Zasady działania instalacji solarnych - to warto wiedzieć

Czym są instalacje solarne?

Jest to zespół urządzeń, które umożliwiają przekształcenie energii słonecznej w energię cieplną. Instalacja solarna do grzania wody jest rozpoznawalna po kolektorach słonecznych, które najczęściej montowane są na dachach budynków. Istnieje możliwość zamontowania ich również na ziemi - potrzebny jest jednak specjalny stelaż. Odpowiednio przekształcona energia słoneczna umożliwia uzyskanie ciepłej wody użytkowej. Jest to idealne wsparcie dla istniejących systemów podgrzewania czynnika grzewczego c.w.u. - zwłaszcza kotłów na paliwo stałe.

Instalacje solarne składają się z takich elementów jak: kolektory słoneczne, grupa pompowa, rury, zbiornik ciepłej wody, naczynie wzbiorcze i odpowietrznik. Ważnym elementem całej instalacji jest nośnik energii cieplnej, czyli płyn propylenowy lub etylenowy. Zastosowanie konkretnego z nich jest uzależnione od wymagań instalacji solarnej przewidzianej przez producenta.

Gdzie wykorzystuje się instalacje solarne?

Najczęściej swoje zastosowanie znajdują w domach jednorodzinnych oraz niewielkich budynkach użytkowych, jak np. kilkupiętrowe biurowce. Ogrzewanie solarne w zależności od wielkości instalacji, może stanowi lekkie lub znaczące wsparcie w dostarczaniu ciepłej wody użytkowej.

Odczuwalna w kosztach eksploatacji będzie instalacja solarna wspierająca kotły elektryczne. Ogrzewanie elektryczne (zwłaszcza w sezonie grzewczym) nie należy do najtańszych. Wykorzystując instalację solarną, kocioł zostanie mocno odciążony, co pozwoli zredukować koszty związane z jego użytkowaniem.

W przypadku kotłów na paliwa stałe, nie tylko pozwala to zaoszczędzić pieniądze w sezonie grzewczym, ale przede wszystkim poza nim. Jeżeli źródło ciepłej wody użytkowej pochodzi właśnie z niego, to poza sezonem grzewczym musimy go specjalnie uruchamiać. Wtedy z pomocą przychodzi instalacja solarna, która eliminuje tę konieczność. Odpowiednio wydajna, jest w stanie w pełni zaspokoić dobowe potrzeby użytkowników na c.w.u., a jest to ok. 80 L/dobę.

Jak ustawia się kolektory słoneczne?

Z racji swojej konstrukcji, kolektory słoneczne by były najbardziej efektywne, muszą znajdować się w odpowiedniej odległości od podłoża. Dlatego tak często montowane są na dachach. Kierunek ich ustawienia również nie jest bez znaczenia. Ustawia się je w kierunku południa, a kąt nachylenia powinien wynosić od 40o do 50o. To pozwala na wykorzystanie maksymalnego potencjału każdego kolektora słonecznego.

Jeżeli jednak odpowiednie ustawienie nie jest możliwe, lub dachówka nie pozwala na montaż kolektorów, mamy również inne rozwiązania. Nowoczesne montaże pozwalają na to, by kolektory słoneczne zostały zamontowane na ścianie, balkonie lub gruncie. Czy oznacza to, że ich potencjał nie zostanie w pełni wykorzystany? Nic z tych rzeczy. Nawet w przypadku, gdy kolektor nie może być ustawiony tak, jak wspomnieliśmy wcześniej, istnieje również możliwość skorzystania z innego konfiguracji. Pozycjonuje się go wtedy w kierunku południowo-wschodnim lub południowo-zachodnim. Nachylenie zaś ustawia się między 25o a 55o.

Panele solarne a kolektory słoneczne - czym się różnią?

Choć zdarza się, że pojęcia te używane są naprzemiennie w Internecie, to tak naprawdę są to zupełnie inne urządzenia.

Kolektory słoneczne umożliwiają pozyskanie ciepła z energii słonecznej. Dzieje się tak przy pomocy absorberów. W zależności od konstrukcji - próżniowa lub płaska - ich układ jest nieco inny. W obu przypadkach przyjmują one promieniowanie i akomodują ciepło, które przekazywane jest do tzw. cieczy roboczej. Ta następnie przekazywana jest do dalszej części instalacji, która odbiera z niej energię cieplną.

Natomiast panele solarne - czyli panele fotowoltaiczne - mają za zadanie pozyskać z promieniowania słonecznego, energię elektryczną. W tym przypadku rolę odbiorcy energii pełnią kryształki krzemu, które odbierają promieniowanie. Wytworzony prąd stały przekazywany jest dalej do inwertera, który przekształca go na prąd zmienny. Fotowoltaika wykorzystywana jest do zasilania urządzeń na prąd w budynku, jak np. pompy ciepła, przez co może skutecznie wspierać ogrzewanie.

W obu przypadkach należy pamiętać, że efektywność rozwiązania jest mocno uzależniona od nasłonecznienia danego miejsca czy regionu. Kiedy dni są krótsze, ilość promieniowania spada, jednak nie oznacza to, że kolektory słoneczne czy panele solarne praktycznie przestają pracować. Ilość pozyskanej energii cieplnej lub elektrycznej jest ściśle powiązana z mocą instalacji, a co za tym idzie - jej efektywnością. Im mocniejsza instalacja solarna - tym więcej ciepła uda się pozyskać w dobrych, jak i niesprzyjających warunkach.

Schemat prostej instalacji solarnej

Skoro wiemy już z czego się składa oraz czym różnią się instalacje solarne od fotowoltaicznych, należy omówić sposób ich działania. W pierwszej kolejności promieniowanie słoneczne pada na kolektory słoneczne. Zawarty w nich np. płyn propylenowy odbiera ciepło z absorberów i dzięki pompie obiegowej, która znajduje się w zespole pompowym - krąży po instalacji. Nasz czynnik grzewczy przenoszony jest do wężownicy, która umożliwia nagrzanie wody w zbiorniku na ciepłą wodę użytkową. Tam płyn czynnik grzewczy oddaje swoją temperaturę, po czym wraca z powrotem do obiegu, by ponownie akomodować energię cieplną.

Po drodze znajduje się naczynie wzbiorcze, które ma za zadanie unormować ciśnienie cieczy w instalacji. Montowane jest w najwyższym punkcie obiegu wody w instalacji. W ten sposób minimalizuje się ryzyko uszkodzenia jej, poprzez przelanie lub zbyt wysokie ciśnienie.

Nie możemy zapomnieć o odpowietrzniku, który pełni również bardzo ważną rolę. Kiedy ciśnienie w instalacji solarnej jest za duże, odpowietrznik umożliwia jego bezpieczne ujście w odpowiedniej ilości. W ten sposób unikniemy rozsadzenia instalacji, jednocześnie zachowując jej pełną efektywność.

Podłączenie solarów do istniejącej instalacji solarnej - czy to możliwe?

Tak, jest to możliwe. Nie oznacza to jednak, że nie obejdzie się bez drobnych przeróbek. Przede wszystkim główną rolę będzie odgrywał tu zbiornik, a dokładniej to, czy posiada wpięcie na jedną czy dwie wężownice. Dlaczego to istotne?

Powiedzmy sobie szczerze - kolektory słoneczne nie zawsze będą w stanie dostarczyć odpowiednią ilość energii cieplnej, by w pełni ogrzać wodę w zbiorniku. Wtedy przydaje się wspierane źródło ogrzewania wody użytkowej, czyli kocioł. Jeżeli zasobnik posiada dwie wężownice, to ogrzewaniem wody może zająć się instalacja solarna oraz wspomniany kocioł.

W przypadku gdy jednak czeka nas znacząca modernizacja instalacji zapewniającej ciepłą wodę użytkową, warto wziąć pod uwagę kompletne zestawy solarne, dostosowane do naszych potrzeb. W ten sposób otrzymujemy instalację solarną, którą wystarczy tylko odpowiednio podłączyć.

Czy instalacja solarna się opłaca?

Nie da się ukryć, że zdecydowanie tak. Po pierwsze w znaczącym stopniu w okresie od maja do września, ograniczy nasze wydatki na ogrzewanie wody użytkowej. Pobór energii elektrycznej czy celowe uruchamianie kotła na paliwo stałe, wiąże się z niemałymi kosztami, zwłaszcza gdy część energii zostanie zmarnotrawiona. Jeżeli jednak wspiera nas instalacja solarna, to zdecydowana część ciepła (zwłaszcza w tym okresie) zostanie wygenerowana przez kolektory słoneczne, a my nie będziemy się martwić poborem energii elektrycznej lub spalaniem np. węgla czy pelletu. Jak podają niektóre źródła, instalacja solarna może zaspokoić aż do 70% zapotrzebowania rocznego na ciepłą wodę.

Po drugie jest to ekologiczne rozwiązanie. Energia słoneczna zalicza się do źródeł odnawialnych, a działanie instalacji solarnej nie jest szkodliwe dla środowiska. Jest to ważne w kontekście zmian klimatycznych, które pogłębiają się z roku na rok.

Po trzecie instalacje solarne cechują się małą awaryjnością i wygodą użytkowania. Raz ustawione mogą działać bez zarzutu przez wiele lat, jednak jak każde urządzenia grzewcze, wymagają regularnych serwisów i w razie konieczności - napraw.

Kolektory słoneczne - serwis czy wymiana?

Tu właśnie pojawia się zasadność przeprowadzania regularnej inspekcji stanu technicznego kolektorów. Badanie ich stanu nie należy do najdroższych, a może pozwolić na zaoszczędzenie czasami nie małej kwoty.

Jeżeli jednak pojawi się usterka - zwłaszcza poważniejsza - może pojawić się pytanie, czy nie lepiej kupić nowy kolektor słoneczny? Odpowiedź zależy w sumie od dwóch czynników.

Pierwszy to koszty naprawy względem wartości kolektora. Jeżeli naprawa znacznie przewyższa jego wartość - odpowiedź nasuwa się sama. Jeżeli jednak jest to kosztowo drobna naprawa, warto rozważyć ile dany kolektor nam już służy. Co prawda podzespoły instalacji są tworzone z myślą o wieloletniej, bezawaryjnej pracy, ale z czasem mogą zacząć występować drobne usterki. Naprawiane na czas sprawiają, że instalacje solarne, serwis z nimi związany oraz eksploatacja, wychodzą bardzo korzystnie w kalkulacjach. Jeżeli zatem nasz kolektor jest stosunkowo nowy, a naprawa nie będzie mniej opłacalna od zakupu nowego - warto skusić się na serwis.

Instalacja solarna - cena która potrafi zaskoczyć

Inwestycja w taką instalację nie należy do najtańszych, jednak warto zastanowić się nad tym w dłuższej perspektywie czasu. Warto zaznaczyć, że inwestycje związane z odnawialnymi źródłami energii zwracają się przeważnie w kilka lat od momentu ich montażu.

W zależność od tego, jak bardzo rozbudowana będzie nasza instalacja solarna oraz jakie będzie dzienne zużycie ciepłej wody użytkowej, można orientacyjnie wyliczyć jak szybko zwróci się nam ta metoda ogrzewania wody. Drożejąca energia elektryczna oraz opał, mogą przyspieszyć stopę zwrotu z inwestycji, ale posiadając instalację solarną - nie będzie to dla nas tak bardzo uciążliwe.

Ceny instalacji solarnych zaczynają się od kilku tysięcy złotych. W zależności od zapotrzebowania np. na ilość kolektorów czy pojemność zbiornika na ciepłą wodę użytkową, ceny te będą ulegać zmianie.