Podłączenie solarów do istniejącej instalacji – jak to zrobić?

Podłączenie solarów do istniejącej instalacji najczęściej polega na dołączeniu kolektorów do obecnego zasobnika ciepłej wody lub zastąpieniu go podgrzewaczem biwalentnym z dwiema wężownicami. W pierwszej kolejności trzeba sprawdzić stan techniczny instalacji, pojemność zbiornika oraz możliwość montażu kolektorów na dachu lub konstrukcji wsporczej. W tym artykule wyjaśniamy, jak dobrać komponenty, poprowadzić przewody i połączyć całość z dotychczasowym źródłem ciepła.

Od czego zacząć podłączenie solarów do istniejącej instalacji?

Zanim kupisz kolektory słoneczne, oceń realny stan swojej instalacji grzewczej. Najważniejsza jest odpowiedź na pytanie, czy obecny podgrzewacz pojemnościowy nadaje się do współpracy z obiegiem solarnym. Zbiornik musi być ustawiony pionowo, a wężownica powinna znajdować się jak najniżej. Jeśli spełnia te warunki i ma co najmniej 200 litrów pojemności dla maksymalnie trzech użytkowników, możesz go wykorzystać po odłączeniu od kotła i podpięciu do niego rur prowadzących roztwór glikolu z kolektorów.

Druga istotna kwestia dotyczy miejsca na dachu lub w ogrodzie. Kolektory płaskie oraz próżniowe z rurką ciepła najlepiej zwracać na południe i nachylać pod kątem około 40 stopni. Jeśli konstrukcja dachu ma już kilkanaście lat, koniecznie sprawdź jego wytrzymałość, ponieważ wypełnione cieczą panele sporo ważą. W razie wątpliwości zastosuj osobną konstrukcję wsporczą.

Nie bez znaczenia pozostaje budżet. Kompletna instalacja solarna z montażem i uruchomieniem to wydatek rzędu 10–20 tys. zł, choć część kosztów można pokryć z programów dotacji na odnawialne źródła energii. Przed rozpoczęciem prac warto porównać, czy lepszym rozwiązaniem będzie rozbudowa istniejącego układu, czy wykonanie nowej instalacji od podstaw z typowym zestawem solarnym.

Jak dobrać kolektory słoneczne do istniejącej instalacji?

Dla przeciętnej rodziny do podgrzewania ciepłej wody użytkowej potrzebne są zwykle dwa lub trzy kolektory oraz zasobnik o pojemności od 200 do 400 litrów. Najprostszy przelicznik opiera się na liczbie domowników – im więcej osób korzysta z wody, tym większa powierzchnia absorpcji i większy zbiornik. Poniższa tabela pokazuje orientacyjne wartości dobierane w typowych domach jednorodzinnych:

Jeżeli instalacja ma również wspomagać ogrzewanie pomieszczeń, powierzchnia kolektorów musi być wyraźnie większa. W takim wariancie przyjmuje się, że dla domu jednorodzinnego potrzeba od 7 do 15 m2 powierzchni czynnej kolektorów oraz zbiornika buforowego o objętości 800–1000 l. To rozwiązanie bardziej złożone, ale pozwala na pokrycie średnio około 60 procent rocznego zapotrzebowania na ciepło.

Montaż na dachu czy na gruncie?

Najlepszym miejscem dla kolektorów jest południowa połać dachu o kącie nachylenia zbliżonym do 40 stopni. Jeśli odchylenie od kierunku południowego przekracza 15 stopni, powierzchnia paneli powinna być nieco powiększona. Kolektory rurowe próżniowe z bezpośrednim przepływem czynnika można również montować pionowo na elewacji, pod warunkiem że słońce dociera do nich przynajmniej 6 godzin dziennie.

Kąt nachylenia a sezonowa wydajność

W kolektorach próżniowych kąt ustawienia absorberów bywa regulowany. Latem korzystnie jest ustawić go na 30 stopni, a zimą zwiększyć do 60 stopni. Dzięki temu latem unika się nadmiernego przegrzewania, a zimą lepiej wykorzystuje się niskie położenie słońca. Automatyczne konstrukcje poruszane siłownikami są technicznie skuteczne, ale ze względu na wysoką cenę zwykle nieopłacalne.

Jak wpiąć instalację solarną do obecnego zasobnika?

Sercem każdej przeróbki jest poprawna hydraulika. Obieg solarny tworzą dwie miedziane rury prowadzące roztwór glikolu z kolektorów do wężownicy w zbiorniku. Rury trzeba poprowadzić możliwie najkrótszą drogą i starannie zaizolować, żeby zminimalizować straty ciepła. Przejścia przez dach i ocieplenie wymagają szczególnej szczelności.

Do wymuszenia przepływu czynnika niezbędna jest pompa obiegowa współpracująca z grupą solarną. W skład tej grupy wchodzi także armatura zabezpieczająca oraz naczynie wzbiorcze, które kompensuje zmiany objętości glikolu pod wpływem temperatury. Zawór bezpieczeństwa chroni układ przed nadmiernym wzrostem ciśnienia, do jakiego może dojść przy przegrzaniu płynu solarnego.

Zasobnik biwalentny zamiast zwykłego podgrzewacza

Jeśli stary zasobnik ma zbyt małą pojemność lub tylko jedną wężownicę, warto wymienić go na podgrzewacz biwalentny. Taki zbiornik posiada dwie wężownice – dolną zasilaną ciepłem z kolektorów oraz górną połączoną z kotłem. Kotłowa wężownica dogrzewa wodę tylko wtedy, gdy energii słonecznej nie wystarcza, na przykład po kilku pochmurnych dniach albo przy wzmożonym rozbiorze ciepłej wody.

Minimalna pojemność zasobnika dla czteroosobowej rodziny wynosi 250 litrów. Przyjmuje się, że dzienne zużycie ciepłej wody o temperaturze 45 stopni Celsjusza to około 50 litrów na osobę. Zasobnik powinien więc mieć pojemność od półtora do dwóch razy większą niż przewidywane zużycie dobowe.

Regulator solarny i automatyka

O tym, kiedy ciepło ma pochodzić z kolektorów, a kiedy z kotła, decyduje regulator solarny. Urządzenie porównuje sygnały z czujników temperatury umieszczonych na kolektorach oraz w zbiorniku i odpowiednio załącza pompy obiegowe. Dzięki temu konwencjonalne źródło ciepła uruchamia się wyłącznie w razie potrzeby, a cała instalacja pracuje efektywnie.

Regulator zabezpiecza też kolektory przed przegrzaniem i może sterować funkcją odśnieżania. Wystarczy, że w odpowiednim momencie uruchomi przepływ ciepłego glikolu z zasobnika, co rozgrzewa powierzchnię absorbera i topi śnieg. Wybierając elementy tego samego producenta co kocioł, zyskuje się zwykle lepszą współpracę regulatora solarnego ze sterownikiem kotła.

Jak połączyć kolektory z istniejącym kotłem lub pompą ciepła?

Kolektory słoneczne mogą współpracować z wieloma źródłami ciepła. W typowym układzie z kotłem gazowym lub olejowym oba urządzenia zasilają wspólny zasobnik buforowy. Gdy instalacja solarna nie dostarcza wystarczającej ilości ciepła, kocioł automatycznie doładowuje zbiornik. Taki hybrydowy system sprawdza się zwłaszcza w budynkach, w których nie ma miejsca na bardzo duży magazyn ciepła.

Połączenie z pompą ciepła może przebiegać na dwa sposoby. W pierwszym wariancie kolektory i pompa zasilają ten sam zasobnik, co skraca czas pracy sprężarki i wydłuża żywotność urządzenia. W drugim wariancie ciepło z kolektorów podgrzewa okolice dolnego źródła pompy, na przykład grunt wokół sondy. Dzięki temu można zaprojektować mniejszą instalację dolną i obniżyć koszt zakupu pompy ciepła.

Kocioł na pellet i ogrzewanie elektryczne

Kolektory bardzo dobrze łączą się również z kotłem na biomasę. Oba źródła ciepła zasilają jeden lub więcej zasobników, a automatyka decyduje, które z nich ma pierwszeństwo. Latem instalacja solarna przejmuje większość pracy, co redukuje nakład czynności przy obsłudze kotła oraz emisję dwutlenku węgla i innych produktów spalania.

W domach z ogrzewaniem elektrycznym zamiast kotła można zastosować grzałkę elektryczną zamontowaną w zbiorniku. Takie rozwiązanie jest proste i tanie w montażu, ale koszt dogrzewania wody prądem bywa wyższy niż przy użyciu gazu czy biomasy. Dlatego grzałka powinna pełnić wyłącznie funkcję awaryjnego dogrzewania w okresach niedoboru słońca.

Jak nie przewymiarować instalacji solarnej?

W praktyce sprawdza się zasada, że na każde 10 m2 ogrzewanej powierzchni domu potrzeba około 1 m2 kolektorów płaskich lub 0,5 m2 kolektorów próżniowych. Pojemność zasobnika solarnego powinna wtedy wynosić 50 litrów na każdy metr kwadratowy powierzchni kolektora płaskiego, plus dodatkowe 50 litrów na każdego mieszkańca. Przeciętna instalacja hybrydowa ma wówczas od 10 do 15 m2 kolektorów i zbiornik buforowy mieszczący 600–1000 litrów.

Zbyt duży system solarny nie zwraca się tak szybko jak instalacja optymalnie dobrana, a przy intensywnym nasłonecznieniu może ulegać przegrzaniu i awariom związanym ze wzrostem ciśnienia.

Najczęstszym błędem jest przewymiarowanie pola kolektorów w stosunku do realnego zapotrzebowania na ciepłą wodę. W takiej sytuacji latem płyn solarny zaczyna wrzeć, co prowadzi do ubytków czynnika i obniżenia trwałości całej instalacji. Z drugiej strony zbyt mały zasobnik szybko osiąga maksymalną temperaturę, przez co regulator wstrzymuje odbiór ciepła, a energia słoneczna się marnuje.

Każdy budynek ma inną charakterystykę – architekturę, zapotrzebowanie na ciepło, izolację termiczną i lokalizację. Dlatego przed podjęciem decyzji o rozbudowie starej instalacji warto skonsultować się ze specjalistyczną firmą zajmującą się ogrzewaniem solarnym. Fachowa ocena pozwoli uniknąć przewymiarowania systemu oraz niepotrzebnych wydatków na komponenty, które nie poprawią komfortu użytkowania.