Kolektory słoneczne

     Jeśli jesteśmy zdecydowani zainstalować system solarny, musimy się dowiedzieć jaki będzie najodpowiedniejszy do naszego domu. Warto się również dowiedzieć czy możemy liczyć na kredyt preferencyjny lub dofinansowanie.

Jak działają kolektory?
   Wyobraźmy sobie, że w pełnym słońcu na trawniku zostawiamy napełniony wodą wąż gumowy. Woda w nim szybko zrobi się ciepła. Jeśli zamiast węża zastosujemy element, który będzie znacznie szybciej się nagrzewał (na przykład blachę miedzianą, pomalowaną na czarno), a zamiast wody - płyn niezamarzający (glikol), który będzie płynął w rurkach przymocowanych do tej blachy, to otrzymamy model kolektora.

Energia z promieniowania słonecznego ma trojaką postać:

■    bezpośrednia - pochodzi bezpośrednio od Słońca,
■    rozproszona - powstaje w wyniku rozpraszania promieniowania bezpośredniego m.in. w atmosferze ziemskiej, śniegu i chmurach,
■    odbita - powstaje przez odbicie się promieni np. od drzew i budynków.

Zarówno kolektory płaskie jak i próżniowe odbierają wszystkie wyżej wymienione rodzaje promieniowania. W przypadku niskiej wartości promieniowania, większy jego udział pokrywa straty własne kolektora płaskiego. Z tego wynika niższy efekt pracy kolektora płaskiego przy słabym promieniowaniu niż kolektora próżniowego, o czym poniżej.

Ze względu na nasz klimat, kolektory słoneczne wykorzystuje się u nas głównie do podgrzewania wody użytkowej. Zakup instalacji solarnych jest opłacalny, jeśli może ona pokryć 40-50% zapotrzebowania na ciepłą wodę. Najczęściej oznacza to zakup 2-3 kolektorów dla czteroosobowej rodziny.
Kolektory słoneczne czerpią energię z odnawialnego źródła, jakim jest Słońce, zatem zainstalowanie ich w domu można uznać za wkład w ochronę środowiska i działanie ekologiczne - spójne z polityką energetyczną Unii Europejskiej, która zaleca korzystanie w coraz większym stopniu z odnawialnych źródeł energii.
Kupując kolektory, nabywamy tak naprawdę cały system solarny, którego główne elementy to kolektory słoneczne, przewody rurowe, zestaw pompowy, urządzenia zapewniające bezpieczeństwo działania instalacji (np. zawór bezpieczeństwa) oraz zasobnik solarny z wężownicą (jedną lub dwiema).

Działanie instalacji solarnej

Można je porównać do działania centralnego ogrzewania, w którym kotłem są kolektory słoneczne. Czynnik roboczy (glikol) ogrzewa się w kolektorach wskutek promieniowania słonecznego. Pompa transportuje glikol rurami z kolektorów do zasobnika. W zasobniku woda ogrzewa się od ciepłego glikolu płynącego w wężownicy. Jeśli zasobnik jest dwuwężownicowy, to wężownica, doprowadzająca ogrzany glikol z kolektorów, umieszczona jest zawsze na dole zasobnika, a wężownica łącząca zasobnik z kotłem - na górze. Temperaturę zasobnika ustawia się regulatorem - najlepiej między 45 a 60°C. Jeśli niebo jest pochmurne i temperatura wody spada poniżej ustawionych np. 60°C, to kocioł automatycznie się włącza i podgrzewa wodę do ustalonej temperatury. Opisany układ jest najbardziej rozpowszechniony, a najłatwiej go zamontować na etapie budowy domu.
W domu już wybudowanym, jeśli nie chcemy wymieniać dotychczas używanego zasobnika ciepłej wody, możemy go zintegrować z instalacją solarną: do używanego już zasobnika głównego podłącza się zasobnik solarny. Ciepło z kolektorów dociera wyłącznie do zasobnika solarnego. Gdy pobieramy wodę, wstępnie ogrzana woda doprowadzana jest z zasobnika solarnego do zasobnika głównego. Producenci kolektorów informują, że w ten sposób oszczędza się do 50% energii potrzebnej do podgrzania wody użytkowej, ponieważ kocioł grzewczy nie musi już ogrzewać ciepłej wody lub dogrzewa ją w niewielkim stopniu.
Wybieramy kolektory
Systemy solarne można kupić z różnymi rodzajami kolektorów, z których najpopularniejsze są płaskie i próżniowe rurowe.

Kolektory płaskie

Zwykłe (niepróżniowe). Z zewnątrz pokryte są specjalną szybą, pod którą znajduje się absorber - płyta pokryta substancją pochłaniającą promieniowanie słoneczne: czarnym niklem, czarnym chromem, czarną miedzią lub tlenkiem tytanu. Czasami absorbery pokrywa się czarnym lakierem, ale straty ciepła przez promieniowanie są wtedy większe niż w absorberach pokrytych innymi substancjami. Do warstwy absorbera przylegają rurki, przez które przepływa czynnik roboczy - glikol; odbiera on ciepło od nagrzanego absorbera i oddaje je w wymienniku ciepła.
Rama kolektora wykonana jest z włókna szklanego lub aluminium, a tylna ściana - z blachy stalowej z powłoką aluminiowo-cynkową. Między tylną ścianą a absorberem znajduje się izolacja cieplna: najczęściej wełna mineralna lub pianka poliuretanowa, która zapewnia wysoką sprawność działania kolektora.

Próżniowe.

Różnią się od płaskich zwykłych tym, że wokół absorbera wytworzona jest próżnia (w płaskich zwykłych jest powietrze). Działają wydajniej niż zwykłe kolektory płaskie, ponieważ mniejsze są w nich straty ciepła. Ich elementy wolniej korodują, bo we wnętrzu takich kolektorów nie wytwarza się para wodna. Są droższe niż kolektory płaskie zwykłe, ale z czasem się rozszczelniają: wtedy trzeba ponownie wytwarzać w nich próżnię.
Kolektory rurowe
Są to kolektory próżniowe, w których absorber jest umieszczony w rurce próżniowej: dzięki temu jest izolowany od otoczenia, co powoduje ograniczenie ucieczki ciepła na zewnątrz. Tak działające kolektory pozyskują więcej ciepła niż płaskie. Najpopularniejsze są opisane dalej trzy ich odmiany:

■    Kolektory z bezpośrednim przepływem czynnika roboczego.
W rurze próżniowej są dwie rurki metalowe, jedna wewnątrz drugiej. Zimny czynnik roboczy (glikol) wpływa wewnętrzną rurką do absorbera, po czym ogrzany wraca zewnętrzną do instalacji. Dzięki próżni do minimum są zredukowane straty ciepła.
Kolektory z rurkami cieplnymi (z ang. heat pipe). W miedzianej rurce cieplnej umieszczonej wewnątrz kolektora znajduje się czynnik roboczy (glikol), który paruje w temperaturze ok. 25°C. Jego para zbiera się w kondensatorze rurki cieplnej, gdzie skrapla się, oddając ciepło. Następnie, już jako ciecz - glikol spływa po wewnętrznej ściance rurki cieplnej i cały proces powtarza się od nowa. Aby czynnik roboczy sprawnie cyrkulował w rurce cieplnej, kolektor powinien być nachylony pod kątem min. 20°. Kolektory z rurkami cieplnymi są sprawniejsze niż z bezpośrednim przepływem czynnika roboczego.

■    Kolektory z parabolicznym zwierciadłem CPC (z ang. Compound Parabolic Concentrator). Rury szklane są umieszczone nad zwierciadłem CPC, którego kształt sprzyja pochłanianiu promieni słonecznych padających pod niekorzystnym kątem (wieczorem i rano) oraz zwiększa zdolność absorbowania promieniowania rozproszonego.
Zasobnik solarny
Jest to zbiornik, w którym magazynowana jest ciepła woda. Jego pojemność powinna być 1,5-2 razy większa od dziennego zapotrzebowania na ciepłą wodę użytkową, które zwykle mieści się w przedziale 50-80 l wody (o temperaturze 60°C) na 1 osobę. Najmniejsze ze zbiorników mają ok. 125 litrów. Dla dwuosobowej rodziny przyjmuje się 200-300-litrowy, dla czteroosobowej - 300-600-litrowy.

Zasobniki mogą pracować w obiegach:

■    grawitacyjnym, czyli pasywnym: ogrzany czynnik roboczy płynie do zasobnika. Musi się on znajdować powyżej kolektorów, a jego dolna kra wędź powinna być 30 cm ponad kolektorami; w praktyce zasobnik może być umieszczony na strychu, a kolektory - na przykład na trawniku przed domem;
■ wymuszonym: czynnik grzewczy wprawiany jest w ruch pracą pompy. Potrzebne są tutaj dwie wężownice w zbiorniku: jedna podłączona do kolektorów, druga - do kotła. Jeśli woda podgrzana wcześniej przez kolektory ma wyższą temperaturę od nastawionej w dolnej części zasobnika, wtedy regulator włącza pompę. Jeżeli niebo jest zachmurzone i woda nie podgrzeje się do nastawionej temperatury, włącza się kocioł.

Zasobniki mogą mieć również jedną wężownicę: ciepła woda jest dostępna jedynie wtedy, gdy zostanie podgrzana przez kolektory i jeśli cały zapas zostanie zużyty, co zwykle się dzieje wieczorem, to w nocy woda będzie zimna. Zbiornik pracuje wtedy samodzielnie, czyli jest podłączony tylko do kolektorów. Jest to rozwiązanie najtańsze, stosowane np. w domach letniskowych.

Ile kolektorów?

Powierzchnia kolektorów zależy m.in. od tego, do czego będą wykorzystywane: do całorocznego podgrzewania wody w niedużym domu całorocznym, do okresowego - w domu letniskowym czy też do podgrzewania wody w basenie. Kolektory różnią się między sobą pod względem wydajności i każdorazowo trzeba sprawdzić, ile kolektorów konkretnego producenta pokryje 40-50% zapotrzebowania na ciepłą wodę użytkową.
Przykładowo powierzchnia czynna jednego kolektora płaskiego wynosi średnio 2 m2 i zwykle instaluje się dwie lub trzy sztuki, które kosztują (bez montażu) 10-15 tys. zł.
Powyższe szacunkowe dane nie zastąpią oczywiście wizyty instalatora, który poinformuje o liczbie potrzebnych kolektorów oraz kosztach całego systemu solarnego i jego montażu.

Czy kolektory się opłacają?

Najbardziej - w domach ogrzewanych wyłącznie prądem. Mogą też być opłacalne w domach ogrzewanych olejem opałowym lub gazem płynnym. O takiej inwestycji warto zatem pomyśleć już na etapie projektowania domu: wtedy można kompleksowo zaplanować cały system grzewczy i zamontowanie kolektorów w połaci dachowej.

■    Kolektory mogą też być dobrym rozwiązaniem w domach ogrzewanych paliwem stałym: latem, gdy nie trzeba dogrzewać domu, palenie w kotle, aby podgrzać tylko ciepłą wodę, jest dość kłopotliwe. Ponadto niektóre kotły mają niższą sprawność, gdy ogrzewają wyłącznie wodę użytkową.
Warto także kupić kolektory do domu, w którym zużywa się dużo ciepłej wody. Opłacalne są w instalacjach podgrzewania wody w basenie, a także w domach letniskowych.

Wybór miejsca na kolektory

Aby kolektory działały wydajnie, ważne jest ustawienie ich pod takim kątem do poziomu, aby promienie słoneczne padały prostopadle do ich powierzchni. Kąt ten nie jest stały, ponieważ położenie słońca zmienia się w ciągu roku: optymalny kąt nachylenia latem to 30°, a zimą 60°. Jeśli kolektory będą pracować tylko latem, np. w domu letniskowym, można je ustawić pod kątem 30°, jeśli będą instalowane w domu całorocznym - pod kątem 45°.
Kolektory powinny być skierowane na południe, a gdy nie jest to możliwe, to w kierunku jak najmniej odchylonym (nie więcej niż o 45°) od południa.
Najczęściej kolektory instaluje się na południowej połaci dachu lub jako wolno stojące ustawia się na ziemi na południowej stronie działki.

Dofinansowanie

W Polsce można uzyskać dofinansowanie na zakup kolektorów słonecznych w formie dotacji z gminy lub kredytów na preferencyjnych warunkach.
Najbardziej korzystna jest dotacja z gminy, więc warto o to zapytać we właściwym dla miejsca zamieszkania urzędzie gminy lub miasta. Dofinansowanie jest możliwe m.in. dzięki Programowi Ograniczenia Niskiej Emisji - PONE (www.niskaemisja.pl.), który realizowany jest ze środków wojewódzkich funduszy ochrony środowiska i gospodarki wodnej. W większości przypadków dotyczy on tylko modernizacji budynków, w których planowana jest wymiana starego kotła na węgiel na nowoczesny, i przy okazji tej wymiany gmina może pokryć też część kosztów związanych z zakupem i montażem kolektorów. Nie w każdej gminie inwestor dostanie jednak dofinansowanie indywidualnie, najczęściej gmina organizuje grupowe dopłaty dofinansowujące wymianę starej instalacji grzewczej w kilkunastu lub kilkudziesięciu domach. Jeśli budujemy nowy dom i zamierzamy wyposażyć go w kolektory słoneczne, szanse na dopłatę są minimalne, ale zawsze warto zapytać o nią w swojej gminie.
Jeśli w naszej gminie realizowany jest program PONE, najpierw należy dowiedzieć się, na jakich zasadach przyznawane są dopłaty (w każdej gminie kryteria mogą być ustalane nieco inaczej) i złożyć wymagane dokumenty. Warto dopytać o termin podjęcia przez gminę decyzji oraz termin wpłaty dofinansowania.

A oto kilka przykładów.
Urząd Miejski w Zabrzu przygotowuje się obecnie do wdrożenia Programu Ograniczenia Niskiej Emisji i przewiduje dofinansowanie do 60% kosztów zakupu i montażu kolektorów słonecznych, pozostałe 40% pokryją indywidualni inwestorzy.
W gminie Tworóg w 2008 r. ok. 20 mieszkańców dostało dopłatę w wysokości 50% kosztów zakupu i montażu kolektorów słonecznych. Jeśli indywidualni inwestorzy będą zainteresowani, w tym roku gmina również planuje pozyskanie środków na dopłatę do systemów solarnych.
W maju 2008 r. zakończono realizację pierwszego etapu Programu Ograniczenia Niskiej Emisji dla gminy Lubliniec. W ramach niego zamontowano 71 układów solarnych w budynkach jednorodzinnych. Dofinansowanie do zakupu i montażu kolektorów słonecznych wyniosło 70% kosztów kwalifikowanych, które ustalono na 15 tys. zł.
Jeśli w danej gminie nie ma możliwości uzyskania dopłat, można postarać się o nisko oprocentowany kredyt na zakup systemu solarnego w Banku Ochrony Środowiska. Aby go dostać, trzeba złożyć wniosek we właściwym dla miejsca zamieszkania oddziale BOŚ.
Wymagane dokumenty to m.in.:
■    wypełniony wniosek wraz z kartą informacyjną o kliencie (do pobrania w banku),
■    dokumenty dotyczące zdolności kredytowej (np. zaświadczenie o zarobkach),
■    dokumenty związane z ustanowieniem zabezpieczenia spłaty kredytu,
■    akt własności nieruchomości (np. odpis z księgi wieczystej).
Każdy, kto ma zdolność kredytową, dostanie taki kredyt, o ile w danym województwie jest on dostępny.
Oprocentowanie kredytu jest zmienne i zależne od województwa oraz aktualnych warunków rynkowych. Kredyt można dostać na okres od 3 do 8 lat, a jego kwota może pokryć 70%, a nawet w niektórych przypadkach 90% kosztów zakupu i montażu kolektorów słonecznych. Spłatę można zawiesić nawet do 1 roku, licząc od dnia zawarcia umowy kredytowej.
Można również skorzystać z premii termomodernizacyjnej, która umożliwia spłatę 25% kredytu na realizację przedsięwzięć o charakterze termomodernizacyjnym, w tym np. na zakup i montaż kolektorów słonecznych. Premię przyznaje Bank Gospodarstwa Krajowego na wniosek inwestora złożony w banku, w którym inwestor ubiega się o kredyt. Aby uzyskać premię, konieczne jest sporządzenie audytu energetycznego dla modernizowanego budynku. Jeśli audyt wykaże, że np. instalacja kolektorów słonecznych przyniesie wymagane oszczędności kosztów energii, inwestor może ubiegać się o kredyt na realizację przedsięwzięcia oraz o premię termomodernizacyjną. Po zakończeniu inwestycji i spełnieniu warunków do wypłaty premii, BGK przekazuje premię termomodernizacyjną do banku kredytującego celem spłaty 25% wykorzystanego kredytu. W marcu 2009 r. wejdzie w życie nowa ustawa, która nieco zmieni warunki przyznawania premii termomodernizacyjnej: wszelkie informacje na ten temat można uzyskać w BGK.

Kolektory słoneczne
Kolektory słoneczne