jeśli energia słoneczna nie wystarcza w 100% do podgrzania wody w zasobniku, automatycznie włączany jest zazwyczaj tradycyjny kocioł grzewczy, który dogrzewa wodę do żądanej temperatury.

Kolektory w dachu

Obok kolektorów "nadachowych" montowanych za pomocą szyn i uchwytów na gotowym dachu, dostępne są na rynku systemy kolektorów płaskich, których konstrukcja pozwala na integrację z dachem. Kolektory te instalowane są bezpośrednio na drewnianych łatach dachowych i zastępują fragment pokrycia, a sposób ich montażu jest podobny jak okien dachowych.

Integrację kolektorów z dachem umożliwiają aluminiowe kołnierze uszczelniające, dostosowane do różnego rodzaju pokryć. Wszystkie przewody i rury ułożone są pod dolną częścią kołnierza oraz blachami okrywającymi, które chronią je przed czynnikami zewnętrznymi.

Same kolektory są wprawdzie nieco wyższe niż profilowane dachówki, ale można je niemal zlicować z dachem. Tego typu płaska konstrukcja nie jest narażona na uszkodzenie czy zerwanie elementów mocujących przez podmuch silnego wiatru. Kolektory takie są ponadto mniej narażone na uszkodzenia mechaniczne w wyniku osuwającego się zlodowaciałego śniegu. Rozwiązanie to nie naraża kolektorów na "chłodzenie" przez wiatr, dzięki czemu nie obniża ich sprawności cieplnej.

Zobacz schemat budowy kolektora słonecznego

Kolektor taki jest częścią pokrycia dachowego, nie ma więc nieszczelności powstałych na skutek ingerencji konstrukcji wsporczej w połać dachową, a pokrycie pod kolektorami nie jest narażone na korozję. Ponieważ pod powierzchnią kolektorów nie ma pokrycia dachowego, więc tę oszczędność warto uwzględnić w kalkulacji kosztów instalacji solarnej.

Przy konserwacji lub naprawie dostęp do instalacji pod kołnierzami uszczelniającymi nie wymaga demontażu kolektorów. Szkło hartowane, które jest w stanie wytrzymać nacisk 300 kg/m2, chroni całość przed rozbiciem przez grad.

Dodatkowo płaski system solarny powinien być zabezpieczony przed skutkami przegrzania. W niektórych rozwiązaniach po osiągnięciu granicznej temperatury, w której płyn solarny paruje, kolektory są automatycznie z niego opróżniane. Płyn trafia wówczas do naczynia wzbiorczego, a stamtąd, po schłodzeniu, ponownie wraca do kolektora.

Płaskie kolektory montowane w dachu można w różny sposób zestawiać z oknami dachowymi, dzięki jednakowym ich rozmiarom, a także za sprawą niskiego montażu na równi z pokryciem dachowym. Mimo różnych modułów dach zachowuje jednolity charakter, bez wystających elementów. Sposób montażu powoduje, że system solarny tego typu najbardziej opłaca się montować w budowanych i modernizowanych budynkach.

Powierzchnia kolektorów

Dostępne na rynku zarówno kolektory słoneczne rurowe, jak i płaskie cieczowe zbudowane są z modułów umożliwiających dopasowanie ich powierzchni do dziennego zużycia ciepłej wody.

Zużycie to zależy od liczby osób w gospodarstwie domowym oraz od tego, do jakich innych celów woda ma być wykorzystywana - czy jedynie do mycia, czy również do wspomagania centralnego ogrzewania lub podgrzewania wody w basenie.

Jeśli więc nosimy się z zamiarem zakupu kolektorów słonecznych, czynniki te, podobnie jak możliwości ich usytuowania względem słońca oraz wielkość nasłonecznienia w rejonie lokalizacji domu, należy wziąć pod uwagę już na etapie ich planowania.

W stosunkowo prosty sposób można szacunkowo obliczyć parametry instalacji. Przyjmuje się, że średnio na osobę powinno przypadać 1-1,5 m2 powierzchni kolektora płaskiego. Czteroosobowa rodzina potrzebuje zatem do podgrzania wody użytkowej zestaw o powierzchni 4-6 m2. Objętość zasobnika powinna wynosić od 120 do 150 l na kolektor.

Jeśli instalacja solarna ma również wspomagać ogrzewanie domu, to przyjmuje się 1 m2 powierzchni kolektora na 10 m2 ogrzewanej podłogi.

Ile ze słońca

Średnie roczne nasłonecznienie w Polsce (ok. 1000 kWh/m2) pozwala według obliczeń producentów dostarczyć za pomocą systemu solarnego około 70% energii potrzebnej do ogrzania wody użytkowej w gospodarstwie domowym. Oznacza to w praktyce, że od kwietnia do sierpnia system solarny może zapewnić samowystarczalność energetyczną w tym zakresie, a w pozostałych miesiącach zredukować zużycie energii potrzebnej do ogrzania wody.

Najlepiej, jeśli kolektory słoneczne są umiejscowione w południowej połaci dachu (azymut 0°). Małe odchylenia położenia w kierunkach wschód i zachód powodują nieznaczne straty w wydajności - maksymalnie 10%. Podobnie minimalne są straty przy niewielkim zacienieniu. Przy odchyleniu większym niż 30° od kierunku południowego powinniśmy o około 10% zwiększyć powierzchnię kolektorów. Przy odchyleniu większym niż 45° - nawet o 20%. Jeśli nie można skierować kolektorów wprost na południe, należy wybrać raczej stronę zachodnią.

Nachylenie dachu powinno wynosić między 25 a 50°. Właściwy kąt nachylenia ma decydujący wpływ na wydajność systemów solarnych, szczególnie tych wspomagających ogrzewanie. Mniejszy kąt nachylenia zwiększa wydajność energetyczną latem, większy z kolei pozwala na lepsze osiągi w okresie zimowym. Jeśli chcemy, by instalacja solarna wspomagała centralne ogrzewanie zimą, kąt nachylenia dachu powinien być jak największy. Jeśli natomiast - by podgrzewała wodę w basenie latem, dach powinien być bardziej płaski.

***

Na obecnym etapie rozwoju technologicznego w naszej strefie klimatycznej obydwa rodzaje kolektorów są w stanie tylko w okresie wiosenno-letnim pokryć w pełni zapotrzebowanie na ciepłą wodę. Wysiłki producentów napawają jednak nadzieją. Nowe materiały i rozwiązania poprawiają trwałość i skuteczność instalacji, wydłużają czas ich życia, a tym samym zwiększają opłacalność i skracają czas zwrotu inwestycji.

Żeby jednak kolektory zbłądziły na strzechy, państwo powinno w zdecydowanie większym stopniu niż dotąd dołożyć się do każdego montowanego na dachu kolektora.

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