Instalacje solarne, podobnie jak panele fotowoltaiczne, korzystają z energii słonecznej, ale to dwa różne urządzenia o innych funkcjach. Czym są, jaką mają budowę i zasadę działania instalacje solarne, służące przede wszystkim podgrzewaniu wody użytkowej?
Jak zbudowana jest instalacja solarna?
Instalacje solarne to układy grzewcze, w których funkcję podgrzewacza spełnia kolektor – najważniejszy element całego systemu. To one odbierają energię cieplną słońca, od czego zaczyna się proces ogrzewania wody użytkowej.
Z kolektorów słonecznych możemy korzystać przez cały rok, aczkolwiek – co wynika z warunków klimatycznych – najwyższą efektywność wykazują one w miesiącach letnich. Różne są też typy kolektorów – wyróżniamy dwa rodzaje takich produktów:
- kolektory płaskie (aktywne; z wymuszonym obiegiem grawitacyjnym; do całorocznego wspomagania domowych instalacji cieplnych),
- kolektory rurowo-próżniowe (pasywne; z grawitacyjnym obiegiem; do instalacji letniskowych).
Poza kolektorem instalacje solarne tworzą następujące elementy:
- Zbiornik na wodę – typowy z wymiennikiem ciepła, z dwoma wymiennikami ciepła (kiedy poza kolektorem wodę w nim podgrzewa inne źródło ciepła) lub trzema wymiennikami (kiedy dodatkowo woda podgrzewana jest pompą ciepła). Zbiornik z przynajmniej dwiema wężownicami jest obowiązkiem. W ten sposób zabezpieczamy się przed sytuacją, kiedy słońca jest zbyt mało, aby podgrzać wodę użytkową.
- Wymiennik ciepła w zbiorniku – umieszczona w zbiorniku, najczęściej miedziana spiralna żebrowana rura, przez którą przepływa nośnik ogrzewający wodę w zbiorniku.
- Pompa cyrkulacyjna – niezbędna dla najbardziej funkcjonalnych systemów z wymuszonym obiegiem czynnika chłodniczego, która kieruje nośnik przez wymiennik do kolektora.
- Automatyka sterująca – mikroprocesory sterujące instalacją na podstawie sygnałów odbieranych z czujników temperatury.
- Czynnik grzewczy – medium przepływające przez obieg między kolektorem a wymiennikiem. Może być nim woda lub niezamarzający glikol.
- Naczynie wzbiorcze – zbiornik wyrównujący ciśnienie w układzie.
Instalacja solarna oparta na kolektorze słonecznym. Zasada działania
Kolektor płaski, na jaki możemy postawić w domowych instalacjach solarnych, zazwyczaj jest nierozbieralną konstrukcją monoblokową. Najczęściej jest zbudowany z aluminiowej (aluminiowo-cynkowej) obudowy, aluminiowej ramy profilowej oraz profilu uszczelniającego (ewentualnie kątownika ozdobnego).
Zasada działania kolektora słonecznego jest prosta. Umieszczone zazwyczaj na dachu baterie kolektorów zamieniają promieniowanie słoneczne na ciepło, którego nośnikiem jest krążący w instalacji roztwór glikolu propylenowego.
Dwiema rurami wykonanymi ze stali nierdzewnej lub miedzi kolektory są połączone hydraulicznie z wężownicą. Ta znajduje się w podgrzewaczu umieszczonym w sąsiedztwie kotła c.o. Krążący w obiegu glikol wskutek pracy pompy obiegowej zabiera ciepło z kolektorów i przenosi je do wężownicy, która nagrzewa wodę w podgrzewaczu. Nad poprawną pracą instalacji czuwa układ mikroprocesorowy, który poprzez czujniki zbiera informacje o temperaturze w kolektorze i zbiorniku.
Przed pierwszym napełnieniem instalacji czynnikiem grzewczym układ podlega odpowietrzeniu. Jego sprawność zależy m.in. od jakości wymiennika ciepła w zbiorniku i pojemności samego zbiornika. Im jest on większy, tym układ jest efektywniejszy.
Jeśli cała instalacja kolektorów słonecznych została wykonana poprawnie, temperatura nośnika wypływającego z kolektora powinna być maksymalnie 15 st. C wyższa od temperatury cieczy do niego dopływającej.
Jakie są wymagania instalacji solarnej?
Korzystanie z energii słonecznej nie pozwala na równomierne pozyskiwanie mocy. Dlatego też w celu równomiernego dostępu do ciepłej wody należy ją magazynować w zasobnikach ciepłej wody dostosowanych do mocy cieplnej kolektorów i zapotrzebowania na ciepłą wodę użytkową (najlepiej 80-100 l na potrzeby 1 osoby). Wymagana jest też współpraca z konwencjonalnymi źródłami ciepła (np. kocioł na paliwo, grzałka elektryczna).
Ograniczeniem w pozyskiwaniu energii ze słońca są też warunki atmosferyczne. Dla najwyższej efektywności kolektory należy montować pod kątem 30-60 stopni w kierunku na południe lub południowy zachód. Jeśli dach jest prosty, montaż kolektorów wymaga zastosowania odpowiednich wsporników.
Już w samym budynku musicie wygospodarować miejsce na ustawienie zasobnika ciepłej wody. Powinien on znajdować się jak najbliżej kolektorów, co zapobiegnie stratom ciepła. Ważne jest też zapewnienie kompensacji połączeń między kolektorami oraz staranne uszczelnienie przejścia rur przez połać dachową. Pod wpływem zmiany temperatury elementy te bowiem kurczą się i rozszerzają. Sama instalacja musi mieć też zawór bezpieczeństwa, chroniący system przed nadmiernym wzrostem ciśnienia.
Jak widać, instalacje solarne nie stawiają przed nami wysokich wymagań. Zasada działania kolektorów słonecznych pozwala korzystać z nich również w naszej szerokości geograficznej. Niewielka, tania instalacja solarna jest doskonałym uzupełnieniem konwencjonalnego źródła ciepła do podgrzewania wody użytkowej.
W domu jednorodzinnym do podgrzewania wody wystarczą kolektory o powierzchni ok. 2 mkw. na osobę. W skali roku zysk energetyczny z 1 mkw. kolektora to nawet 500 kWh. W ten sposób można zapewnić sobie ciepłą wodę użytkową w pochmurne dni bez konieczności ogrzewania jej innym źródłem ciepła.