Podłączenie solarów do istniejącej instalacji – jak to zrobić?

Podłączenie solarów do istniejącej instalacji grzewczej jest możliwe i najczęściej polega na wpięciu kolektorów do zasobnika biwalentnego lub na wykorzystaniu dotychczasowego zbiornika z dodatkową grzałką elektryczną. W artykule wyjaśniamy, kiedy takie rozwiązanie ma sens oraz jak dobrać i połączyć poszczególne elementy.

Kiedy warto podłączyć kolektory słoneczne do istniejącej instalacji?

Jeszcze kilka lat temu wielu inwestorów nie przygotowywało instalacji grzewczej pod kolektory słoneczne, bo na końcowym etapie budowy budżet bywał już mocno ograniczony. Teraz, gdy rachunki za energię rosną, coraz częściej pojawia się pomysł dołączenia solarów do działającego układu. Najczęściej chodzi o obniżenie wydatków na ciepłą wodę użytkową i uniezależnienie się od częstej obsługi kotła na paliwa stałe latem.

Kolektory warto rozpatrywać głównie jako wsparcie dla przygotowania wody do mycia. W polskim klimacie słońce grzeje przyzwoicie od marca do października, a najintensywniej w miesiącach letnich. Ciepłej wody potrzebujemy jednak przez cały rok, dlatego instalacja musi mieć wydajny zasobnik oraz dodatkowe źródło dogrzewania.

W budynkach mieszkalnych ciepło z energii słonecznej najczęściej wykorzystuje się w kilku obszarach:

• przygotowanie ciepłej wody użytkowej,
• wspomaganie ogrzewania pomieszczeń,
• podgrzewanie wody w basenach,
• wspieranie procesów przemysłowych i lokalnych sieci ciepłowniczych.

Jak dobrać kolektory i zasobnik do istniejącej instalacji?

Dla przeciętnej rodziny do przygotowania ciepłej wody użytkowej potrzeba co najmniej dwóch lub trzech kolektorów oraz odpowiednio dużego zasobnika. Koszt całej inwestycji – razem z grupą solarną, sterownikiem i montażem – zamyka się zwykle w przedziale od 10 000 do 20 000 zł.

Jeśli instalacja ciepłej wody wymaga generalnego remontu, modyfikowanie starego układu może się nie opłacać. Wtedy lepiej kupić typowy zestaw solarny z zasobnikiem biwalentnym i wykonać całość od nowa. W domach bez kotła, opartych wyłącznie na energii elektrycznej, zbiornik biwalentny bywa zbędny – wystarczy grzałka elektryczna, choć koszty dogrzewania nią są wyższe niż w przypadku kotła.

Zbiornik pełni w tym układzie rolę magazynu ciepła, bo największe zapotrzebowanie na wodę występuje rano i wieczorem, a kolektory pracują najwydajniej między godziną 9:00 a 15:00. Pojemność zasobnika powinna odpowiadać od półtorakrotności do dwukrotności dziennego zużycia ciepłej wody. Średnio jedna osoba zużywa 50 litrów wody o temperaturze 45°C na dobę, więc dla rodziny czteroosobowej zbiornik nie powinien mieć mniej niż 250 litrów.

Dobór do ciepłej wody użytkowej

Najtańszym wariantem jest instalacja przeznaczona wyłącznie do ciepłej wody użytkowej. Nawet powierzchnia kolektorów rzędu 3–6 m² pozwala pokryć około 60% rocznego zapotrzebowania na podgrzanie wody. Trzeba jednak zaznaczyć, że ta oszczędność dotyczy wyłącznie kosztów przygotowania c.w.u., a nie całego ogrzewania domu.

Jeśli w domu jest już zbiornik o pojemności przynajmniej 200 litrów dla maksymalnie trzech osób i jest w dobrym stanie, można go odłączyć od kotła i podpiąć do obiegu solarnego. Warunek to pionowe ustawienie oraz wężownica w dolnej części zbiornika. W takim układzie przydaje się grzałka elektryczna jako awaryjne źródło dogrzewania.

Dobór do wspomagania ogrzewania

Większe instalacje, które wspomagają centralne ogrzewanie, wymagają już pola kolektorów o powierzchni 7–15 m² i zasobnika ciepła o objętości 800–1000 litrów. W skojarzonych układach da się odebrać z kolektorów nawet 1000 kWh energii z metra kwadratowego ich powierzchni rocznie, podczas gdy instalacje tylko do c.w.u. wykorzystują zwykle nie więcej niż połowę tej ilości.

Instalacja centralnego ogrzewania, która ma korzystać z energii z kolektorów, powinna być niskotemperaturowa – najlepiej sprawdza się ogrzewanie podłogowe lub inne płaszczyznowe. W istniejącym domu bywa to kosztowne, bo wymaga solidnej termomodernizacji i często modyfikacji grzejników.

Trzeba też wziąć pod uwagę lato, gdy zapotrzebowanie na ogrzewanie jest minimalne. Gdy ciepło nie jest odbierane, płyn solarny zaczyna wrzeć, co prowadzi do wzrostu ciśnienia i degradacji roztworu glikolu. Dlatego w układach wspomagających ogrzewanie konieczny jest starannie dobrany magazyn ciepła i automatyka, która zapobiegnie przegrzaniu.

Praktyczna reguła doboru dla domu jednorodzinnego brzmi następująco:

Na każde 10 m² ogrzewanej powierzchni potrzeba około 1 m² kolektorów płaskich lub 0,5 m² kolektorów próżniowych. Pojemność zasobnika powinna wynosić 50 l na każdy metr kwadratowy kolektora płaskiego oraz dodatkowo 50 l na każdą osobę do pokrycia zapotrzebowania na ciepłą wodę.

Orientacyjna tabela doboru

W prostych instalacjach do przygotowania ciepłej wody użytkowej można posłużyć się orientacyjnym przelicznikiem:

Jak połączyć kolektory z różnymi źródłami ciepła?

Kolektory słoneczne mogą współpracować z niemal każdym systemem grzewczym, który oddaje ciepło przez grzejniki lub ogrzewanie powierzchniowe. W instalacjach hybrydowych solar przejmuje większość pracy latem oraz w okresach przejściowych, a drugie źródło włącza się wtedy, gdy energii słonecznej brakuje.

Wspólny mianownik to najczęściej bufor ciepła. Do niego trafia energia z kolektorów, a w razie potrzeby także z kotła, pompy ciepła lub grzałki elektrycznej. Stamtąd ciepło jest dopiero rozprowadzane do odbiorników.

Kocioł gazowy lub olejowy

Połączenie solarów z tradycyjnym kotłem gazowym albo olejowym nie jest skomplikowane. Oba źródła zasilają jeden lub kilka zasobników, a kocioł uruchamia się automatycznie, gdy kolektory nie dostarczają wystarczającej ilości ciepła. W praktyce ograniczeniem bywa brak miejsca na odpowiednio duży zbiornik buforowy, szczególnie przy starym stojącym kotle gazowym.

To rozwiązanie sprawdza się w istniejących budynkach, bo pozwala pozostawić dotychczasowe urządzenie grzewcze i jedynie dołożyć do niego część solarną. Dzięki temu zmniejsza się zużycie paliwa oraz emisja dwutlenku węgla.

Pompa ciepła

Współpraca kolektorów z pompą ciepła ma dwa warianty. W pierwszym oba urządzenia zasilają wspólny zasobnik ciepła. Kolektory przejmują wtedy przygotowanie c.w.u. i podgrzewanie wody w okresach letnich oraz przejściowych, przez co pompa ciepła pracuje krócej. To redukuje zużycie energii elektrycznej i wydłuża żywotność urządzenia.

W drugim wariancie ciepło z kolektorów trafia do dolnego źródła pompy ciepła, na przykład podgrzewa grunt wokół sondy. Dzięki temu poprawia się efektywność pracy pompy, a instalacja dolnego źródła może być mniejsza. Nadmiar ciepła odprowadzany do gleby obniża jednocześnie temperaturę w kolektorze, co zwiększa wydajność całego układu solarnego.

Coraz częściej producenci oferują gotowe systemy łączące te dwa urządzenia, ale sam schemat wpięcia do istniejącej instalacji warto skonsultować ze specjalistą.

Kocioł na pellet

Kolektory i kocioł na pellet łączy się podobnie jak z kotłem gazowym. Oba źródła zasilają bufor ciepła, a automatyka uruchamia kocioł dopiero wtedy, gdy solary nie nadążają z pokryciem zapotrzebowania. Dzięki temu rzadziej trzeba rozpalać kocioł i uzupełniać paliwo, a więc spada nakład pracy przy obsłudze biomasy.

Zaletą jest również ograniczenie emisji dwutlenku węgla oraz innych produktów spalania. Ten schemat sprawdza się w budynkach, w których kocioł na pellet już istnieje i nie ma potrzeby rezygnować z niego na rzecz nowego źródła ciepła.

Ogrzewanie elektryczne

Układ solarny można połączyć także z kotłem elektrycznym lub grzałką zamontowaną w zbiorniku. Zasada jest analogiczna: kolektory dostarczają ciepło do bufora, a grzałka włącza się w sytuacjach zwiększonego rozbioru lub długotrwałej złej pogody. Wprawdzie energia elektryczna jest droższa od ciepła z gazu czy pelletu, ale przy dobrze dobranej instalacji grzałka pracuje tylko okazjonalnie.

To rozwiązanie bywa szczególnie przydatne, gdy w domu nie ma kotła grzewczego, a jedynym źródłem ciepła jest elektryczność.

Jak zamontować kolektory i poprowadzić instalację solarną?

Kolektory płaskie oraz próżniowe z rurką ciepła najlepiej ustawić na połaci dachu lub konstrukcji wsporczej tak, aby były zwrócone na południe i nachylone pod kątem około 40° do powierzchni ziemi. Jeżeli odchylenie od kierunku południowego przekracza 15° na wschód lub zachód, powierzchnię kolektorów trzeba nieco zwiększyć.

Kolektory rurowe próżniowe z bezpośrednim przepływem czynnika można mocować także pionowo lub poziomo na elewacji, o ile słońce dociera do nich co najmniej przez sześć godzin dziennie. Kąt nachylenia płaskich absorberów w rurach próżniowych bywa regulowany – latem ustawia się je często pod kątem 30°, a zimą 60°.

Przed montażem na starym dachu trzeba sprawdzić jego wytrzymałość, bo napełnione cieczą kolektory sporo ważą. W razie wątpliwości należy wykonać dodatkową konstrukcję wsporczą lub wybrać montaż na gruncie.

Mocowanie na dachu, elewacji i gruncie

Najczęściej kolektory trafiają na połać dachową. Gdy dach jest zbyt płaski, montuje się je na konstrukcji wsporczej. Jeżeli na dachu nie ma miejsca albo szczyt domu jest skierowany na południe, można wykorzystać elewację lub wolnostojącą konstrukcję na ziemi. Ważne, by urządzenia były łatwo dostępne do przeglądów i napraw.

Niektóre systemy wyposaża się w konstrukcje poruszane siłownikami, które automatycznie podążają za słońcem. Są one jednak drogie i w domowych instalacjach rzadko się zwracają.

Rury i zabezpieczenia

Instalacja solarna to także dwie miedziane rury transportujące płyn solarny z kolektorów do zasobnika i z powrotem. Należy je poprowadzić jak najkrótszą trasą oraz starannie zaizolować, aby ograniczyć straty ciepła. Przejścia przez elementy konstrukcyjne i ocieplenie dachu wymagają dokładnego uszczelnienia.

W obiegu musi znaleźć się pompa obiegowa, naczynie wzbiorcze oraz zawór bezpieczeństwa. Naczynie niweluje zmiany objętości roztworu glikolu pod wpływem temperatury, a zawór otwiera się po przekroczeniu dopuszczalnego ciśnienia. Wszystkie te podzespoły można zwykle kupić w komplecie z kolektorami.

Jak sterować pracą instalacji solarnej?

Regulator solarny decyduje, kiedy ciepło ma pochodzić z kolektorów, a kiedy włączyć drugie źródło. Otrzymuje sygnały z czujników temperatury i odpowiednio steruje pompami: uruchamia obieg glikolu, gdy kolektory są cieplejsze od zasobnika, a zatrzymuje go, gdy różnica temperatur spada. Gdy potrzebne jest dogrzanie, uruchamia pompę ładującą z kotła.

Automatyka chroni też kolektory przed nadmiernym wzrostem temperatury. Może sterować funkcją odśnieżania – wtedy rozgrzany w zasobniku glikol przepływa przez kolektor i roztapia śnieg. Przy wyborze kolektorów tego samego producenta co kocioł, regulatory zwykle współpracują ze sobą bez dodatkowych modułów.

W instalacjach hybrydowych największą trudnością jest zbilansowanie dużej ilości ciepła latem z niskim zapotrzebowaniem na ogrzewanie. Dlatego tak ważny jest dobór magazynu ciepła, który pozwala przechować nadwyżki, oraz unikanie przewymiarowania całego układu.

Zbyt duży system solarny nie zwraca się szybko, bo rośnie koszt inwestycji i spada ogólna sprawność. Jeszcze groźniejsze jest przegrzanie, które może zniszczyć płyn solarny i podnieść ciśnienie w instalacji.

W przypadku istniejącego domu dobre rezultaty daje połączenie kolektorów z obecnym źródłem ciepła przez zasobnik biwalentny. Takie rozwiązanie pozwala korzystać z darmowej energii słonecznej, a jednocześnie zachować komfort ciepłej wody przez cały rok, nawet przy kilkudniowym zachmurzeniu.