Jakie kolektory słoneczne wybrać? Vademecum dla kupujących solary
Wielkość kolektorów słonecznych musi być taka, by w jak największym stopniu pokrywały zapotrzebowanie na ciepło, ale jednocześnie nie wytwarzały jego nadwyżek. Na co jeszcze zwracać uwagę, wybierając solary.
Instalacja słoneczna jest kosztowna, więc nie wykonuje się jej z przewymiarowaniem. Precyzyjne obliczenia są możliwe z wykorzystaniem programów symulacyjnych, zazwyczaj będących w posiadaniu producentów czy też dystrybutorów.
W przypadku niewielkich instalacji do domów jednorodzinnych, w których podgrzewane jest do 500 l wody, duża dokładność nie jest niezbędna do prawidłowego doboru urządzeń, dlatego obliczenia zwykle przeprowadza się, korzystając z gotowych tabel lub wykresów, przy pewnych założeniach upraszczających. Ponieważ metoda obliczeń nie jest znormalizowana, różni producenci mogą sugerować nieco inne założenia.
Uzyskany wynik i tak trzeba dopasować do parametrów dostępnych na rynku urządzeń (powierzchni kolektorów, pojemności zasobników) oraz zasobności portfela. Jak to zrobić? Za optymalne uznaje się założenie, że kolektory zaspokoją 50-70% rocznego zapotrzebowania na ciepło do podgrzewania wody użytkowej, przy czym latem powinny móc dostarczać 100% potrzebnej energii. Jest to punkt wyjścia do zwymiarowania elementów instalacji. Ustalenie jej parametrów przeprowadza się w następującej kolejności.
- Obliczenie pojemności zasobnika na ciepłą wodę.
- Określenie orientacyjnej powierzchni kolektorów.
- Dopasowanie jej do usytuowania i kąta nachylenia powierzchni absorbera.
- Dobór liczby kolektorów o określonej powierzchni.
- Dobór pozostałych elementów instalacji (pompy, armatury, elementów automatyki).
Pojemność zasobnika
Zależy od liczby osób korzystających z ciepłej wody i tego, ile potrzebują jej każdego dnia. Przyjmuje się, że w domu lub mieszkaniu o podstawowym standardzie jest to dziennie minimum 40 l wody o temperaturze 45°C, a jeśli standard ma być wysoki – nawet 80 l.
Objętość zasobnika solarnego powinna się mieścić między 1,2 a 1,8 dziennego zapotrzebowania. A zatem wzór na obliczenie pojemności zasobnika wygląda tak:
pojemność zasobnika = 1,2÷1,8 x liczba osób x dzienne zapotrzebowanie na ciepłą wodę jednej osoby.
W przypadku rodziny czteroosobowej otrzymujemy:
1,2÷1,8 x 4 x 40÷80 l = 192÷576 l.
Jeżeli zadowoli nas najniższy standard (jesteśmy w stanie oszczędnie gospodarować ciepłą wodą), wystarczy nam zasobnik o pojemności 200 l. Gdy nie chcemy się ograniczać, powinniśmy zainwestować w taki, który pomieści od 300 do 500 l wody.
Jednocześnie trzeba brać pod uwagę, że w przypadku wyposażenia łazienki w wannę z hydromasażem pojemność zasobnika powinna wynosić co najmniej 300-500 l (w zależności od wielkości wanny), nawet gdy w domu mieszka tylko jedna osoba.
Dobór powierzchni kolektorów słonecznych
Określa się ją przy założeniu najkorzystniejszych warunków ich pracy, to znaczy skierowania powierzchni absorbera dokładnie na południe i pochylenia pod kątem umożliwiającym padanie promieni słonecznych prostopadle do jego powierzchni – w naszej szerokości geograficznej oznacza to około 40°. Jeżeli nie ma możliwości zamontowania kolektorów tak, by te warunki były spełnione, należy uwzględnić ten fakt w doborze systemu. W zależności od tego, jak duża jest odchyłka, trzeba zastosować odpowiednio większą powierzchnię kolektorów słonecznych. Dane niezbędne do określenia ich powierzchni dostarczają producenci – zależą one od budowy kolektora.
Niestety, niemożność usytuowania kolektorów w optymalnym położeniu niekorzystnie odbija się na opłacalności inwestycji, bo większa powierzchnia absorbera to większy wydatek.
W niektórych przypadkach zastosowanie kolektorów płaskich może być zdecydowanie mniej opłacalne niż droższych rurowych, które są w stanie pozyskiwać więcej energii, gdy ich płaszczyzna (płaszczyzna baterii rur, a nie absorbera, bo w tym wypadku ten nie jest płaszczyzną) nie może być skierowana na południe pod właściwym kątem.
Ale pamiętajmy, że jedynie 20% kolektorów próżniowych dostępnych na rynku ma odpowiednią konstrukcję, aby pracować z wyższą sprawnością od płaskich. Na rynku powszechnie występują kolektory próżniowe o niskiej cenie zakupu (ale zarazem i tak wyższej nawet 2-4 razy od ceny kolektorów płaskich) i niższej wydajności cieplnej w typowych warunkach pracy od kolektorów płaskich. Z całą pewnością nie należy zakładać, że każdy rodzaj kolektora próżniowego będzie w stanie przynieść większe efekty pracy w porównaniu do kolektorów płaskich.
Kolektory próżniowe czy płaskie?
Zimą powierzchnia kolektora próżniowego może pokrywać się szronem lub lodem, co utrudnia dotarcie promieniowania słonecznego do powierzchni absorbera. W kolektorze płaskim już niewielka ilość promieniowania powoduje zwiększenie temperatury powietrza pod szybą, dzięki czemu szron się topi. Natomiast próżnia sprawia, że powierzchnia szklanych rur pozostaje zimna, więc szron utrzymuje się na nich dłużej. W rezultacie ilość ciepła dostarczanego do instalacji jest mniejsza, niż wynikałoby to z teoretycznych obliczeń.
Również latem kolektory próżniowe, wymagają większej troski w zapewnieniu ich bezpiecznej eksploatacji. Gdy przez dłuższy czas nie korzysta się z ciepłej wody (na przykład podczas urlopu), temperatura cieczy wypełniającej instalację może nadmiernie wzrosnąć, grożąc uszkodzeniem systemu.
Kolektory płaskie mogą odprowadzać nocą nadmiar ciepła przez swoją obudowę, wystarczy uruchomić pompę wymuszającą przepływ cieczy przez kolektory (służy do tego funkcja wakacyjna w sterowniku instalacji).
Natomiast próżnia stanowiąca izolację kolektora utrudnia oddawanie przez niego ciepła. Konieczne staje się zatem zasłanianie go (co jest kłopotliwe, jeśli jest zamontowany wysoko) albo wykonanie instalacji odbierającej nadmiar ciepła – na przykład z grzejnikiem w nieużytkowym pomieszczeniu (garażu lub piwnicy), który będzie grzał, gdy temperatura w instalacji wzrośnie powyżej bezpiecznej wartości.
Jak duży kolektor słoneczny?
- Do podgrzewania c.w.u. Szacunkowo przyjmuje się, że w instalacjach przeznaczonych tylko do przygotowywania ciepłej wody użytkowej powierzchnia kolektorów powinna wynosić od 1 do 1,5 m2 na jednego mieszkańca.
- Do wspomagania c.o. Jeżeli instalacja solarna ma współpracować z instalacją ogrzewania domu, zwykle zakłada się, że ta pierwsza będzie pokrywać 20-30% zapotrzebowania na ciepło. Orientacyjnie na 1 m2 budynku przypada więc od 0,3 do 0,5 m2 kolektora.
- Do ogrzewania wody basenowej Kolektory przeznaczone do tego celu powinny mieć powierzchnię odpowiadającą mniej więcej 40% powierzchni lustra wody basenu krytego i 70% – powierzchni lustra wody basenu otwartego.
Liczba kolektorów słonecznych
Gdy już znana nam jest niezbędna powierzchnia kolektorów, pozostaje zdecydować, ile sztuk kupujemy. Rzadko się zdarza, by całkowita wielokrotność powierzchni absorbera kolektorów, które nas interesują, odpowiadała dokładnie naszym potrzebom. Pojedynczy kolektor płaski może mieć na przykład absorber o powierzchni 1,8 m2. Gdy z obliczeń wynika powierzchnia 4,5 m2, trzeba zdecydować, czy kupić trzy kolektory o łącznej powierzchni 5,4 m2, czy dwa o powierzchni 3,6 m2.
Jeżeli nas na to stać, wybieramy więcej kolektorów. Jeśli nie, pozostaje zadowolić się mniejszą powierzchnią i nieco mniejszymi zyskami energii, pocieszając się, że w przeliczeniu na pieniądze rezygnujemy z oszczędności na kosztach ogrzewania w kwocie mniejszej niż sto złotych rocznie. Dobór pozostałych elementów systemu – pompy, naczynia wzbiorczego, armatury i innych akcesoriów – to zadanie dla instalatora.
Należy także pamiętać, że płacimy za kolektor słoneczny, który posiada powierzchnię brutto i powierzchnię „netto” fachowo nazywaną powierzchnią apertury, czyli czynną absorbera. Często okazuje się, że „atrakcyjny” cenowo kolektor próżniowy posiada jedynie 60% powierzchni czynnej, podczas gdy w kolektorze płaskim dochodzi ona do 90% powierzchni brutto. Porównując w ten sposób cenę powierzchni de facto pracującej w kolektorze słonecznej okazuje się na przykład, że za 1000 PLN zakupimy 1,6 m2 powierzchni czynnej kolektora płaskiego i jedynie 0,6 m2 – dla kolektora próżniowego i to atrakcyjnego cenowo, lecz niestety o niskiej sprawności pracy.
Jak sprawdzisz, co kupujesz
W Polsce obowiązują normy: PN-EN 12975-1+A1:2010 Słoneczne systemy grzewcze i ich elementy. Kolektory słoneczne. Część 1: Wymagania ogólne i PN-EN 12975-2:2007 Słoneczne systemy grzewcze i ich elementy. Kolektory słoneczne. Część 2: Metody badań.
Określono w nich wymagania dotyczące trwałości (uwzględniając wytrzymałość mechaniczną), niezawodności i bezpieczeństwa cieczowych cieplnych kolektorów słonecznych oraz metody badań dotyczące zgodności z wymaganiami żywotności i niezawodności dla cieczowych kolektorów słonecznych. Zawarto tu również trzy metody badań dotyczące charakterystyk cieplnych cieczowych kolektorów i postanowienia dotyczące oceny zgodności z tymi wymaganiami.
