Biblioteka
Kolektory słoneczne - budowa i wykorzystanie

Kolektory słoneczne - budowa i wykorzystanie

Dodano: poniedziałek, 25 października 2010 11:55

Zapotrzebowanie domu na ciepło można zdecydowanie ograniczyć, poprawiając izolacyjność jego przegród zewnętrznych. Jednak nawet w bardzo energooszczędnym domu zużycie energii do przygotowania ciepłej wody użytkowej (c.w.u.) nie da się zbytnio ograniczyć, bo ilość potrzebnej wody zależy po prostu od liczby mieszkańców i ich nawyków.

Spis treści
» Budowa kolektorów
» Wykorzystanie kolektorów
» Przygotowanie c.w.u.
» Dogrzewanie pomieszczeń
   »Pokaż wszystko

Ciepło można jednak pozyskać ze słońca za pomocą kolektorów, nie zanieczyszczając środowiska. Instalacja solarna jest niestety dość kosztowna, warto więc dopasować ją do potrzeb, by niepotrzebnie nie przepłacać.

Budowa kolektorów

Elementy instalacji solarnej: kolektory, grupa pompowa, sterownik, zasobnik itp. - ich parametry muszą być do siebie ściśle dopasowane (Nibe Biawar)

Na rynku występują przede wszystkim dwa typy kolektorów: płaskie oraz próżniowe. Nie można powiedzieć, że któreś z nich są lepsze. Gdy jest zimno, więcej energii uzyskamy z kolektorów próżniowych, bo one mniej tracą go do otoczenia, jednak latem przewagę mają kolektory płaskie. Za kolektorami płaskimi przemawia też ich niższa cena.

Najważniejsze, by kolektory były starannie wykonane, a ich montaż fachowy - wystarczy choćby zła izolacja rur, byśmy stracili znaczną część pozyskanego ciepła. Zanim kupimy kolektory, najlepiej poprosić o przedstawienie symulacji wydajności całej instalacji w poszczególnych miesiącach dla różnych wariantów proponowanych przez sprzedawcę (np. kolektory płaskie/kolektory próżniowe). Wówczas będziemy mogli porównać spodziewane zyski z kosztami inwestycji.

Wykorzystanie kolektorów

Dwa zasobniki jednowężownicowe mogą być nieco efektywniejszym rozwiązaniem niż jeden zbiornik dwuwężownicowy (Wieland)

Ciepło pozyskane z instalacji solarnej może być wykorzystane na dwa sposoby:

  • do podgrzania ciepłej wody użytkowej (c.w.u.);
  • do dogrzewania pomieszczeń.

Kolektory muszą jednak zawsze współpracować z innym źródłem ciepła - zwykle kotłem grzewczym, bo nie są w stanie w pełni, przez cały rok, zaspokoić zapotrzebowania na ciepło. Ich zastosowanie warto uwzględnić już na etapie projektowania domu, bo nie każda instalacja do ogrzewania pomieszczeń i przygotowywania c.w.u. będzie dobrze współpracować z instalacją solarną.

Przygotowanie c.w.u.

Pojemność zasobnika. Instalacja, w której kolektory służą do przygotowania c.w.u., musi być wyposażona w dość duży zasobnik. Trzeba o tym pamiętać, bo nie w każdym projekcie domu przewidziano na niego dość miejsca. Za typowe uznaje się zużycie 50 l c.w.u. na osobę w ciągu doby, gdy jej temperatura wynosi ok. 45°C. Czteroosobowa rodzina potrzebuje więc ok. 200 litrów wody. Pojemność zasobnika powinna być jednak ok. 1,5 raza większa niż dobowe zużycie c.w.u., inaczej wystarczy kilka pochmurnych godzin, by zabrakło nam gorącej wody. Dla czteroosobowej rodziny zasobnik powinien mieć więc 300 l.

W instalacjach zasilanych tylko przez kocioł grzewczy zasobniki są mniejsze, mają 150-200 l, gdy kocioł jest jednofunkcyjny, jeśli zaś kocioł jest dwufunkcyjny (może podgrzewać wodę przepływowo), to dla pełnego komfortu wystarcza kilkudziesięciolitrowy zasobnik, ale można z niego nawet całkowicie zrezygnować, jeśli nie stosujemy cyrkulacji c.w.u.

Termoizolacyjna pianka na rurze łączącej kolektory w baterię. Na praktyczne osiągi instalacji ogromny wpływ ma staranność jej wykonania (Solar Shop)

Korzystając z kotła grzewczego ze stosunkowo niedużym zasobnikiem, możemy w razie konieczności bardzo łatwo zwiększyć dostępną ilość gorącej wody - podnosimy jej temperaturę w zasobniku, np. do 60°C, a za pomocą baterii czerpalnych dodajemy do niej więcej zimnej.

Instalacja solarna nie daje takich możliwości - maksymalna temperatura wody zależy od intensywności promieniowania słonecznego oraz w mniejszym stopniu od budowy i wielkości kolektorów.

Rodzaj zasobnika. W stosunku do pojemności zbiornika powierzchnia wężownicy w zasobniku powinna być większa niż w typowym zasobniku współpracującym tylko z kotłem. To konieczne, gdyż instalacja solarna zaczyna ogrzewać wodę, gdy różnica temperatury pomiędzy płynem solarnym a wodą wynosi zaledwie ok. 6°C, jeśli wężownica będzie mała, to wymiana ciepła będzie wówczas nieefektywna.

Poza sezonem letnim kolektory często jedynie wstępnie podgrzewają wodę, np. od +10°C (temperatura wody wodociągowej) do +30°C, dalsze podgrzanie do użytecznej temperatury co najmniej 40°C zapewnia kocioł grzewczy (lub. np. grzałka elektryczna).

W związku z tym najczęściej stosowane są zasobniki z dwiema wężownicami:

  • dolną, która ma bezpośredni kontakt z zimną wodą wodociągową, zasila instalacja solarna;
  • górną, która dogrzewa wstępnie podgrzaną przez dolną wężownicę wodę do użytecznej temperatury, zasila kocioł.

Takie rozwiązanie jest jednak niedoskonałe. Szczególnie w okresach, gdy woda jest dodatkowo podgrzewana przez kocioł, jej temperatura w pobliżu dolnej wężownicy może być nawet wyższa niż temperatura płynu solarnego i wynosić np. 40°C. Jeśli nie zużyjemy ciepłej wody, albo ona sama nie ostygnie, instalacja solarna zacznie pracować dopiero gdy temperatura czynnika roboczego w kolektorze przekroczy 45°C. W sezonie grzewczym, gdy słońca jest niewiele, oznacza to, że nie wykorzystamy znacznej części jego energii.

Alternatywnym rozwiązaniem jest zastosowanie dwóch połączonych szeregowo zasobników, każdego wyposażonego w jedną wężownicę:

  • do pierwszego z nich trafia zimna woda wodociągowa i jest wstępnie podgrzewana przez wężownicę zasilaną przez kolektory;
  • do drugiego wpływa zaś wstępnie podgrzana woda i w razie konieczności jest tam dalej ogrzewana przez wężownicę połączoną z kotłem.

W takiej sytuacji, niezależnie od tego jak bardzo zostanie podgrzana woda w drugim zasobniku, w pierwszym z nich temperaturę podnosi tylko rozgrzany czynnik roboczy płynący z kolektora słonecznego, jeśli ma on np. +30°C, to i temperatura wody nie będzie wyższa. Zaś każde zaczerpnięcie wody otwiera dopływ zimnej wody wodociągowej (ok.+10°C), co pozwala wykorzystać ciepło nawet ze stosunkowo słabo ogrzanych kolektorów.

Warto zauważyć, że pojemność drugiego zbiornika może być zdecydowanie mniejsza niż pierwszego. W zasadzie wstępnie podgrzana woda może być potem dogrzewana nawet w sposób przepływowy, warto to rozważyć szczególnie, jeśli do przygotowania c.w.u. zamierzamy wykorzystać energię elektryczną.