Celowość stosowania instalacji solarnych w  Polsce

Koszty eksploatacji instalacji solarnej należą do najniższych wśród urządzeń grzewczych. System wykorzystujący darmową energię słoneczną wymaga do pracy minimalnej ilości energii elektrycznej. Pobór energii elektrycznej za-silającej pompę obiegową w  małej instalacji solarnej wynosi zazwyczaj od 20 do 50 W. Koszty związane z  przeglądami serwisowymi również należą do najniższych – w  prawidłowo dobranych i  eksploatowanych instalacjach solarnych, wymiana glikolu może następować znacznie rzadziej niż w przy-jętych ogólnie 5-letnich okresach [10].

Rys. 6. Porównanie kosztów podgrzania ciepłej wody użytkowej: 300 litrów/dzień, od 10 do 45oC [10,11]

138 technologie helionergetyczne

Instalacje solarne są także systemami przewidzianymi do wieloletniej eksploatacji, zakłada się przynajmniej 20÷25 lat ich użytkowania. Opła-calność zastosowania instalacji solarnej jest tym wyższa im droższe paliwo lub energię wykorzystuje konwencjonalne źródło ciepła. W porównaniu do podgrzewania wody użytkowej energią elektryczną (np. bojler lub grzałka elektryczna), olejem opałowym, czy też gazem płynnym, uzyskuje się krót-kie kilkuletnie okresy zwrotu kosztów inwestycji. Dodatkowo, każde wspar-cie finansowe udzielone inwestorowi, poprawia efekt ekonomiczny i  skra-ca czas zwrotu kosztów inwestycyjnych [10].

Instalacje solarne należą do najbardziej efektywnych systemów prze-twarzających bezpośrednio energię promieniowania słonecznego na ciepło użytkowe. Stosowanie ich, szczególnie dla podgrzewania ciepłej wody użyt-kowej powinno stać się standardem także ze względu na zmiany zachodzą-ce w  technologiach budowlanych. Poprawa izolacyjności cieplnej nowych budynków spowodowała wzrost znaczenia ciepła potrzebnego do podgrze-wania wody użytkowej [10].

Rys. 7. Trendy w budowie domów – zmniejszanie się rocznego zapotrzebowania ciepła [10] W rocznym bilansie zużycia energii, podgrzewanie wody użytkowej sta-nowi tym większy udział im bardziej energooszczędnym jest budynek. Szu-kanie oszczędności w  zużyciu energii jedynie na drodze stosowania źródeł ciepła o większej sprawności staje się niewystarczające. Stosunkowo łatwym sposobem obniżenia kosztów eksploatacji domu jest zastosowanie instala-cji solarnej nawet w  podstawowym wariancie podgrzewania ciepłej wody użytkowej [10].

technologie helioenergetyczne W  polSce 139

Ustawienie kolektorów słonecznych powinno zapewniać ich korzystną pracę w tym okresie. Zakres możliwego ustawienia kolektorów słonecznych jest szeroki, a  zmniejszenie przenikania promieniowania słonecznego przez jego szybę będzie niewielkie – zazwyczaj maksymalnie do 5%. Zalecanym w praktyce ustawieniem kolektorów słonecznych jest skierowanie ich w kie-runku południowym (S). W granicach odchylenia ±30o od południa, nie jest zauważalne zmniejszenie rocznych uzysków ciepła. Nieznacznie niższe (do 5%) powinny być uzyski ciepła przy odchyleniu ±45o od kierunku połu-dniowego i  można uznać, że w  granicach kąta SE-SW, możliwe jest zasto-sowanie kolektorów słonecznych bez korekty doboru ich powierzchni. Jeśli budynek posiada połacie dachu skierowane w  osi wschód-zachód, to roz-wiązaniem może być zastosowanie dwóch baterii kolektorów słonecznych pracujących zamiennie w ciągu dnia. Prostszym rozwiązaniem i częściej za-lecanym jest w takiej sytuacji jednak zastosowanie jednej baterii kolektorów o  zwiększonej powierzchni. Przykładowo, 4 kolektory płaskie (każdy o  po-wierzchni 1,8 m2 absorbera) skierowane na południowy-wschód (SE) po-winny zapewniać rocznie tyle samo ciepła, ile 3 takie same kolektory skie-rowane na południe (S) [10].

Rys. 8. Optymalne warunki zabudowy kolektorów słonecznych – skierowanie na południe z możliwością odchylenia ±45o oraz nachylenie połaci dachu 25o÷45o [10]

Drugim parametrem określającym położenie kolektora słonecznego, jest jego nachylenie do poziomu. Dla większości dachów pochyłych kąt mieści się w  zakresie 25o÷45o, przy którym efektywność pracy kolektora jest naj-wyższa w  skali całego roku. Mając na względzie szeroki zakres możliwych wariantów ich zabudowy bez zauważalnego w  praktyce zmniejszenia

uzy-140 technologie helionergetyczne

sków ciepła, należy stwierdzić, że jego zmienne w  czasie położenie nie jest zasadne. Tym bardziej, że najczęstszym miejscem zabudowy jest połać da-chu, a zabudowa na ewentualnej obrotowej platformie wiązałaby się z pod-wyższeniem kosztów i skomplikowaniem technicznym inwestycji. Dodatkowe zwiększenie kosztów nie byłoby zrekompensowane na tyle wyższymi uzyska-mi ciepła, aby tego typu inwestycja była opłacalna. W  przypadku budynku z  dachem płaskim, zalecane jest instalowanie kolektorów słonecznych na-chylonych do poziomu, w czym pomocne będą stelaże – specjalne zestawy montażowe. Ich użycie jest także możliwe dla zabudowy kolektorów na te-renie przyległym do budynku, gdy dach nie pozwala na ich zastosowanie. Niektóre typy kolektorów próżniowych pozwalają na montaż w  dowolnej pozycji – bez wymaganego minimalnego i  maksymalnego nachylenia, jak w  przypadku kolektorów płaskich. Może być to przydatne dla montażu na dachu płaskim, przy czym jest to zalecane tylko wyjątkowo, przede wszyst-kim w  budynkach wysokich, w  celu zmniejszenia sił oddziaływania wiatru. Mankamentem takiego położenia kolektora jest możliwość długotrwałego zalegania śniegu, wyłączającego instalację z pracy w sezonie zimowym [10].

Specyficzną cechę dowolnego położenia niektórych próżniowych ko-lektorów słonecznych częściej wykorzystuje się dla ich zabudowy w pozycji pionowej. W ten sposób można zastosować instalację solarną w budynkach z  utrudnionymi warunkami zabudowy. Zastosowanie kolektorów próżnio-wych na elewacji budynku niestety pociąga za sobą znaczące zmniejszenie rocznych uzysków ciepła – do 40÷50%, w  stosunku do standardowej za-budowy z  nachyleniem [10].

Rys. 9. Względne zmniejszenie ilości energii promieniowania słonecznego w okresie roku dla warunków innych niż optymalne [10]

Planując zastosowanie kolektorów słonecznych na budynku, należy wziąć pod uwagę szereg aspektów, w  pierwszym rzędzie możliwości za-stosowania określonej ich powierzchni w dostępnym miejscu na dachu lub

technologie helioenergetyczne W  polSce 141

posesji. Miejsce to powinno pozostawać niezacienione lub zacienienie to powinno ograniczać się do jak najkrótszych okresów dnia i  roku. Należy wziąć także pod uwagę wzrost drzew wokół domu, które mogą dopie-ro po kilku latach powodować zacienianie kolektorów słonecznych. Jest to istotne i  na etapie projektowania ogrodu i  wyboru samego miejsca zabu-dowy kolektorów [10].