Najpierw trzeba ocenić, do czego wytworzona energia cieplna może zostać wykorzystana, a także czy ma to uzasadnienie ekonomiczne.

Możemy zastosować taki układ jako podgrzewanie ciepłej wody użytkowej, podgrzewanie niskotemperaturowej instalacji grzewczej oraz pozyskanie ciepła technologicznego, np. dla wspomagania ogrzewania basenu.
Kombinacja wymienionych funkcji umożliwia stworzenie czterech podstawowych wariantów zastosowania instalacji solarnej:
- Ciepła woda użytkowa (cwu)
- Ciepła woda użytkowa + centralne ogrzewanie (cwu+co)
- Ciepła woda użytkowa + ciepło technologiczne (cwu+ct)
- Ciepła woda użytkowa + centralne ogrzewanie + ciepło technologiczne (cwu+co+ct)

Wspomaganie c.w.u.

Instalacja wspomagająca tylko i wyłącznie c.w.u. jest w stanie pokryć do 60 proc. zapotrzebowania na energię potrzebną do tego celu. Pozostałe 40 proc. należy uzupełnić innym źródłem energii.

Słońce nie zawsze świeci wtedy kiedy chcemy, dlatego należy jak najlepiej wykorzystać okres promieniowania o wysokim natężeniu. Należy w tym czasie przygotować jak najwięcej c.w.u. i zmagazynować ją na okres mniej korzystnego promieniowania. Do tego celu służą podgrzewacze solarne lub bufory energii. Jest to najbardziej korzystne zastosowanie kolektorów słonecznych.

Słońce nie zawsze świeci wtedy kiedy chcemy, dlatego należy jak najlepiej wykorzystać okres promieniowania o wysokim natężeniu

Wspomaganie c.w.u. oraz ogrzewania niskotemperaturowego

Instalacja solarna tego typu jest w stanie pokryć do 25 proc. rocznego zapotrzebowania na energię potrzebną do przygotowania c.w.u. oraz ogrzewania niskotemperaturowego.

Wspomaganie ogrzewania niskotemperaturowego jest nieznaczne i odbywa się jedynie w okresach jesienno-zimowych oraz zimowo-wiosennych. Pokrycie całkowitego rocznego zapotrzebowania na energię w większym stopniu wiązałoby się z zastosowaniem większej powierzchni kolektorów. Pociągnęłoby to za sobą zwiększenie kosztów całej inwestycji oraz wydłużenie czasu spłaty, gdyż w okresie największego nasłonecznienia, czyli wtedy gdy ogrzewanie podłogowe nie pracuje, znaczna część instalacji pozostawałaby niewykorzystana.

Wspomaganie c.w.u. oraz wody basenowej

Instalacja solarna tego typu jest w stanie pokryć do 80 proc. rocznego zapotrzebowania na energię potrzebną do przygotowania c.w.u. oraz ogrzewania wody basenowej (dotyczy basenów eksploatowanych w okresie czerwiec, lipiec, sierpień).

W przypadku wspomagania c.w.u. oraz ogrzewania wody w basenach krytych pokrycie zapotrzebowania wynosi maksymalnie 60 proc.

Instalacja solarna jest w stanie pokryć do 80 proc. rocznego zapotrzebowania na energię potrzebną do przygotowania c.w.u.

Wspomaganie c.w.u, ogrzewania podłogowego oraz wody basenowej

Jest to drugie najbardziej korzystne rozwiązanie z tego względu, że powierzchnia kolektorów przeznaczona do ogrzewania wody basenowej w okresie letnim, zostaje wykorzystana do wspomagania ogrzewania podłogowego w okresie zimowym.

Takie rozwiązanie pozwala na całoroczne wykorzystanie całej powierzchni kolektora i zapewnia szybki zwrot kosztów całej inwestycji. Warunkiem jest jednak odpowiednie zachowanie proporcji pomiędzy powierzchnią kolektora przeznaczoną do ogrzewania wody basenowej, a powierzchnią przeznaczoną na cele ogrzewania podłogowego.

Musimy wziąć pod uwagę warunki geograficzno-klimatyczne oraz przewidywane miesiące i dni odbioru energii cieplnej z systemu solarnego. Od tego zależy dobór kolektorów oraz ich kąta nachylenia. Należy tak dobrać powierzchnię czynną systemu solarnego, aby w miesiącach największego nasłonecznienia nie przekraczać 100 proc. zapotrzebowania na energię cieplną.

Najskuteczniejsze przejmowanie promieni słonecznych ma miejsce wtedy, gdy padają one na kolektor pod kątem 90°. Uwzględniając całoroczne warunki panujące w Polsce, zaleca się nachylenie α=45°. Kąt ten uwzględnia zarówno wysoką pozycje słońca latem, jak i niską w zimie.
W przypadku instalacji pracujących okresowo, kąt nachylenia kolektora α należy dobierać indywidualnie. znając średnią pozycję słońca w interesującym nas okresie pracy instalacji oraz fakt, iż promienie powinny padać na kolektor pod kątem 90°, można łatwo obliczyć wymagane nachylenie kolektora.

W niektórych przypadkach można pokusić się o specjalne obniżenie sprawności kolektorów słonecznych w okresach letnich (kiedy jest bardzo duże nasłonecznienie), poprzez zwiększenie nachylenia kolektorów względem poziomu, nawet montując je pionowo na elewacji. Skutkiem takiego działania jest obniżenie uzysków energetycznych w okresie letnim, a zwiększenie uzysku energii cieplnej w okresach przejściowych - głównie zimowym. Dodatkowym pozytywnym aspektem takiego działania jest uniemożliwienie zablokowania działania kolektorów poprzez opady śniegu.

Następnie należy przeanalizować istniejące urządzenia grzewcze oraz dostępne źródła energii w danej lokalizacji. Od tego, co zastaniemy w istniejącej kotłowni lub co wstępnie deklaruje inwestor przy tworzeniu nowej lub modernizacji istniejącej kotłowni, będzie zależał sposób doboru systemu solarnego, a także schematu technologicznego.

Kiedy dobierzemy już ilość kolektorów, ich usytuowanie i nachylenie musimy wybrać sposób rozdysponowania energii cieplnej z naszego układu solarnego. Od zastosowanego schematu technologicznego będzie zależało jak dużo energii cieplnej będziemy w stanie spożytkować.

Najskuteczniejsze przejmowanie promieni słonecznych ma miejsce wtedy, gdy padają one na kolektor pod kątem 90°

Istotne zabezpieczenia

Musimy pamiętać, że jeśli korzystamy z wymiennika ciepła powinniśmy zabezpieczyć go przed zbyt wysokimi temperaturami mieszanki wody i glikolu, a w szczególności przed niskimi temperaturami. W sytuacji, kiedy na zewnątrz mamy niską temperaturę otoczenia, np. -20 st C, zład (objętość) glikolu w rurach zasilających z kolektorów ma taką samą temperaturę.

Kiedy w taki zimny dzień zaświeci słońce i czujnik w kolektorze wyczuje wzrost temperatury powyżej zadanej, uruchomi pompę solarną i wtłoczy mocno schłodzony glikol do wymiennika zamrażając wodę kotłową. Przykładowym zabezpieczeniem takiej sytuacji jest zaprojektowanie baypass-a z zaworem przełączającym trójdrogowym, który zabezpieczy wymiennik przed wspomnianymi zagrożeniami.

Przy doborze instalacji może się okazać, że nasz dobór mija się z uwarunkowaniami wolnej przestrzeni pod montaż kolektorów. Częste są sytuacje, kiedy mamy zbyt mało przestrzeni na dachu do montażu zaprojektowanych kolektorów lub instalacje należy podzielić na 2 osobne układy solarne, np. montaż na połaci dachu wschodniej i zachodniej.

Czasami okazuje się, że nie ma miejsca w kotłowni na umiejscowienie dobranych zbiorników, buforów lub otwór drzwiowy jest za mały, aby wnieść duże bufory. Musimy spodziewać się tych sytuacji i przewidywać je na etapie doboru, zamieniać bufory na mniejsze lub uwzględniać powiększenie otworu do kotłowni.

Ważne jest także, aby po wykonanym doborze wykonać schemat technologiczny danego układu solarnego, żeby wykonawca realizował nasze propozycje w sposób prawidłowy. Dobrze, jeśli wykonane jest także zestawienie materiałowe, dzięki czemu nie ma wątpliwości na etapie realizacji, jakie systemy montażowe zastosować lub który zawór powinien być użyty.

Lucjan Drzewiecki

Tekst powstał we współpracy z firmą Sunex, http://www.sunex.pl/