Budujemy Dom
Instalacje / Kolektory słoneczne / Majster Guru

Jakie korzyści są z posiadania kolektora słonecznego?

Jakie korzyści są z posiadania kolektora słonecznego?

Rozmowy Dociekliwego Inwestora z Majstrem Guru. Majster prosto i zrozumiale tłumaczy, a Inwestor zadaje coraz bardziej dociekliwe pytania… Tym razem szuka odpowiedzi na pytanie, gdzie leżą korzyści wynikające z posiadania instalacji kolektora słonecznego.

Pobierz całość w PDF

Dociekliwy Inwestor:- Chciałem spytać także o kolektory. To chyba nie jest nowy wynalazek?

Majster Guru:- A gdzież tam! Kolektory wywodzą się w prostej linii ze stosowanych od dawna w krajach basenu Morza Śródziemnego ogrzewaczy wody, konstruowanych z pomalowanej na czarno wężownicy i drewnianej obudowy. Działanie typowej instalacji solarnej - proszę zerknąć na rysunek - jest w sumie banalnie proste. Nośnikiem energii jest tzw. płyn solarny, pod którą to dumną nazwą kryje się wodny roztwór glikolu - chodzi o to, by ciecz nie zamarzła w temperaturze poniżej zera. Płyn ten pompa zainstalowana np. w kotłowni tłoczy do kolektora. Tam ogrzewa się on i wraca rurą powrotną do domu, gdzie oddaje ciepło w wężownicy zbiornika ciepłej wody użytkowej (c.w.u.).

- Jak wiele energii słonecznej jesteśmy w stanie przechwycić w ten sposób?

- W naszym klimacie roczny zysk energetyczny z instalacji solarnej wynosi po uwzględnieniu rozmaitych strat 400- -500 kWh na m2 powierzchni kolektora. To brzmi dobrze, ale jest i zła wiadomość - ponad 75% tej energii możemy odebrać od maja do września. Co więcej, nawet w tym okresie kolektory nie gwarantują stałej dostawy energii cieplnej, bo słońce potrafi być przesłonięte chmurami nawet kilka dni z rzędu.

- I wtedy woda będzie zimna...?

- Nie, zwykle podgrzewa ją kocioł przyłączony do drugiej, górnej wężownicy zbiornika c.w.u. Tzw. zbiorniki solarne prawie zawsze mają tę drugą wężownicę, gdyż w przypadku instalacji solarnej regułą jest praca w układzie biwalentnym, czyli w parze z drugim źródłem energii, włączanym wtedy, kiedy słońce "nie daje rady". Najczęściej jest to właśnie kocioł, a w ostateczności - bo wie pan już przecież, że energia elektryczna kosztuje najwięcej - grzałka elektryczna, zamontowana mniej więcej w połowie wysokości zbiornika. Proszę zwrócić uwagę na genialną w swej prostocie konstrukcję solarnego zbiornika c.w.u.

Jeśli słońca jest dość, to ponieważ ciepła woda unosi się do góry, dolna wężownica ogrzewa cały zbiornik. Ciepło jest również przy górnej wężownicy, więc kocioł się nie włącza. Gdy ciepła słonecznego jest za mało, kocioł za pośrednictwem górnej wężownicy ogrzewa jedynie 35-50% pojemności zbiornika, na bieżące potrzeby, ponieważ nie ma sensu magazynować wody ogrzewanej przez kocioł, bo skutkowałoby to dodatkowymi startami ciepła.

Co więcej, jeśli jesienią czy zimą kolektory zdołają ogrzać wodę jedynie do np. 25 stopni, to nie możemy powiedzieć, że nie spełniają swojej roli. Kocioł będzie bowiem jedynie dogrzewał wodę o brakujące 15-20 stopni, a więc zużyje o połowę mniej energii niż w sytuacji, gdyby musiał grzać zimną wodę z wodociągu.

- Kolektory wykorzystuje się tylko do podgrzewania wody?

- Mówiąc z inżynierską precyzją: w naszych warunkach klimatycznych ich głównym zastosowaniem jest wspomaganie wytwarzania ciepłej wody użytkowej. Na prawie całkowite pokrycie zapotrzebowania na ciepłą wodę liczyć można w sezonie wiosenno-letnim, natomiast w zimie udział energii słonecznej będzie wynosił co najwyżej 10-15%.

Schemat typowej instalacji solarnej do wspomagania podgrzewu ciepłej wody użytkowej
Schemat typowej instalacji solarnej do wspomagania podgrzewu ciepłej wody użytkowej

- Zaraz, przecież można zainstalować więcej kolektorów i przechwycić więcej ciepła?

- Nie radzę - to często popełniany błąd! Zwiększy to nieco wydajność instalacji wiosną i jesienią, natomiast zimą zysk energetyczny będzie i tak znikomy. 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. Ponadto instalacja większa, czyli droższa, będzie amortyzować się dłużej, a dodatkowe koszty generować będzie konieczność odbioru nadmiarowego ciepła. Przeciętnej, czteroosobowej rodzinie do podgrzewania wody wystarczą 2-3 kolektory o powierzchni ok. 4-5 m2 (próżniowe) lub 5-7 m2 (płaskie) i tego radzę się trzymać. Gdy mieszkańców jest mniej lub więcej - wartości te trzeba odpowiednio przeliczyć.

- A nie można instalacji solarnej wykorzystać do ogrzewania domu?

- Zapomina pan, że najwięcej energii z kolektorów słonecznych dostajemy nie wtedy, kiedy dom się ogrzewa, ale wtedy, kiedy trzeba go chłodzić. Spożytkowanie ciepła słonecznego nawet nie do ogrzewania, ale do wspomagania ogrzewania jest mocno problematyczne. Aby pozyskana ze słońca energia cieplna mogła w okresie zimy stanowić znaczący udział w bilansie energetycznym budynku, trzeba zainstalować wielokrotnie więcej kolektorów niż do podgrzewania c.w.u. - przynajmniej 30 m2 dla domu o powierzchni 150 m2. Oznacza to bardzo wysokie koszty inwestycji.

Po drugie - jak dużego pola kolektorów byśmy nie zainstalowali, to i tak temperatura wody przez nie podgrzanej nie przekroczy zimą 40-45°C, a to oznacza, że ciepło można wykorzystać jedynie w systemie ogrzewania płaszczyznowego - tak jak w systemie z pompą ciepła.

Po trzecie - duża moc kolektorów stwarza problem, co zrobić z nadmiarem ciepła latem. Można je przeznaczyć do podgrzewania wody w ogrodowym basenie, ale taki basen to u nas rzadkość. Inna możliwość to regeneracja dolnego źródła pompy ciepła, jednak to też sytuacja nieczęsta. Odpowiadając więc wprost na pańskie pytanie: budowa instalacji solarnej do wspomagania ogrzewania to przedsięwzięcie ryzykowne, szczególnie w zestawieniu ze sprawdzonymi rozwiązaniami o porównywalnych kosztach, np. pompą ciepła.

Miesięczna suma promieniowania słonecznego w kWh/m2
Miesięczna suma promieniowania słonecznego w kWh/m2

- Czy w takim razie warto w ogóle instalować kolektory?

- W wielu sytuacjach na pewno tak. Niedroga instalacja do podgrzewu c.w.u. jest uzasadniona zwłaszcza w przypadku ogrzewania budynku kotłem na paliwo stałe, z tych samych względów, które omówiliśmy już, rozmawiając o pompach ciepła do c.w.u. Kolektory będą nieco bardziej kłopotliwe w montażu niż pompa, za to woda będzie podgrzewana prawie za darmo, co szczególnie w wypadku większego zapotrzebowania - na przykład gdy w domu mieszka rodzina wielopokoleniowa - może mieć znaczenie.

- A które kolektory są lepsze, płaskie czy próżniowe?

- Wybór rodzaju kolektorów zależy od tego, jakie będzie przeznaczenie instalacji solarnej. Prosty podział na kolektory płaskie i próżniowe nie jest zresztą precyzyjny, gdyż istnieją też płaskie kolektory z próżniową izolacją termiczną oraz kolektory rurowe niemające izolacji próżniowej. Dla wygody możemy jednak pozostać przy tradycyjnym nazewnictwie, obejmującym większość produktów powszechnie dostępnych.

Kolektor płaski Kolektor próżniowy
Kolektor płaski (po lewej) i próżniowy (po prawej). (fot. Hewalex)

- Chętnie dowiedziałbym się od pana, o co w tym wszystkim chodzi.

- Jest pan bardzo dociekliwym inwestorem, nie pozostaje mi więc nic innego, jak zaspokoić pańską ciekawość. Proszę, tu mamy schemat konstrukcyjny kolektora płaskiego. Pod przezroczystą szklaną taflą znajduje się absorber - metalowa płyta nagrzewana przez promienie słoneczne. Ciepło odbierają od niej miedziane rurki, w których przepływa tzw. płyn solarny. Co zrozumiałe, rurki te trzeba zabezpieczyć przed wychładzaniem (stąd konieczność odpowiedniego termoizolowania), a całość umieścić w obudowie. To wydaje się dość banalne, ale dla trwałości i sprawności kolektora istotne są wszystkie elementy składowe.

Na przykład szkło może być pokryte rozmaitymi powłokami antyrefl eksyjnymi, które zapobiegają odbijaniu promieni słonecznych. Ważna jest też wytrzymałość szkła na uderzenie, deformację itd. Kluczowe znaczenie ma absorber, który musi dobrze przewodzić ciepło i być plastyczny. Wymagania te świetnie spełnia blacha miedziana, ale ona w stanie naturalnym pochłania jedynie niewielką część padającego na nią promieniowania słonecznego. Niech pan zgadnie, ile?

- Połowę?

- Dużo mniej - zaledwie ok. 10 proc.! Dopiero pokrycie jej odpowiednimi powłokami zwiększa zdolność do pochłaniania energii nawet do 90-95 proc.! Lecz to nie koniec wyzwań dla konstruktorów. Obiegająca absorber rura z płynem solarnym może mieć różny kształt, określany takimi pojęciami, jak harfa, meander itp. - wpływa to na opory przepływu, a w praktyce eksploatacyjnej także na łatwość napełniania, opróżniania i odpowietrzania kolektora.

Ważna jest izolacja termiczna, zarówno pod względem jakości i grubości użytego materiału, jak też sposobu zabezpieczenia przed ucieczką ciepła w miejscach najbardziej wrażliwych, np. przejściach przez obudowę. I wreszcie ogromnie istotna jest sama obudowa, choćby dlatego, że jej sztywność musi gwarantować, że szkło kolektora nie rozpryśnie się na kawałki przy pierwszej okazji. Najlepsze są tzw. wanny tłoczone z jednego kawałka metalu, ale - jak łatwo się domyślić - są one najdroższe.

- Taki kolektor to jednak coś znacznie bardziej skomplikowanego niż pomalowana na czarno wężownica.

- Fakt, w każdym razie skomplikowanie konstrukcji tłumaczy, dlaczego na rynku znajdziemy tak wiele kolektorów różniących się ogromnie zarówno ceną, jak też wydajnością i trwałością. Jednak różnorodność kolektorów rurowych jest jeszcze większa! Wie pan, jak powstały?

- Nie.

- Jak wspomnieliśmy, dla sprawności kolektora kluczowe znaczenie ma chroniąca przed ucieczką ciepła izolacja termiczna. A ponieważ najlepszą warstwą izolacyjną jest próżnia, to próbowano budować kolektory o szczelnej obudowie, z której wnętrza wypompowywano powietrze. Były one jednak nietrwałe. Aż w końcu ktoś wpadł na pomysł "pocięcia" kolektora płaskiego na sekcje, które umieszczono w oddzielnych rurach próżniowych. Wymyślono też dodatkowe zwierciadła, kierujące promieniowanie słoneczne na absorber. W rezultacie kolektor rurowy ma nie tylko większą sprawność w niskiej temperaturze otoczenia, lecz także lepiej przechwytuje światło rozproszone. Ponadto poszczególne rury można ustawiać niezależnie od całego kolektora, co bardzo przydaje się tam, gdzie nie da się go zamontować optymalnie, czyli "frontem do słońca". Jest też możliwość naprawy kolektora poprzez wymianę pojedynczych, uszkodzonych rur.

Budowa kolektora płaskiego
Budowa kolektora płaskiego. (fot. Viessmann)

- Skoro kolektory rurowe są lepsze niż płaskie, to po co montować te drugie?

- A pan koniecznie chce zapłacić za cud techniki, czy możliwie tanim kosztem pozyskiwać ciepło? Kolektory rurowe są o 20-30% droższe od płaskich porównywalnych pod względem mocy nominalnej, a to znacznie wydłuża okres zwrotu inwestycji w instalację solarną. W praktyce, jeżeli nie ma znaczenia, że oszczędności na kosztach przygotowania c.w.u. osiągane będą głównie późną wiosną, latem i wczesną jesienią, to nic nie uzasadnia użycia kolektorów rurowych, bo płaskie sprawdzą się równie dobrze.

W przypadku dogrzewania wody w basenie są nawet efektywniejsze. Kolektory rurowe mogą zapewnić nieco większe oszczędności na kosztach podgrzewania wody w skali całego roku, za to okres zwrotu inwestycji będzie dłuższy. Nawet w instalacjach do wspomagania ogrzewania, gdy ważna jest sprawność zimą, stosuje się oba typy kolektorów. Próżniowe są efektywniejsze, ale różnicę można skompensować, montując więcej kolektorów płaskich, co wobec różnicy w cenie bywa w przypadku dużych instalacji opłacalne.

- Już wiem, co pan powie! Jak zwykle - wszystko trzeba przeliczyć!

- Nie inaczej, zresztą uwaga inwestorów skupia się najczęściej na kolektorach, ale co najmniej równie istotny jest wybór 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 daje 300-400 l. Oszczędzanie nie ma sensu, bo zbyt mały zbiornik nie zmagazynuje odpowiedniej ilości ciepła, więc nawet latem przy słonecznej pogodzie wodę będzie musiał dogrzewać kocioł.

Z kolei kupowanie za dużego zbiornika też do niczego dobrego nie prowadzi, bo w okresach przejściowych - wiosną i jesienią - woda będzie ogrzewana niewystarczająco, co także zmusi kocioł do pracy. Zresztą całą konfigurację instalacji solarnej warto dobrze przemyśleć, ja szczególnie polecam układ bezciśnieniowy.

- A co to znaczy?

- Jego działanie nieźle wyjaśnia angielskie określenie drain back. W klasycznej instalacji solarnej płyn znajduje się pod ciśnieniem i wypełnia ją całą, oprócz oczywiście naczynia wzbiorczego. W systemie bezciśnieniowym pompa pobiera płyn ze zbiornika i wysyła do kolektora, skąd spływa on na dół siłami grawitacji i - po przepłynięciu przez wężownicę - znów jest zasysany przez pompę. Instalację tego rodzaju nieco trudniej wykonać, odpadają za to problemy ze szczelnością pod ciśnieniem i odpowietrzaniem. I, co najważniejsze, nie ma groźby przegrzania zasobnika c.w.u. ani zagotowania płynu w kolektorach, bo kiedy ciepła jest już dosyć, pompa po prostu kończy pracę i cały płyn solarny spływa na dół do zbiornika.

Na pytania odpowiadał: Adam Jamiołkowski
fot. otwierająca: Hewalex

Instalacja solarna głównie do podgrzewania wody w basenie

Być może dopiero po zamontowaniu osłony na basen, niewymiarowa instalacja solarna wystarczy do podgrzania wody i w basenie i w domu. Korzystanie przez kilka miesięcy w roku z darmowej ciepłej wody w domu jest oczywiście przez nas pożądane, ale w przypadku naszego gospodarstwa domowego drugorzędne. Wolimy mieć cieplejszą wodę w basenie - Kajetan, czytelnik Budujemy Dom, który użytkuje instalację solarną od 4 lat.

topowe produkty

Hewalex: solarne wspomaganie ogrzewania domu

Koszty ogrzewania stanowią największe obciążenie budżetu domowego. W zależności od standardu energetycznego budynku mogą one stanowić od 60 do 80% całkowitych rocznych kosztów eksploatacyjnych. Poszukiwanie korzystnego rozwiązania systemu ogrzewania jest niełatwym zadaniem ze względu na aspekty techniczne i ekonomiczne.
Thermomax i Varisol - nowe kolektory próżniowe Hewalex
Thermomax i Varisol - nowe kolektory próżniowe Hewalex Firma Hewalex rozszerzyła ofertę kolektorów próżniowych o typoszereg Thermomax i Varisol podejmując współpracę z uznanym producentem ...
Hewalex Ekontrol - zdalny nadzór instalacji solarnej i pompy ciepła
Hewalex Ekontrol - zdalny nadzór instalacji solarnej i pompy ciepła Sezon urlopowy już w pełni, ale dzięki systemowi EKONTROL można mieć pod kontrolą instalację solarną i pompę ciepła.
Pompy ciepła Hewalex z tytułem Budowlana Marka Roku 2016
Pompy ciepła Hewalex z tytułem Budowlana Marka Roku 2016 Marka HEWALEX została nagrodzona tytułem Brązowa Budowlana Marka Roku w kategorii POMPY CIEPŁA za sukcesy w kreowaniu silnej marki na rynku ...
Newsletter BudujemyDom.pl
Zapisz się do naszego bezpłatnego newslettera i otrzymuj najświeższe informacje prosto na Twoją skrzynkę e-mailową.
Miesięcznik Budujemy Dom - wersja elektroniczna gratis!
Zapisz się na bezpłatny newsletter BudujemyDom.pl, a otrzymasz najnowszy numer miesięcznika Budujemy Dom w wersji elektronicznej. Do rozdania mamy 50 egzemplarzy. Ty otrzymasz jeden z nich całkowicie za darmo.
Dlaczego warto się zapisać?
Aktualności z rynku budownictwa jednorodzinnego, porady budowlane, najciekawsze tematy z forum.budujemydom.pl, zapowiedź tematu tygodnia oraz raportu miesiąca dostępnego w serwisie w pełnej wersji.
x

Zamknij okno x
Newsletter
Zapisz się do naszego bezpłatnego newslettera i otrzymuj najświeższe
informacje prosto na Twoją skrzynkę e-mailową.
Budujemy Dom - wersja elektroniczna gratis!
Zapisz się na bezpłatny newsletter BudujemyDom.pl, a otrzymasz najnowszy numer miesięcznika Budujemy Dom w wersji elektronicznej. Do rozdania mamy 50 egzemplarzy. Ty otrzymasz jeden z nich całkowicie za darmo.     
Dlaczego warto się zapisać?
- aktualności z rynku budownictwa jednorodzinnego;
- porady budowlane;
- najciekawsze tematy z forum.budujemydom.pl;
- zapowiedź tematu tygodnia oraz raportu miesiąca dostępnego w serwisie w pełnej wersji.
Zapisz się do newslettera
Klub Budujących Dom


Wypełniaj ankiety i zbieraj punkty
na bezpłatną prenumeratę
i inne nagrody

  • Polecamy również
    Czas na Wnętrze Vademecum Domu Energooszczędnego ABC Budowania Dom Polski Wnętrza Twój Dom Twój Styl
Wydanie tabletowe