Instalacja solarna – w zestawie łatwiej…

Pakiet dobrze dobrany, czyli elementy i ich podstawowe parametry

W ostatnich latach standardem stało się oferowanie kompletnych zestawów solarnych jako rozwiązań pakietowych dla małych obiektów. Instalacje solarne przeznaczone do podgrzewania ciepłej wody użytkowej, traktowane są obecnie jako typowe w ofercie producentów lub dystrybutorów. Oferta zwyczajowo wskazuje dla ilu mieszkańców domu jednorodzinnego możliwe jest zastosowanie danego zestawu pakietowego, co pozwala ma łatwy wybór rozwiązania przez firmę instalacyjną lub wprost przez klienta indywidualnego.

Zastosowanie w budynku instalacji solarnej poprzez wybór pakietowego zestawu solarnego niesie ze sobą według producenta/dostawcy szereg korzyści. Najczęściej podkreślana jest atrakcyjniejsza cena zakupu oraz wygoda i pewność doboru wielkości zestawu solarnego i jego komponentów. Najczęściej zakup kompletnego zestawu wymaga uzupełnienia go jedynie o orurowanie o długości zależnej od odległości pomiędzy kolektorami słonecznymi, a podgrzewaczem pojemnościowym. Najczęściej jest także konieczne dodatkowe zamówienie uchwytów mocujących w zależności od warunków zabudowy kolektorów słonecznych.

Korzyści wskazywane przez producentów/dystrybutorów kompletnych zestawów solarnych

  • korzystniejsze warunki zakupu w porównaniu do indywidualnej kompletacji instalacji solarnej (niższa cena rzędu 5÷10%)
  • wygodny dobór wielkości zestawu solarnego w oparciu o liczbę mieszkańców domu
  • eliminacja braków i błędów w kompletacji komponentów zestawu solarnego
  • wydłużenie okresu ochrony gwarancyjnej
  • wyższy standard urządzeń w zestawach solarnych
  • kompletna instalacja od jednego producenta/dystrybutora

 Dobór powierzchni kolektorów słonecznych

Dobór wielkości zestawu solarnego jest najczęściej oparty o metodę wskaźnikową, w zależności od ilości mieszkańców korzystających z ciepłej wody użytkowej. Jak wskazuje praktyka rynkowa, występują tutaj stosunkowo szerokie zakresy proponowanych wartości i przykładowo w zestawach solarnych z kolektorami płaskimi spotykane są wskaźniki od 1,0 do 2,0 m2 powierzchni apertury na 1 osobę. Średnia spotykana w zestawach wartość wynosi dla kolektorów płaskich 1,4 m2/os., a dla próżniowych 1,1 m2/os. (rys.2.). Są to wartości zbliżone do zalecanych w większości materiałów projektowych dla zakładanego zużycia wody rzędu 60 dm3/os.´d. (uznawane za podwyższone) i dla zakładanego stopnia pokrycia potrzeb cieplnych na poziomie 50÷60% rocznie.


Zróżnicowanie w stosowanych powierzchniach kolektorów słonecznych (rys. 2.) może wynikać z kilku przyczyn. Oferujący zestawy solarne mogą przyjmować odmienne założenia dla przeciętnego dziennego zużycia c.w.u. (dm3/os.´d.), jak również różne warunki nasłonecznienia (kWh/m2rok). Wpływ na wielkości oferowanych zestawów, niewątpliwie odgrywają również względy konkurencji cenowej na rynku.

Optymalna pojemność podgrzewacza wody użytkowej (rys.3.)

 Drugim podstawowym elementem instalacji solarnej jest podgrzewacz wody, którego pojemność jest często uzależniana wskaźnikowo od rodzaju i powierzchni kolektorów słonecznych. Odpowiednia pojemność podgrzewacza ma na celu zapewnić skuteczne wykorzystanie ciepła z kolektorów słonecznych. Praktyka rynkowa czasem wykazuje dobór stosunkowo dużej powierzchni kolektorów słonecznych do niewielkiej pojemności podgrzewacza, co dotyczy większych zestawów solarnych (powyżej 5-6 osób). W małych instalacjach (2-3 osoby) można spotkać się z dużymi wskaźnikami objętości podgrzewaczy, co może być skutkiem trudności w dobraniu tak małej powierzchni kolektorów.


Przeciętnie jednak oferowane na rynku zestawy zakładają, że przy kolektorach płaskich pojemność podgrzewacza wynosi 60 dm3/m2 powierzchni apertury, a dla próżniowych 85 dm3/m2.


 Jak widać duża rozpiętość występuje w przypadku kolektorów próżniowych, gdzie spotykane są zestawy solarne w konfiguracji np. podgrzewacz 300 litrów i powierzchnia absorbera kolektora próżniowego 3 m2. Taki zestaw jest w stanie zapewnić 60% pokrycia rocznych potrzeb ciepła dla podgrzewania c.w.u., ale przy zapotrzebowaniu dziennym na poziomie nie większym niż 120÷140 litrów (wg symulacji GetSolar).

Wpływ pojemności podgrzewacza na efektywność pracy instalacji solarnej

Zalecenia projektowe dla małych instalacji solarnych mówią przeważnie o potrzebie stosowania podgrzewaczy o pojemności 1,2÷1,5 razy większej od dziennego poboru c.w.u. Jak wskazuje zestawienie (rys. 4) jest to uzasadnione, gdyż nadmierne zwiększenie pojemności (np. wariant z podgrzewaczem 300 litrów, poborem c.w.u. 150 l/d à wskaźnik 2,0) powoduje już spadek efektywności pracy układu.

 

Od kolektorów do podgrzewacza, czyli przewody i ich izolacja…

Za przenoszenie ciepła z kolektorów słonecznych do wody użytkowej odpowiedzialne są przewody, które w zestawach solarnych są zamieszczane w pojedynczych przypadkach, np. w ramach promocji.

Ze względu na wygodę transportu i montażu zastosowanie znajdują przede wszystkim rury elastyczne ze stali nierdzewnej (rys.5.), które mogą być dostarczane w izolacji cieplnej. Należy zwrócić uwagę na możliwości zastosowania izolacji – poza dopuszczalną temperaturą pracy, w szczególności w kwestii odporności na promieniowanie UV pozwalające na stosowanie zewnętrzne przewodów. Kluczowe znaczenie dla prawidłowej pracy instalacji solarnej odgrywa średnica przewodów dostosowana do zalecanego dla danych kolektorów słonecznych natężenia przepływu.

Zagwarantowanie minimalnej prędkości przepływu na poziomie 0,40 m/s zapewnia przenoszenie pęcherzy powietrza (możliwość odpowietrzania układu). Z kolei nieprzekraczanie prędkości 0,80 m/s pozwala zachować na akceptowalnym poziomie opory liniowe (mbar/m).

Dobór przewodów dla zestawu solarnego jest często wykonywany na podstawie tabeli dostarczanej przez producenta/dystrybutora.

Zarządzanie pracą instalacji solarnej

 Nieodzownym elementem zestawu solarnego jest system automatycznej regulacji jego pracy, który może być wyposażony w minimalny niezbędny zakres funkcji lub też dostarczać szereg dodatkowych możliwości, jak np. bilansowanie uzysków ciepła, opcję współpracy z regulatorem kotła czy też ze zdalnym nadzorem pracy. Podstawowe regulatory (rys.6.) wyposażane są w 2 czujniki temperatury, bardziej rozbudowane – w 4 i więcej czujników dla bardziej złożonych układów, np. z dwoma bateriami kolektorów (połacie dachu wschód-zachód) lub przy współpracy z podgrzewem wody basenowej, wspomaganiem ogrzewania budynku itp. W związku z popularyzacją stosowania tytanowych anod ochronnych w podgrzewaczach c.w.u., należy także zwrócić uwagę, czy regulator ma funkcję obsługi tego rodzaju anody. W funkcje ochronne przed przegrzewaniem instalacji solarnej wyposażona jest większość regulatorów na rynku, jednak obsługa funkcji urlopowej będzie ułatwiona w regulatorze z menu tekstowym i wbudowanym kalendarzem.


Grupa pompowa i zabezpieczenie instalacji solarnej

Zestawy solarne standardowo wyposażane są w grupy pompowe w bardzo szerokim zakresie budowy i cen zakupu. Najbardziej rozbudowane grupy wymagają podłączenia jedynie naczynia wzbiorczego, pozostałe elementy znajdują się w zakresie ich dostawy. Dostępne na rynku grupy 1- i 2-drogowe różnią się m.in. zakresem funkcji i możliwościami zabudowy (rys.7). Podstawowe wyposażenie grupy stanowi pompa obiegowa o stopniowej regulacji prędkości obrotowej. Bardziej złożone sterowniki pozwalają na pracę tego rodzaju pomp także ze zmienną regulacją wydajności. W najbliższej przyszłości należy się spodziewać w tym zakresie istotnej zmiany na rynku. Zgodnie z dyrektywą ErP (2009/125/WE) od  1 sierpnia 2015 roku, możliwe będzie w praktyce stosowanie wyłącznie pomp obiegowych o płynnej elektronicznie regulowanej wydajności. Wymusi to także konieczność rozbudowy funkcji regulatorów elektronicznych, które będą musiały zapewnić możliwość obsługi tego typu pomp obiegowych.

Grupy pompowe zawierają standardowo armaturę odcinającą i zabezpieczającą (zawór bezpieczeństwa). Chęć obniżenia cen zakupu zestawów solarnych powoduje w niektórych przypadkach eliminację elementów pomiarowych, jednak rotametr pływakowy znajduje się w zakresie dostawy większości grup pompowych na rynku. Zastosowanie znajdują ostatnio również przepływomierze elektroniczne umożliwiające regulatorowi kontrolę natężenia przepływu i dokładniejsze bilansowanie uzysków ciepła – także przy zmiennej wydajności pracy pompy obiegowej.

Efektywność zestawów solarnych w testach…

 Na rynku zachodnioeuropejskim zwraca się od dawna uwagę na efektywność kompletnych zestawów solarnych. Przykładem mogą być testy porównawcze jakie prowadzono w  latach 2008-2011 w Niemczech przy fundacji Stifftung Warentest oraz wydawnictwie ÖKO-TEST Verlag GmbH. Celem testów było sprawdzenie konkretnych oszczędności możliwych do uzyskania w jednakowych warunkach eksploatacji zestawów solarnych, a także określenie efektu ekonomicznego w postaci okresów zwrotu kosztów inwestycji. W ten sposób można było przedstawić klientowi indywidualnemu dodatkową informację – jak wybrać optymalne rozwiązanie, które nie tylko będzie zapewniać najwyższą efektywność energetyczną, ale również korzystne koszty inwestycji. Różnice w efektach pracy porównywalnych zestawów solarnych były znaczące, np. w ramach badań ÖKO-TEST połowa z 17 zestawów nie pozwoliła osiągnąć zakładanych 60% oszczędności rocznych przy podgrzewaniu wody użytkowej, a najkorzystniejszy zestaw pozwolił uzyskać aż 69%. W ramach testu 14 zestawów oceniono jednak jako „dobry”, a 2 jako „zadowalający” [2].

Zestawy solarne – kierunki rozwoju…

 Instalacje solarne (termiczne) mogą zyskać nowe uwarunkowania do ich stosowania w świetle wprowadzanych w krajach UE regulacji w zakresie nadawania urządzeniom i systemom grzewczym etykiet energetycznych oraz możliwości stosowania zgodnie z przepisami ecodesign urządzeń o wymaganej minimalnej efektywności energetycznej [3]. Na znaczeniu zyskają pakiety łączące np. kocioł grzewczy lub pompę ciepła z kolektorami słonecznymi. Możliwe będzie określanie efektywności energetycznej dla całego pakietu, który dzięki współpracy z instalacją solarną zyska wyższą klasę efektywności energetycznej. Zestawy solarne staną się więc niezbędnym elementem składowym najbardziej efektywnych systemów grzewczych, promowanych i być może w większym stopniu premiowanych na rynku europejskim.

Literatura:
[1] materiały własne, analiza danych (05.2014) dla 10 popularnych dostawców zestawów solarnych na rynku polskim
[2] „Thermische Solaranlagen zur Trinkwassererwärmung”, ÖKO-TEST Jahrbuch für 2012
[3] „Etykiety energetyczne dla urządzeń grzewczych, czyli wielkie zmiany na rynku (cz. 2)”, P.Lachman, InstalReporter 05/2013

Instalnews - bezpłatny biuletyn e-czasopisma InstalReporter 1/2018 12/2017 4/2017