Instalacja solarna zamontowana w domu jednorodzinnym przypomina standardową instalację grzewczą - z tym że rolę kotła przejmują kolektory słoneczne, a w rurach zamiast gorącej wody płynie niezamarzający płyn. Stanowi on mieszaninę wody i glikolu, a jego zadaniem jest transport ciepła z kolektorów do zasobnika ciepłej wody. Pobieraną stąd wodę wykorzystuje się do mycia, kąpieli i sprzątania. W niektórych domach instalacja solarna służy też do podgrzewania wody w basenie, rzadziej - do wspomagania ogrzewania budynku. Ta ostatnia jest bowiem najbardziej skomplikowana, potrzebne są znaczne nakłady inwestycyjne, a korzyści nie są duże.

Elementy instalacji solarnej

Niezależnie od tego, czy instalacja solarna podgrzewa wodę na cele użytkowe, czy w basenie, zawsze składa się z podobnych elementów. Najważniejsze są oczywiście kolektory słoneczne, które najczęściej montuje się na dachu, choć można je ustawić również w ogrodzie lub umieścić na elewacji. Absorbują one (pochłaniają) energię promieniowania słonecznego, co powoduje podniesienie temperatury czynnika solarnego. Podgrzany czynnik przetłaczany jest przez pompę obiegową za pomocą miedzianych lub stalowych rur (aby uniknąć strat ciepła pokrywa się je izolacją) do zasobnika ciepłej wody.

System solarny wyposażony jest w odpowiednie zabezpieczenia. Pierwsze z nich to membranowe naczynie wzbiorcze. Chroni ono instalację przed uszkodzeniem przy nadmiernym wzroście ciśnienia płynu solarnego wywołanego podniesieniem jego temperatury, a co za tym idzie wzrostem jego objętości. Drugie to zawór bezpieczeństwa, który stanowi dodatkową ochronę instalacji solarnej podczas jej pracy. A za sterowanie całym układem odpowiedzialny jest solarny regulator temperatury.
 

Najlepsze miejsce dla kolektora

Wydajność paneli słonecznych w dużym stopniu zależy od ich ustawienia względem stron świata oraz kąta nachylenia dachu.  W Polsce najlepiej byłoby, aby były one skierowane na południe i pochylone pod kątem 30-40 stopni. Przed montażem kolektorów zwróćmy też uwagę na to, aby na ich powierzchnię nie rzucały cienia wysokie drzewo lub sąsiedni budynek. Pozyskiwanie energii w takiej sytuacji może być utrudnione i spowodować spadek ich sprawności.

Rodzaje kolektorów

W instalacjach solarnych stosuje się dwa rodzaje kolektorów:

  płaskie, w których absorberem jest płaska płyta wykonana z materiału dobrze przewodzącego ciepło - miedzi, aluminium lub stali. Pokryta jest ona powłoką pochłaniającą promieniowanie słoneczne. Do płyty przymocowane są przewody, w których płynie płyn solarny odbierający wytworzone ciepło. Od spodu i z boku płyta absorbera jest zabezpieczona warstwą izolacji cieplnej ograniczającej straty ciepła do otoczenia. Od góry natomiast przykrywa ją szyba ze szkła hartowanego. Powinna się ona cechować nie tylko odpornością na uderzenia, na przykład gradu, ale przede wszystkim wysoką przepuszczalnością dla pozyskiwanej energii słonecznej; 

  rurowe - zbudowane z pojedynczych próżniowych rur szklanych. W każdej z nich znajduje się absorber z zamontowaną rurką, w której nagrzewa się czynnik roboczy. Próżnia znacznie ogranicza straty ciepła do otoczenia, a dzięki takiemu rozwiązaniu absorber szybciej się nagrzewa, nawet w pochmurne dni. Kolektory te mają wyższą sprawność niż płaskie, są jednak od nich droższe.

 Przygotowanie wody do mycia

W instalacji solarnej przygotowującej ciepłą wodę do mycia, kąpieli i sprzątania stosuje się zasobniki określane przecz fachowców jako biwalentne, czyli wyposażone w dwie wężownice grzejne (obie mają postać spirali). Dolna wężownica służy do podłączenia układu solarnego, a górna - do podłączenia dodatkowego źródła ciepła, na przykład gazowego kotła kondensacyjnego. Automatyka solarna mierzy temperaturę na wyjściu z kolektorów słonecznych i w dolnej części zasobnika. Jeżeli w kolektorach będzie ona wyższa o nastawioną wartość (przeważnie 5-8 stopni) od temperatury w zasobniku, uruchamia się pompa obiegowa i płyn solarny odbiera ciepło z kolektorów, oddając je wodzie w zasobniku przez dolną wężownicę grzewczą. Z kolei automatyka kotła mierzy temperaturę wody w górnej części zbiornika. Gdy woda zostanie w nim ogrzana przez kolektory do temperatury oczekiwanej przez użytkownika, kocioł się nie włączy. W ten sposób całą objętość wody w zasobniku biwalentnym zyskujemy dzięki działaniu promieni słonecznych. A gdy temperatura wody w górnej części zasobnika jest za niska, wtedy kocioł dogrzewa ją do temperatury wymaganej. Tak dzieje się przede wszystkim zimą, ale i latem, podczas pochmurnych lub deszczowych dni. Zwróćmy uwagę, że kocioł ogrzewa tylko około połowy pojemności zbiornika.

  Dobór. Podczas projektowania instalacji solarnej dla domów jednorodzinnych przyjmuje się, że powinna ona pokryć około 50-65% zapotrzebowania rocznego na ciepłą wodę do mycia i zmywania, zaś w miesiącach letnich - prawie 100%.

Dokładne obliczenie niezbędnej powierzchni kolektorów najlepiej powierzyć projektantowi lub instalatorowi. Wymaga to bowiem przeprowadzenia specjalnych obliczeń. Dzięki temu unikniemy doboru naprzykład za dużego zasobnika czy zbyt dużej powierzchni kolektorów, co naraziłoby nas na niepotrzebne koszty.

W standardowej instalacji do szacunkowego określenia wielkości kolektorów można korzystać z ogólnych wskaźników. Zazwyczaj przyjmuje się, że na każdego mieszkańca powinno przypadać od1,2 do 1,5 m2 powierzchni kolektora płaskiego i od 0,6 do 0,8 m2 - próżniowego. Zatem dla czteroosobowej rodziny zużywającej dziennie około 240 l wody o temperaturze 60°C (to 343 l wody o temperaturze 45°C) wystarczy zamontować dwa kolektory płaskie o powierzchni 4,5 m2.

Uwaga! Zasada ta dotyczy kolektorów zamontowanych na południowej połaci dachu, nachylonej pod kątem 45°. Jeśli są one umieszczone inaczej, stosuje się współczynniki korygujące, zwiększające powierzchnię kolektorów od 5 do 20%.

Dobierając wielkość zasobnika, należy zwrócić uwagę na to, że praca kolektorów rozmija się z czasem, kiedy najbardziej potrzebujemy ciepłej wody. Podczas porannego szczytu poboru wody kolektory jeszcze nie działają, a wieczorem po naszym powrocie z pracy już nie działają. Zbiorniki biwalentne muszą więc zgromadzić odpowiedni jej zapas i stąd wynika ich duża pojemność. Dla rodziny trzyosobowej zwykle poleca się zasobniki o pojemności 250-300 l, a dla rodziny czteroosobowej - 300-400 l.

  Koszt. W zależności od rodzaju zastosowanych kolektorów (rurowe są droższe niż płaskie) oraz wielkości zasobnika ciepłej wody koszt zakupu całego systemu solarnego przygotowującego wyłącznie wodę do mycia oraz zmywania dla rodziny czteroosobowej waha się od blisko 7 tys. do 15 tys. zł, z czego 30-40% stanowią koszty samych kolektorów.

Najbardziej opłacalne finansowo jest kupowanie kolektorów w całych pakietach. Poza niższą ceną mamy wtedy gwarancję, że poszczególne części zestawu są odpowiednio do siebie dobrane.

Solarne grzanie wody w basenie wewnętrznym

 Instalacja solarna ogrzewająca wodę w basenie wewnętrznym użytkowanym przez cały rok często służy również do przygotowania ciepłej wody domycia oraz sprzątania. Wynika to stąd, że ta dodatkowa opcja powoduje tylko nieznaczne zwiększenie powierzchni kolektorów słonecznych. Natomiast cały układ solarny wymaga rozbudowy o specjalny wymiennik - pełni on rolę przekaźnika ciepła wytworzonego przez kolektory do układu wody basenowej. Musi być wykonany z materiału o dużej odporności na korozję (np. stali nierdzewnej), jest bowiem na nią szczególnie narażony w wyniku kontaktu z wodą zawierającą chlor. Całym systemem steruje (podobnie jak poprzednio) regulator solarny. Mierzy on temperaturę wody w basenie, na wyjściu z kolektorów słonecznych oraz w dolnej części zasobnika biwalentnego. W układzie tym w pierwszej kolejności podgrzewana jest woda do mycia, a następnie woda w basenie. Jeżeli chcemy natomiast korzystać z basenu również zimą, podobnie jak z ciepłej wody, do jej ogrzania stosujemy na przykład gazowy kocioł kondensacyjny.

  Dobór. Najwięcej ciepła basen traci przez powierzchnię wody. Dlatego, aby to ograniczyć, zaleca się przykrywanie basenu (nawet wewnętrznego), na przykład roletą. Zakładając, że basen ma wymiary 8×4 m, czyli powierzchnię 32 m2, a woda będzie w nim podgrzewana do temperatury 25-26°C, należy zamontować około sześciu kolektorów. Wynika to z przyjęcia wskaźnika, że na m2 powierzchni basenu potrzebne jest 0,4 m2 kolektora (32 m2×0,4 = 12,8 m2 wymaganej powierzchni kolektorów. Dzieląc tę wartość przez średnią powierzchnię pojedynczego panelu, otrzymamy 12,8:2 = 5,4 czyli 6 kolektorów).

  Koszt. Planując ogrzewanie wody w basenie wewnętrznym kolektorami słonecznymi, należy liczyć się z wydatkiem rzędu 10-20 tys. zł.

 Solarne grzanie wody w basenie zewnętrznym

 
W naszych warunkach korzystanie z basenu zewnętrznego przez całe lato nie jest możliwe bez zastosowania odpowiednich przykryć basenowych oraz podgrzewania wody. Wynika to z konieczności utrzymywania temperatury wody w basenie na poziomie 26-27°C (wtedy kąpiel jest w nim przyjemna). Aby woda mogła się nagrzać w sposób naturalny do takiej temperatury, potrzeba słonecznych dni i ciepłych nocy. Niestety, w naszym klimacie takie sprzyjające warunki nie zdarzają się co roku, a i wtedy trwają nie dłużej niż 30 dni. Nawet podczas ciepłego lata większość nocy jest dość chłodna, a w efekcie nagrzana w ciągu dnia woda szybko się wychładza. W wyniku parowania aż 66% zgromadzonego w wodzie ciepła jest bowiem tracona. Dlatego tak ważne jest przykrywanie basenu na noc, na przykład folią termiczną czy specjalną roletą.

    Dobór. O zapotrzebowaniu basenu na ciepło decyduje jego wielkość - im jest większy, tym wyższe są koszty ogrzewania w nim wody. Najczęściej szacunkowo przyjmuje się, że powierzchnia kolektorów powinna być co najmniej równa połowie powierzchni basenu. Jeśli zatem mamy basen o wymiarach 8×4 m (czyli mający powierzchnię 32 m2), powierzchnia kolektorów powinna wynieść 16 m2. Potrzeba do tego ośmiu kolektorów o wymiarach 2×1 m.

    Koszt. Za taki układ solarny - z zasobnikiem biwalentnym o pojemności 300 l, układem sterującym i całym niezbędnym osprzętem instalacyjnym - trzeba zapłacić 12-19 tys. zł.

  Tańsze rozwiązanie. Aby obniżyć koszty całej inwestycji do 6-12 tys. zł, można zastosować system, w którym przez kolektory przepływa nie mieszanina glikolu lecz przefiltrowana woda z basenu. Dzięki temu nie trzeba też montować specjalnego wymiennika rozdzielającego układ solarny od basenowego. Pamiętajmy jednak, że należy wtedy przed zimą opróżnić kolektory, aby nie uległy uszkodzeniu.

Innym tanim rozwiązaniem jest zakup solarnych mat grzewczych wykonanych z materiału odpornego na promieniowanie UV i rozłożenie ich w pobliżu basenu. Mata solarna zbudowana jest z dużej liczby cienkich kanalików, przez które przepływa woda. Pod wpływem działania promieni słonecznych jej temperatura podnosi się nawet o 10°C.

Tego typu rozwiązania stosuje się raczej do mniejszych basenów lub konstrukcji wolno stojących, często demontowanych na okres zimowy. Koszt zakupu maty w zależności od powierzchni basenu waha się od 1 tys. do 4 tys. zł.

Choć zakup kolektorów słonecznych nie jest tanim przedsięwzięciem, warto się nimi zainteresować. Obecnie w Polsce właściciele domów jednorodzinnych mają możliwość wzięcia preferencyjnego kredytu ekologicznego. W jego ramach niektóre banki udzielają pożyczki na tzw. energie odnawialne, która może być oprocentowana tylko na 1% w skali roku. Niektóre gminy oferują specjalne dotacje inwestorom, którzy zamontują instalację solarną.

Poza tym stosowanie kolektorów coraz bardziej się opłaca, gdyż stale rosną ceny paliw i energii. Rozwiązanie to polecane jest szczególnie wtedy, gdy zużywamy dużo ciepłej wody do mycia. Jeśli założymy, że czteroosobowa rodzina potrzebuje dziennie około 240 l wody o temperaturze 60°C; to instalacja solarna z dwoma kolektorami płaskimi o powierzchni 4,5 m2 gwarantuje nam, że pobierzemy około 300 m3 mniej gazu ziemnego, czyli zaoszczędzimy około 570 zł (przy cenie gazu z opłatami przesyłowymi wynoszącej 1,90 zł).

Z kolei wykorzystując panele słoneczne do podgrzewania wody w basenie wewnętrznym, zużyjemy około 1 tys. m3 mniej gazu rocznie, czyli obniżymy koszty eksploatacji o 1900 zł.

ŹRÓDŁO: Jerzy Grabek, Beata Zielińska

www.instalacje-poloczek.pl