Prawidłowy montaż kolektorów słonecznych

Jak uniknąć błędów w montażu?

Prawidłowa lokalizacja kolektorów pozwala na uzyskanie maksymalnego uzysku energetycznego instalacji solarnej, a co za tym idzie, na skrócenie okresu zwrotu kosztów inwestycji. Z uwagi na konieczność umieszczenia kolektorów słonecznych w miejscu o najlepszej ekspozycji słonecznej, montuje się je najczęściej na dachach budynków. Są trzy podstawowe warianty takiego montażu.

1. Kolektory umieszczone na nachylonej połaci dachowej na konstrukcji mocującej (fot. 1). Zaletą takiego sposobu mocowania jest praktycznie nienaruszanie połaci dachowej, a przy prawidłowym montażu dodatkowe obciążenia związane z montażem kolektorów na dachu przenoszone są na jego konstrukcję nośną. Ponieważ między kolektorem a połacią dachową istnieje wolna przestrzeń, kolektor płaski musi mieć po tej stronie na dnie płytę odporną na działanie czynników atmosferycznych, zdolną do uniesienia izolacji cieplnej.
2. Kolektory wpuszczane w połać dachu (fot. 2). Kolektory posadowione są na kontrłatach konstrukcji dachowej i mają oblachowanie podobne do okien dachowych. W przypadku montażu w budynkach znajdujących się w trakcie budowy mogą zostać zintegrowanie z połacią dachową.
3. Kolektory na konstrukcjach wolno stojących (fot. 3). Przypadek ten występuje wtedy, gdy dach jest płaski lub gdy nie ma możliwości bezpośredniego posadowienia na połaci dachowej, na przykład ze względu na brak ekspozycji słonecznej. Konstrukcja taka jest zwykle bardziej narażona na działanie warunków atmosferycznych.

Co warto wiedzieć przed montażem kolektorów?

Połać dachowa, na której umieszczane są kolektory, musi umożliwiać im długotrwałą pracę (żywotność kolektorów wynosi ponad 20 lat). Należy w związku z tym uwzględnić przed montażem kilka aspektów. Konstrukcja dachu powinna mieć parametry zapewniające przeniesienie dodatkowych obciążeń związanych z posadowieniem kolektorów słonecznych. Te obciążenia to głównie ciężar kolektora napełnionego cieczą, ciężar śniegu zalegającego na kolektorze oraz napór wiatru.

Renomowane firmy korzystają z programów do wyznaczania sumarycznego obciążenia wywołanego montażem kolektorów z uwzględnieniem kierunku naporu wiatru, co pomaga im w prawidłowym projektowaniu konstrukcji mocujących.

1. Połać dachu powinna być w takim stanie, aby po montażu kolektorów nie była konieczna jej renowacja, podczas której należy zdemontować urządzenia.
2. Powierzchnia dachu powinna umożliwiać montaż całego zestawu kolektorów, tak aby poszczególne urządzenia wzajemnie się nie zacieniały. Nie może też być zacieniana np. przez drzewa czy sąsiednie budowle.
3. Dach powinien mieć minimalną ilość elementów utrudniających instalację kolektorów (tj. kominów, nadbudówek, szybów wentylacyjnych, świetlików), ponieważ ich mnogość może powodować konieczność rozbicia zestawu kolektorów na małe pola, co podraża inwestycję i obniża jej sprawność.
4. Połać dachu nie musi być usytuowana dokładnie na południe, odchylenie od azymutu północ–południe rzędu ±45° nie powoduje znaczącej redukcji uzysku energetycznego kolektorów.
5. Jeśli kolektory pracują głównie latem (np. w instalacji do podgrzewu wody basenowej), można je montować bardziej płasko. Jeżeli okres działania kolektorów przypada na okresy przejściowe i zimę (np. instalacje do wspomagania ogrzewania budynków), powinny być usytuowane pod większym ­kątem.
6. Aby nie dochodziło do zacienienia kolektorów ustawionych w bateriach pracujących przez cały rok, nawet przy najniższym położeniu słońca, trzeba im zapewnić odpowiednią odległość. Oznacza to konieczność ustalenia wartości kąta minimalnego wysokości słońca dla określonej szerokości geograficznej. Można skorzystać z gotowych programów pozwalających na wykreślenie trajektorii ruchu słońca i ustalenie tej wartości z otrzymanego wykresu.

Znając wartość kąta padania promieni słonecznych a (położenia słońca), można wyznaczyć odległość rzędów kolektorów wymaganą, aby uniknąć zacienienia. Przykładowo dla kolektorów o wysokości h = 2 m przy kącie nachylenia kolektorów b = 45° oraz kącie położenia słońca w grudniu wynoszącym a = 18° wymagana odległość rzędów kolektorów wynosi L = 6,4 m (rys.).

Oczywiście gdy instalacja jest wykorzystywana okresowo (np. kolektory do podgrzewu wody basenowej), to minimalna wartość kąta a padania promieni słonecznych jest wyższa i rzędy kolektorów można znacznie zagęścić. Jednocześnie można się zdecydować na obniżenie wartości kąta b nachylenia kolektorów, co dodatkowo pozwoli na rozmieszczenie ich większej ilości.

W przypadku kolektorów montowanych poziomo istnieje możliwość ustawienia większej liczby szeregów. Trzeba przy tym pamiętać o zwiększonej szerokości takich kolektorów, co z kolei utrudnia ustawienie większej liczby urządzeń w szeregu.

Każdy przypadek montażu wymaga zatem analizy możliwości maksymalizacji uzysku energetycznego z kolektorów. Niejednokrotnie dla uzyskania wymaganego efektu energetycznego niezbędne jest budowanie dodatkowych konstrukcji wsporczych, na których posadawiane są kolektory słoneczne (stanowią one oczywiście dodatkowe obciążenie dachu). Alternatywnym rozwiązaniem jest wykorzystanie dla posadowienia kolektorów wolnej pionowej powierzchni czołowej takich budynków (np. fasady czy daszku nad oknami itp.).

Natomiast jeśli połacie dachu usytuowane są na wschód i zachód, montuje się na nich kolektory, zwiększając ich powierzchnię czynną dla rekompensaty strat uzysku energetycznego związanego z niekorzystnym położeniem dachu. Alternatywnym rozwiązaniem jest wykorzystanie dla posadowienia kolektorów wolnej pionowej powierzchni czołowej takich budynków (np. fasady czy daszku nad oknami itp.).

Bez względu na to, czy kolektory są wykorzystywane w ciągu całego roku, czy nie, przez cały rok narażone są na działanie warunków atmosferycznych, dlatego w okresie bezczynności powinny być odpowiednio zabezpieczone (należy je przykryć, opróżnić instalację itd.).

Jeśli kolektory zostaną źle umiejscowione, w miejscu częściowo zacienionym, to kilka z nich nie będzie „grzało”, a ich rurki przepływowe mogą się zbyt szybko zużywać w wyniku tłoczenia przez pompę zimnej cieczy o dużej gęstości. Gdy dodatkowo cały układ jest źle wykonany, może dochodzić do wychładzania zasobników ciepłej wody użytkowej lub buforów ciepła.