Budowa instalacji solarnej. Zobacz jak możesz uzyskać ciepłą wodę wykorzystując energię słoneczną
Do funkcjonowania systemu przygotowywania ciepłej wody wykorzystującego energię słoneczną nie wystarczą same kolektory słoneczne. Jest to oczywiście najważniejszy element instalacji słonecznej, ale gdy spojrzymy na jej kosztorys, okaże się, że nierzadko ich cena nie stanowi nawet połowy kosztów całego przedsięwzięcia. Sprawdź co jeszcze jest potrzebne i do czego służy?
Autor: Mariusz Bykowski
Ważnym elementem instalacji jest stacja solarna z pompą obiegową i innymi urządzeniami zabezpieczającymi i kontrolnymi.
Zasobnik na wodę
Istotną pozycję w kosztorysie zajmuje zasobnik nazywany solarnym. Jest niezbędny do magazynowania podgrzanej wody, a tym samym energii pozyskanej dzięki kolektorom słonecznym.
W najczęściej stosowanym rozwiązaniu ciecz (zwykle wodny roztwór glikolu) ogrzana w kolektorze jest transportowana do znajdującego się w zasobniku wymiennika ciepła i dopiero za jego pośrednictwem ogrzewa wodę. Zasobniki solarne mają większą pojemność od tych przeznaczonych do współpracy wyłącznie z kotłami. Poza tym są to najczęściej urządzenia biwalentne, czyli umożliwiające podgrzewanie wody przez dwa źródła – poza kolektorami może to być kocioł grzewczy lub pompa ciepła. Mają więc nie jeden, ale dwa wymienniki ciepła, zwykle w postaci wężownic (są też wymienniki rurowe w zasobnikach ładowanych warstwowo) i są nazywane dwuwężownicowymi (patrz rys. 1). Dopóki energia dostarczana z kolektorów wystarcza do podgrzewania wody, drugie źródło ciepła nie pracuje.
Oprócz (albo zamiast) drugiego wymiennika zasobnik solarny może mieć też króciec do zamontowania elektrycznej grzałki. Stosuje się ją, gdy źródłem ciepła w domu jest kocioł na paliwo stałe, który nie uruchamia się samoczynnie, albo gdy w domu jest wyłącznie ogrzewanie elektryczne. Takie rozwiązanie sprawia, że ciepłej wody nie zabraknie nawet podczas złej pogody. W dodatku nie jest do tego potrzebna nasza ingerencja – kocioł lub grzałka są uruchamiane automatycznie, gdy temperatura wody w zasobniku spadnie poniżej ustawionej wartości.
Jeżeli chcemy, by instalacja słoneczna wspomagała także ogrzewanie pomieszczeń, potrzebny nam będzie inny zasobnik – dwupłaszczowy (z drugim zbiornikiem wewnątrz – patrz rys. 2). Ciecz ogrzana w kolektorach zasila wymiennik ciepła umieszczony w przestrzeni między zewnętrznym a wewnętrznym płaszczem zasobnika. Od wymiennika ogrzewa się wypełniająca tę przestrzeń woda zasilająca instalację centralnego ogrzewania. Ona z kolei ogrzewa także wodę użytkową wypełniającą wewnętrzny zbiornik. W wewnętrznym zbiorniku jest drugi wymiennik zasilany przez kocioł lub pompę ciepła, które uruchamiają się, gdy energia słoneczna nie jest w stanie zapewnić wymaganej temperatury wody.
Autor: Agnieszka i Marek Sterniccy
Najczęściej w instalacjach słonecznych do przygotowywania ciepłej wody użytkowej stosowany jest zasobnik biwalentny z dwoma wymiennikami ciepła (dwuwężownicowy) (rys. 1).
Regulator
Regulator nazywany solarnym służy do sterowaniem instalacją. Odbiera sygnały z czujników temperatury mierzących ją na wyjściu cieczy z kolektora oraz w zasobniku, na wysokości wymiennika ciepła instalacji słonecznej. Gdy różnica temperatury przekroczy ustaloną wartość, regulator uruchamia pompę obiegową wymuszającą przepływ cieczy przez kolektory i wymiennik zasobnika. Jeżeli regulator komunikuje się ze sterownikiem kotła, możliwa jest automatyczna optymalizacja jego pracy, aby w jak największym stopniu wykorzystywać energię słoneczną.
Pompa obiegowa
Wymusza krążenie cieczy w instalacji, dzięki czemu możliwy jest transport ciepła z kolektorów do wymiennika w zasobniku. Prędkość obrotowa wirnika pompy może być zmienna, wtedy regulator dostosowuje ją do ilości energii odbieranej przez kolektory słoneczne (wolniejszy przepływ, gdy temperatura absorbera jest niższa). Pompa obiegowa pobiera energię elektryczną, dlatego działanie instalacji słonecznej nie jest zupełnie darmowe. Koszt tej energii w małej instalacji nie przekracza jednak kilkudziesięciu złotych rocznie, dlatego często jest pomijany w rozważaniach o opłacalności stosowania kolektorów.
Grupa bezpieczeństwa
To naczynie wzbiorcze, zawór bezpieczeństwa i manometr będące niezbędnymi elementami każdej instalacji grzewczej. Gdy temperatura wypełniającego ją płynu wzrasta, zwiększa się jego objętość. By nie spowodowało to wzrostu ciśnienia, co mogłoby doprowadzić do rozerwania elementów instalacji, nadmiar płynu przejmuje naczynie wzbiorcze z elastyczną membraną. Jeśli mimo to ciśnienie wzrośnie ponad bezpieczną wartość, otwiera się zawór bezpieczeństwa i nadmiar płynu wypływa do specjalnego pojemnika (ponieważ płyn zwykle zawiera glikol, nie można odprowadzać go do kanalizacji). W grupie bezpieczeństwa zwykle znajduje się także zawór do napełniania/opróżniania instalacji.
Hamulec grawitacyjny
Jest nim zawór uniemożliwiający przepływ płynu przez instalację po wyłączeniu pompy obiegowej. Gorący płyn wypełniający wymiennik ciepła w zasobniku mógłby na skutek naturalnej siły wyporu przepływać w stronę wychłodzonych nocą kolektorów. W ten sposób ciepło z zasobnika byłoby tracone. Zastosowanie zaworu zapobiega temu niepożądanemu zjawisku.
Stacja solarna
Nazywana jest też grupą pompową. To oferowane w komplecie i fabrycznie zmontowane: pompa, hamulec grawitacyjny, złączka do grupy bezpieczeństwa, a do tego termometry, manometr, przepływomierz, zawory odcinające, a niekiedy także regulator. Całość jest umieszczona w obudowie chroniącej przed stratami ciepła.
Odpowietrznik automatyczny
Urządzenie to montuje się w najwyższym punkcie instalacji (przy górnej krawędzi kolektora) wraz z zaworem odcinającym, który powinien być zamknięty po odpowietrzeniu układu. Odpowietrznik służy do usunięcia z rur powietrza, które uniemożliwiałoby krążenie w nich cieczy. Jeżeli w systemie jest zainstalowany separator powietrza, to z odpowietrznika można zrezygnować. Instalację trzeba wtedy odpowietrzyć jednorazowo po napełnieniu jej pompą napełniającą.
Instalacje solarne mogą być grawitacyjne, czyli bez pompy obiegowej
Ruch cieczy w rurach jest w nich wywołany zmianą jej gęstości na skutek zmiany temperatury. Taka instalacja jest prostsza i oczywiście tańsza od pompowej, w dodatku nie trzeba jej zasilać energią elektryczną.
Jednak jej zastosowanie pociąga za sobą pewne ograniczenia. Przede wszystkim kolektory słoneczne muszą się znaleźć poniżej zasobnika z podgrzewaną wodą, a rury łączące elementy instalacji muszą być krótkie, z jak najmniejszą liczbą załamań, by opory przepływu były jak najmniejsze. Z tego samego względu układy grawitacyjne pracują zwykle jako bezpośrednie – w zasobniku nie ma wężownicy, a przez kolektory słoneczne przepływa woda użytkowa (ze studni lub z wodociągu), która następnie płynie do kranów. Ciągły kontakt absorbera z wodą nieuzdatnioną jest przyczyną jego przyspieszonego zniszczenia na skutek zarastania kamieniem. Dodatkowo, ponieważ w ujemnej temperaturze woda zamarza, instalacja nie może pracować, gdy robi się zimno – z tego względu tego typu systemy są popularne jedynie w krajach o klimacie zdecydowanie cieplejszym niż nasz.
