Kolektory słoneczne bez tajemnic

Rodzaje kolektorów

Na rynku dostępne są kolektory płaskie oraz próżniowe – z bezpośrednim przepływem czynnika lub działające na zasadzie rurki cieplnej. Najczęściej stosowane są kolektory płaskie, które umieszcza się na połaci dachu lub stelażach. Woda, przepływając przez rurki, ogrzewa się, pobierając ciepło od absorbera, który pochłania energię słoneczną.

Z zewnątrz po stronie aktywnej, czyli tej wystawionej na działanie promieni, urządzenie pokryte jest transparentnym materiałem, którym najczęściej jest szkło hartowane. Boki oraz spód kolektora obudowane są izolacją, która ma chronić przed oddawaniem zaabsorbowanego ciepła na zewnątrz.

Kolektor próżniowy natomiast wyposażony jest w szklane rury o podwójnej ściance pełniące funkcję absorbera. Powstała pomiędzy ściankami próżnia pełni funkcję izolacji cieplnej. Kolektor z rurkami ciepła działa nieco inaczej. Czynnik grzejny opływa rurkę wypełnioną specjalną substancją, która pod wpływem działania promieniowania słonecznego ogrzewa się, paruje i skrapla na ściankach, oddając przy tym ciepło.

Przy wyborze rodzaju urządzenia należy zastanowić się, do jakich celów ma nam ono służyć. Najpopularniejsze kolektory płaskie są najtańsze i też bardziej niezawodne. Osiągają również wyższe moce grzejne w okresach największego promieniowania słonecznego. W związku z tym są rekomendowane jako wsparcie instalacji do podgrzewania c.w.u.

W układach kombinowanych, czyli takich, w których ciepło przeznaczane jest zarówno na cele c.w.u., jak i c.o. lepszym rozwiązaniem są kolektory próżniowe. Mają wyższą izolacyjność, dzięki czemu mogą pracować również w miesiącach zimowych.

Montaż na dachu

Kolejnym elementem, jaki należy wziąć pod uwagę, jest dach. Z punktu widzenia możliwości osiąganych mocy z powierzchni kolektora, istotne jest nachylenie połaci, jej powierzchnia, a także konstrukcja. Dach powinien wytrzymać przeciążenia związane z montażem urządzeń. W małych instalacjach, w których nachylenie dachu wynosi około 45°, w ciągu roku możliwe jest pokrycie zapotrzebowania na ciepło w zakresie 55–60%, przy rocznym uzysku około 370 kWh/m2/rok.

Optymalne nachylenie połaci dachowej to 25–45°. W przypadku montażu kolektorów w pozycji pionowej, efektywność instalacji spada o około 30%. Duże znaczenie ma również orientacja dachu, a tym samym kolektorów, względem stron świata. Najlepsze efekty uzyskuje się, gdy orientacja budynku na południe nie przekracza 45°. Kolektory można też ustawić na ziemi, stosując  stelaże ustawione pod odpowiednim kątem.

Kolektory do c.w.u.

Jednym z najważniejszych obliczeń przy doborze kolektorów jest zapotrzebowanie na c.w.u. Zużycie wody przypadające na jedną osobę jest trudne do oszacowania, ale przyjmuje się, że wynosi ono od 30 do 100 litrów na dobę. Najlepiej jest w obliczeniach przyjmować 50 litrów na dobę.

W przypadku domu położonego na terenie najkorzystniejszego promieniowania słonecznego, gdzie kolektory zamontowano na południowo-zachodniej połaci dachu, nachylonej pod kątem 45°, roczne pokrycie zapotrzebowania na energię wynosi około 60%, przy czym najwyższe przypada na lipiec i wynosi 100%. Przy zużyciu c.w.u. na poziomie 200 litrów na dobę, powierzchnia użytkowa kolektorów powinna wynosić 4–4,5 m2.

Jeżeli kolektory będą ulokowane w strefie najsłabszego natężenia promieni słonecznych, a połać dachu będzie nachylona pod kątem 30˚, przy zużyciu wody 200 litrów na dobę, powierzchnia kolektorów zwiększa się do około 5 m2. Na dachach płaskich, kolektory należy rozmieścić na stelażach.

Osprzęt instalacji

Planując inwestycję, nie należy zapominać o wymaganym wyposażeniu dodatkowym. Przede wszystkim konieczny jest montaż zasobnika. Przy dobowym zużyciu około 200 litrów na dobę, zaleca się pojemność na poziomie 300–400 litrów (około 1,5–2 dobowego zużycia).

Zasobnik powinien być połączony zarówno z kolektorami, jak i z głównym źródłem ciepła w budynku, np. kotłem. Straty ciepła związane z postojem wody w zbiorniku to około 1,5–2 kWh/dobę. Dodatkowo należy wyposażyć instalację w zestaw pompowy oraz automatykę kontrol­no-regulującą. Kolektory zrzucają nagrzaną wodę do zasobnika, gdy sięgnie ona ustalonej temperatury.

Przy wymiarowaniu instalacji należy wziąć pod uwagę również natężenie przepływu. W przypadku małych instalacji bardziej efektywna praca przypada na wyższe wartości strumienia. Prędkość przepływu czynnika grzewczego powinna wynosić 0,5–0,7 m/s, ze względu na możliwość zapowietrzania instalacji, a tym samym problemy w późniejszej eksploatacji.

W sytuacji, gdy pobór c.w.u. jest nieregularny lub w ogóle go brak przez dłuższy czas, pojawia się ryzyko przegrzania kolektorów. Należy więc odpowiednio zabezpieczyć instalację poprzez dobór zasobnika c.w.u. o pojemności około 1,5–2 razy większej niż dzienny pobór.

Odpowiednia automatyka, poprzez funkcje schładzania kolektora, może zapobiegać przegrzaniu. Przy przekroczeniu ustawionej temperatury czynnika w kolektorze, zostaje on skierowany do zasobnika.

Następnym krokiem może być wyłączenie pompy solarnej i pasywne chłodzenie kolektora. W przypadku jednak, gdy powyższe kroki zawiodą, powinna zadziałać armatura przeciwdziałająca skutkom przegrzania, jak np. solarne naczynie wzbiorcze.