ekspert-budowlany-kolektory-sloneczne.pdf
(
4439 KB
)
Pobierz
429810759 UNPDF
Waldemar Joniec
KOLEKTORY SŁONECZNE
Paliwa kopalne wyczerpują się i będą po-
woli zastępowane przez odnawialne źró-
dła energii. Wykorzystywanie energii sło-
necznej do przygotowania ciepłej wody
użytkowej, a także do ogrzewania w do-
mach o niskim zapotrzebowaniu na ener-
gię staje się coraz bardziej opłacalne i po-
pularne. Wpływają na to zarówno stale ro-
snące ceny paliw, jak też coraz niższe kosz-
ty urządzeń i elementów instalacji.
Rozkład promieniowania słoneczne-
go w cyklu rocznym jest w Polsce nierów-
ny. Energia słoneczna nie jest w stanie
pokryć pełnego zapotrzebowania na cele
grzewcze w budynkach wzniesionych tra-
dycyjnymi technologiami, wystarcza jed-
nak na prawie całkowite pokrycie zapo-
trzebowania na c.w.u. od maja do sierp-
nia. Przez pozostałą część roku można
ją wykorzystać do wstępnego podgrzewu
wody. Gęstość promieniowania słoneczne-
go w Polsce na płaszczyznę poziomą waha
się w granicach 790-1117 kWh / m
2
w roku.
Średnie usłonecznienie wynosi 1600
h/
rok. Mało realna jest jednak możliwość
wykorzystania 800-1000 kWh z 1m
2
po-
wierzchni kolektorów w ciągu roku. Bliż-
sza rzeczywistości jest wartość na pozio-
mie 400 - 700 kWh. W zimie, gdy zapotrze-
bowanie na energię jest największe, poży-
tek z kolektorów słonecznych jest znacznie
mniejszy. Krótkie i pochmurne dni spra-
wiają, że ilość docierającej energii spada
nawet poniżej 10% w porównaniu z okre-
sem letnim.
Producenci od kilkudziesięciu lat do-
skonalą budowę kolektorów słonecznych.
W Europie urządzenia wykorzystujące ener-
gię słoneczną są stosowane z powodzeniem
już od wielu lat, zwłaszcza w krajach śród-
ziemnomorskich, a także w Austrii, Niem-
czech oraz Skandynawii, gdzie warunki są
podobne do polskich.
Energia Słońca
Energia słoneczna dociera do powierzchni
Ziemi głównie w postaci promieniowania wi-
dzialnego oraz podczerwonego. Promieniowa-
nie podczerwone (ciepło) może być pozyskiwane
przez kolektory słoneczne. Przekazują one ener-
gię z promieniowania podczerwonego do insta-
lacji, która może służyć do podgrzewania wody
użytkowej, a nawet do ogrzewania budynków.
Elementy instalacji solarnej
Instalacja solarna do podgrzewu ciepłej
wody użytkowej składa się z:
kolektorów (płaskich i próżniowych),
zbiornika na wodę – może to być typowy
„bojler” z wymiennikiem ciepła lub za-
sobnik z dwoma wymiennikami (biwa-
lentny), gdy instalacja będzie podłączo-
na do kotła c.o. Można też zastosować
zbiornik z trzema wymiennikami ciepła
umożliwiającymi podłączenie kolektora
słonecznego, kotła c.o. i pompy ciepła,
wymiennika ciepła – spiralna rura
lub płaszcz umieszczony w zbiorniku;
przepływający przez nie czynnik grzewczy
(np. glikol) ogrzewa wodę,
pompy – pompuje czynnik grzewczy przez
kolektory i wymiennik ciepła,
regulatora (automatyka) – steruje całością
instalacji oraz włącza pompę.
Najczęściej wykorzystywane są płaskie
kolektory cieczowe, które składają się z:
przezroczystej pokrywy odpornej na pro-
mieniowanie UV,
c.d. na str. 80
www.eksper tbudowlany.pl
nr 2/2007
nr 2/2007
www.eksper tbudowlany.pl
9
Rys. 1.
Schemat ideowy instalacji solarnej
(Polska Ekologia).
Fot.
Viessmann
absorbera, tj. metalowej płyty pokrytej po-
włoką o specjalnych własnościach optycz-
nych, na powierzchni której pochłaniane
jest promieniowanie słoneczne,
kanałów doprowadzających i odprowadza-
jących czynnik roboczy oraz izolacji ciepl-
nej chroniącej absorber przed stratami cie-
pła do otoczenia. Całość jest otoczona obu-
dową zewnętrzną.
Najważniejszym elementem kolekto-
rów płaskich jest absorber. Od jego właściwo-
ści w dużej mierze zależy sprawność kolekto-
ra. Od trwałości absorbera natomiast zależy,
jak długo kolektor będzie pracował z nominal-
ną sprawnością. Do produkcji absorberów uży-
wa się taśmy lub blachy miedzianej. Producen-
ci stosują różne absorbery i techniki nanosze-
nia na nie warstwy absorpcyjnej. Stosowany
jest np. czarny chrom galwaniczny lub próżnio-
we napylanie elektrostatyczne warstwą związ-
ków tytanu. Są to trwałe i bardzo dobrze po-
chłaniające promieniowanie powłoki.
Istotna jest również jakość szyby pokrywa-
jącej kolektor. W markowych produktach sto-
suje się tzw. szyby solarne, tj. szyby hartowane
o niskiej zawartości żelaza z bardzo gładką po-
wierzchnią, aby nie gromadził się na niej kurz.
Jakość obudowy zewnętrznej zależy od zastoso-
wanych izolacji i materiałów oraz ich odporności
na promieniowanie UV, a także na korozję.
Drugim rodzajem najczęściej stosowa-
nych kolektorów są kolektory próżniowe (tu-
bowe). Mają one wyższą sprawność od pła-
skich (o ok. 30%), a także wyższą cenę. Wyż-
sza sprawność wynika ze zdolności kolekto-
ra próżniowego do absorbowania promienio-
wania rozproszonego i jego ograniczonych
strat ciepła dzięki próżni w rurach kolektora.
W tubach szklanych znajdują się rurki mie-
dziane. Rury próżniowe są mocowane szere-
gowo w izolowanej szynie zbiorczej.
Praca układu solarnego polega na tym,
że absorber zamienia promieniowanie na cie-
pło, które jest przekazywane za pomocą czyn-
nika grzewczego pompowanego przez pompę
do wymiennika w zbiorniku. Układ sterujący
uruchamia pompę, gdy temperatura czynnika
grzewczego w kolektorze jest wyższa niż tem-
peratura wody w zbiorniku. Wymiennik prze-
kazuje ciepło wodzie w zbiorniku, a ta, instala-
cją c.w.u., dociera do punktów poboru. Regu-
lator dba także o to, aby układ nie uległ uszko-
dzeniu, np. w wyniku wysokiego wzrostu tem-
peratury w kolektorze w słoneczne dni.
Rys. 2.
Przykładowe miejsca montażu kolektorów
słonecznych.
Rys. 3.
Pokrycie zapotrzebowania energii do c.w.u.
w poszczególnych miesiącach – wartości
w procentach (Polska Ekologia).
we zużycie c.w.u. przypadające na jedną oso-
bę [dm
3
/os·d]; liczba użytkowników; wyma-
gana temperatura c.w.u. w punkcie poboru
wody [°C]; temp. wody zimnej [°C]; nachyle-
nie dachu (kąt α) [o]; kąt azymutu [o]; suma
dziennego promieniowania słonecznego dla
danej miejscowości [kWh/m
2
·d]; zapotrzebo-
wanie na cele c.o. (jeśli instalacja solarna ma
wspomagać ogrzewanie budynku). Należy też
określić, jaki ma być udział instalacji solarnej
w okresie zimowym do wspomagania ukła-
du podgrzewu c.w.u. oraz sprawność kolek-
torów słonecznych [%]. Można też korzystać
Dobór kolektorów
Dokonując wyboru kolektora, nale-
ży zwrócić uwagę na jego trwałość, wydaj-
ność, sprawność (różnice mogą wynosić na-
wet kilkadziesiąt procent), przezroczystość po-
krywy kolektora, jej odporność na uszkodze-
nia mechaniczne spowodowane np. opada-
mi gradu. Do doboru kolektora słonecznego
potrzebne są następujące dane: średnie dobo-
0
www.eksper tbudowlany.pl
nr 2/2007
duża powierzchnia wymiany
rura zewnętrzna/wewnętrzna
– pomiędzy próżnią
szyba solarna hartowana
absorber
wysoko selektywny absorber
obudowa aluminiowa
rury miedziane
zwierciadło CPC
izolacja z wełny mineralnej
Rys. 5.
Przekrój przez kolektor rurowy próżniowy
(Watt).
Rys. 4.
Kolektory płaskie (Watt).
z uproszczonych algorytmów obliczeniowych
lub nomogramów opracowanych przez produ-
centów urządzeń.
30-60° i jeśli jest możliwość wyboru, zaleca
się wybierać większy kąt nachylenia.
go przedsięwzięcia zależy głównie od cza-
su wykorzystania kolektorów słonecznych
oraz wielkości poboru wody, a także
od tego, jakim źródłem energii i jak spraw-
nym urządzeniem do przygotowania ciepłej
wody dysponowano dotychczas. Im ta ener-
gia była droższa (np. elektryczna, olej), tym
zwrot inwestycji będzie szybszy.
Przy doborze kolektorów płaskich do wspo-
magania podgrzewu c.w.u. możemy założyć,
że na każdego mieszkańca powinno przypa-
dać od 1,2 m
2
do 1,5 m
2
powierzchni kolekto-
ra. Dla kolektorów próżniowych przyjmuje się
od 0,6 do 0,8 m
2
, przy założeniu, że jedna osoba
zużywa na dobę 50 litrów c.w.u. o temperaturze
45°C. Zasada ta dotyczy kolektorów ustawionych
na południe i nachylonych pod kątem 45°. Jeśli
kolektory mają ogrzewać wodę tylko w okre-
sie letnim, kąt nachylenia powinien być mniej-
szy (patrz
tab.1
). Dom zamieszkiwany przez
4 osoby wymagać więc będzie od 5 do 7 m
2
po-
wierzchni kolektora.
Kolektory nie mogą być zacienione,
np. przez drzewa. Najlepiej, jeśli znajdują się
bezpośrednio nad punktami rozbioru wody
(łazienki, kuchnie itp.). Ogranicza się w ten
sposób długość rur, a tym samym straty ener-
Lokalizacja kolektorów
Największą sprawność kolektora uzysku-
je się wtedy, gdy promienie słoneczne padają
prostopadle do powierzchni absorbera. Ponie-
waż kąt padania promieni słonecznych zależy
od pory dnia i roku, płaszczyzna kolektorów
powinna być ustawiona odpowiednio do po-
łożenia słońca w okresie występowania naj-
większego napromieniowania.
W praktyce kąt nachylenia pola kolek-
tora zależy najczęściej od nachylenia da-
chu. W naszych szerokościach geograficz-
nych optymalne nachylenie kolektora wy-
nosi 30-60°, przy czym dla instalacji użyt-
kowanych w okresie letnim powinien on za-
wierać się w zakresie 15-45°, w instalacjach
służących do wspomagania ogrzewania bu-
dynków może zawierać się w przedziale
Instalacje c.w.u.
Przy projektowaniu instalacji solarnej
dla domów jednorodzinnych przyjmuje się,
że powinna ona pokrywać około 50-65%
zapotrzebowania rocznego na c.w.u., zaś
w miesiącach letnich – prawie 100%. Uzy-
skanie większych średnich wartości rocz-
nych jest możliwie dzięki zastosowaniu zło-
żonych systemów magazynowania lub prze-
wymiarowania powierzchni kolektorów.
Z promieniowania słonecznego można teo-
retycznie uzyskać 100% zapotrzebowania
na energię grzewczą i dla potrzeb c.w.u., jed-
nak wymaga to bardzo wysokich nakładów
bez gwarancji ich zwrotu.
Instalacje solarne do przygotowania
ciepłej wody użytkowej dla domu jedno-
rodzinnego kosztują od kilku do kilku-
nastu tysięcy złotych. Opłacalność takie-
Fot.
Roto
optymalny kąt nachylenia
α
[
o
] dla promieniowania całkowitego w okresie:
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII IV-X I-XII
60 55 45 30 15 10 15 30 45 55 65 65 23 30
Tabela 1.
Optymalne kąty nachylenia płaszczyzn eksponowanych w kierunku południowym, w zależności
od pory roku.
promocja
Szybki dostęp...
...do sprawdzonych informacji
nr 2/2007
www.rynekinstalacyjny.com.pl
www.eksper tbudowlany.pl
1
Zdaniem Eksperta
partiami kolektorów, a dolną częścią zbior-
nika. Układ taki nie wymaga pompy i ste-
rowania ani zasilania elektrycznego, wy-
starczy podłączyć go do instalacji dopro-
wadzającej wodę.
Jaki jest koszt urządzeń i wykonania instalacji składającej się z dwóch kolektorów płaskich
(markowych), zasobnika 200 l i koniecznej armatury i regulacji dla istniejącej instalacji c.w.u.
zasilanej dotychczas przez dwufunkcyjny kocioł gazowy?
Kotły dwufunkcyjne nie są zalecane do współpracy z instalacją kolektorów słonecznych, ogrzewają
wodę użytkową w momencie jej poboru (po odkręceniu kranu). Zdecydowanie lepszym rozwiązaniem
są kotły jednofunkcyjne, które ogrzewają wodę w podgrzewaczu pojemnościowym.
Rozbudowa istniejącej instalacji z kotłem dwufunkcyjnym, o instalację solarną będzie wymagać
zmiany sposobu pracy kotła – woda użytkowa ogrzana przez kocioł będzie magazynowana w za-
sobniku 250, 300 litrów, z którego będzie zasilana instalacja ciepłej wody użytkowej.
Koszt wykonania instalacji z dwoma kolektorami płaskimi Vitosol 100, podgrzewaczem o pojem-
ności 300 litrów wyniesie około 15 000 zł brutto (przy 7% VAT).
A jak się to będzie kształtować, jeśli jest już stojący kocioł gazowy i zasobnik 120 l?
Koszt rozbudowy istniejącej instalacji z jednofunkcyjnym kotłem gazowym stojącym lub wiszącym jest podobny.
Jednym z rozwiązań będzie wymiana istniejącego zasobnika 120 l na większy, np. o pojemności 300 litrów, który przystosowany jest
do ogrzewania wody użytkowej przez kocioł i kolektory słoneczne (tzw. biwalentny).
Innym rozwiązaniem będzie dołożenie do instalacji zasobnika solarnego o mniejszej pojemności, np. 150 litrów – w instalacji będą
dwa zasobniki o łącznej pojemności 270 litrów.
Koszt wykonania instalacji z dwoma kolektorami płaskimi Vitosol 100, podgrzewaczem biwalentnym 300 litrów wyniesie około
14 000 zł brutto (przy 7% VAT).
Krzysztof Gnyra
Ekspert Internetowej
Platformy Komunikacji
z Klientem Indywidualnym
www.kotly.pl
Instalcje c.o.
Stosowanie kolektorów słonecznych
do wspomagania ogrzewania jest uza-
sadnione w budynkach o niskim zapo-
trzebowaniu na energię i dobrze izolowa-
nych, w których stosowane jest ogrzewa-
nie niskotemperaturowe (np. podłogowe,
ścienne). Wykorzystanie energii słonecz-
nej do ogrzewania wymaga odpowiedniej
konstrukcji budynku i bardzo starannie
wyregulowanej oraz wykonanej instalacji,
a także dużych powierzchni kolektorów,
co wiąże się z wysokimi nakładami finan-
sowymi. W praktyce stosuje się instalacje
ogrzewcze zasilane przez kocioł, pompę
ciepła i kolektory słoneczne, czyli urządze-
nia, które dostarczają ciepło na przemian
lub się uzupełniają, w zależności od zapo-
trzebowania na ciepło i aktualnych wa-
runków atmosferycznych. Nadmiar ener-
gii z kolektorów może być poza sezonem
grzewczym wykorzystany do podgrzewu
wody w basenie lub akumulacji w odpo-
wiednio dużym zbiorniku.
gii cieplnej. Już na etapie projektowania bu-
dynku można rozważyć możliwość budowy
instalacji słonecznej i odpowiednio zapro-
jektować układ mieszkania oraz rozlokować
punkty czerpalne ciepłej wody. Ponadto in-
stalacja taka wymaga zastosowania zbiorni-
ka na ciepłą wodę. Przy doborze zbiornika
przyjmuje się nie mniej niż 50 litrów na osobę.
Istotnym elementem instalacji jest też pom-
pa tłocząca czynnik grzewczy przez kolektory
i wymiennik ciepła. Nad pracą całości instala-
cji i pompy powinien czuwać regulator (auto-
matyka). W celu uniknięcia strat ciepła przez
instalację jej przewody powinny być staran-
nie izolowane.
Możliwe są też proste i tanie rozwią-
zania z wykorzystaniem kolektorów sło-
necznych, zapewniające ciepłą wodę tyl-
ko w okresie letnim, np. na działce.
Jest to zwykle instalacja grawitacyjna
z obiegiem bezpośrednim. Przepływ wody
odbywa się samoczynnie wskutek unosze-
nia do góry cieplejszych mas wody. Obieg
ten jest jednocześnie samosterowalny, czy-
li intensywność przepływu wody zależy
od różnicy temperatur pomiędzy górnymi
Literatura:
1. Zawadzki Mirosław, Kolektory słoneczne i pompy ciepła
na tak, Polska Ekologia.
HARTmAnn Sp. z o.o.
ul. radzionkowska 34, 42-622 Świerklaniec
tel. (032) 384 31 10; www.thermo-hartmann.pl
SunERGy
Jęczydół 16, 73-108 Kobylanka
tel. (091) 561 10 80; www.sunergy.pl
VIESSmAnn Sp. z o.o.
ul. Karkonoska 65, 53-015 wrocław
tel. (071) 36 07 100; www.viessmann.pl
hartmann hS20/hS30
CPC
VITOSOL 200
rodzaj:
wysoko wydajny kolektor próżniowy;
Sprawność
optyczna:
81,4%, absorpcja ok. 96%;
Absorber:
Tinox;
Po-
wierzchnia brutto/powierzchnia absorbera [m
2
]:
2,852
(HS20), 4,278 (HS30);
Cechy szczególne:
znajduje zastosowanie
do pogrzewania wody użytkowej, wody basenowej oraz do wy-
twarzania ciepła technologicznego; każda rura próżniowa ma
możliwość obrotu; absorber może zostać optymalnie obrócony
w kierunku słońca;
gwarancja:
3 lata
rodzaj:
kolektor próżniowy CPC;
Sprawność optyczna:
82%;
Absorber:
wysoko selektywny;
powierzchnia brutto/po-
wierzchnia absorbera [m
2
]:
2,60/2,30 (CPC14) i 3,80/3,45
(CPC21);
Cechy szczególne:
14 lub 21 rur próżniowych z lu-
strem skupiającym, wysoce efektywny kolektor w dni częścio-
wo słoneczne;
gwarancja:
2 lata
rodzaj:
kolektor próżniowy rurowy;
Sprawność optyczna:
83,8%;
Absorber:
miedziany z powłoką selektywną Sol-Titan,
z bezpośrednim odbiorem ciepła przez glikol płynący w rurach
miedzianych dwuściennych;
powierzchnia brutto/powierzch-
nia absorbera [m
2
]:
1,44/1,02 (10-rurowy), 2,88/2,05 (20-ru-
rowy), 4,32/3,07 (30-rurowy);
Cechy szczególne:
selektywne
pokrycie absorbera, rury ze szkła borowo-krzemowego, moż-
liwość połączenia do 15 m
2
powierzchni w jednej baterii;
gwarancja:
2 lata
Cena netto: 4460 zł (hS20)
6700 zł (hS30)
Cena netto: 4470 zł (CpC14)
Cena netto: 3547 zł (10-rurowy)
6499 zł (20-rurowy), 9729 zł (30-rurowy)
5760 zł (CpC21)
2
www.eksper tbudowlany.pl
nr 2/2007
Plik z chomika:
harnas213
Inne pliki z tego folderu:
Ochrona odgromowa i przepięciowa systemów fotowoltaicznych().pdf
(2938 KB)
ZeszytFachowySolar200907.pdf
(4673 KB)
Viessmann - Solarny Fundusz Inwestycyjny 2009.pdf
(2374 KB)
upload4202.pdf
(204 KB)
solary_dla_instalatora.pdf
(2207 KB)
Inne foldery tego chomika:
chłodnictwo i klimatyzacja
fotowoltanika
instalacje elektryczne
oświetlenie
Program funkcjonalno-użytkowy
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin