Podłączenie solarów do istniejącej instalacji – jak to zrobić?

Najprostszym sposobem włączenia solarów do istniejącej instalacji jest montaż zasobnika biwalentnego z dwiema wężownicami lub wykorzystanie obecnego zbiornika po jego modyfikacji. Pozwala to zachować dotychczasowe źródło ciepła jako wsparcie i jednocześnie czerpać darmową energię słoneczną. W dalszej części artykułu wyjaśniamy, jak dobrać elementy i bezpiecznie połączyć całość.

Jak podłączyć kolektory do istniejącej instalacji?

Dołączenie kolektorów do działającej instalacji grzewczej wymaga oceny stanu technicznego obecnego zasobnika i sposobu jego współpracy z kotłem. Jeśli zbiornik ma wystarczającą pojemność i jest w dobrym stanie, można go odłączyć od kotła i połączyć dolną wężownicę z obiegiem solarnym. W takim wariancie niezbędny jest montaż grzałki elektrycznej, która przejmie funkcję dogrzewania wody w okresach słabszego nasłonecznienia.

Znacznie wygodniejszym rozwiązaniem okazuje się wymiana zwykłego podgrzewacza na zasobnik biwalentny. Urządzenie to ma dwie wężownice – dolną zasilaną ciepłem z kolektorów oraz górną połączoną z kotłem C.O. Dzięki temu latem kocioł może pozostać wyłączony, a zimą lub przy zwiększonym rozbiorze wody automatycznie przejmuje podgrzewanie. To eliminuje stałe koszty ogrzewania elektrycznego, które jest wyraźnie droższe od ciepła z gazu czy paliw stałych.

W domach z ogrzewaniem elektrycznym i bez kotła grzewczego sprawdza się prosty układ z grzałką w zasobniku. Woda podgrzewana jest wtedy energią słoneczną w pierwszej kolejności, a grzałka włącza się tylko, gdy słońca brakuje. To rozwiązanie niedrogie w montażu, choć trzeba liczyć się z wyższymi opłatami za prąd w miesiącach zimowych.

Całkowity koszt podłączenia solarów do istniejącej instalacji wynosi zwykle od 10 do 20 tys. zł, w zależności od wielkości zestawu i jakości komponentów.

Jak dobrać liczbę kolektorów i zasobnik?

Dla przeciętnej rodziny do podgrzewania wody użytkowej wystarczą 2–3 kolektory płaskie o powierzchni około 2 m² każdy. Większe gospodarstwa domowe potrzebują proporcjonalnie więcej paneli. Podstawową zasadą jest też dobór pojemności zbiornika do dziennego zużycia wody, które dla jednej osoby wynosi przeciętnie 50 l o temperaturze 45°C.

Przyjmuje się, że pojemność zasobnika powinna być od 1,5 do 2 razy większa od przewidywanego dobowego rozbioru. Dla trzech osób minimum to 200 l, a dla czteroosobowej rodziny już 250 l. Typowe zestawy solarne dostępne na rynku są na ogół tak skomponowane, aby zbiornik współpracował z odpowiednią liczbą paneli.

Przelicznik dla typowych gospodarstw

Najprostsza metoda szacowania opiera się na liczbie osób korzystających z ciepłej wody. Poniższa tabela pokazuje zależność między liczbą domowników, liczbą kolektorów płaskich o powierzchni 2 m² oraz zalecaną pojemnością zasobnika c.w.u.

Warto pamiętać, że to wartości orientacyjne. Na ostateczny dobór wpływają także izolacyjność budynku, liczba punktów poboru wody i indywidualne zwyczaje domowników.

Reguła kciuka w praktyce

Gdy kolektory mają wspomagać również ogrzewanie pomieszczeń, stosuje się inną praktyczną zasadę. Na każde 10 m² ogrzewanej powierzchni mieszkalnej przypada około 1 m² kolektora płaskiego lub 0,5 m² kolektora próżniowego. Do tego pojemność zasobnika buforowego przyjmuje się zwykle jako 50 l na każdy 1 m² powierzchni kolektora płaskiego oraz dodatkowo 50 l na osobę na potrzeby ciepłej wody użytkowej.

Typowa hybrydowa instalacja solarna ma powierzchnię kolektorów w przedziale 10–15 m² i bufor ciepła o pojemności 600–1000 l. Tak duże naczynie pozwala magazynować nadwyżki ciepła z dni słonecznych i wykorzystać je wieczorem lub w pochmurne dni.

Dlaczego indywidualny dobór ma znaczenie?

Każdy budynek ma inną architekturę, orientację względem stron świata i zapotrzebowanie na ciepło. Zbyt duży system solarny szybko się przegrzewa, a roztwór glikolu zaczyna wrzeć, co prowadzi do wzrostu ciśnienia i degradacji czynnika. Z kolei za mała instalacja nie pokryje nawet połowy rocznych potrzeb, przez co rachunki za energię pozostaną wysokie. Dlatego przed podjęciem decyzji warto skonsultować projekt ze specjalistą lub działem technicznym producenta kolektorów.

Dla typowej rodziny 2–3 kolektory oraz zasobnik o pojemności 200–300 l pokrywają do 60% rocznego zapotrzebowania na ciepłą wodę użytkową.

Jakie elementy są niezbędne w instalacji solarnej?

Kompletna instalacja solarna składa się nie tylko z paneli na dachu, ale również z szeregu komponentów umieszczonych zwykle w kotłowni lub przy zasobniku. Ich poprawne połączenie ma bezpośredni wpływ na sprawność i żywotność całego układu. Do najważniejszych należą elementy odpowiedzialne za przepływ cieczy, zabezpieczenie przed nadciśnieniem oraz automatyczne sterowanie pracą systemu.

W skład typowego zestawu wchodzą między innymi:

• pompa obiegowa tłocząca roztwór glikolu,
• naczynie wzbiorcze niwelujące zmiany objętości czynnika,
• zawór bezpieczeństwa chroniący przed nadmiernym ciśnieniem,
• regulator solarny z czujnikami temperatury,
• dwie miedziane rury transportujące płyn solarny,
• armatura zabezpieczająca i odpowietrzająca.

Rury łączące kolektory z zasobnikiem powinny być prowadzone jak najkrótszą trasą i starannie zaizolowane. Dzięki temu straty ciepła na odcinku dach–kotłownia pozostają minimalne, a energia słoneczna trafia efektywnie do wody.

Obieg glikolu i zabezpieczenia

Sercem układu hydraulicznego jest pompa obiegowa, która wymusza ruch roztworu glikolu między kolektorami a wężownicą zasobnika. Bez niej czynnik grzewczy nie pokonałby oporów przepływu, a ciepło nie zostałoby odebrane z absorberów. Pompa współpracuje z naczyniem wzbiorczym, które przejmuje nadmiar objętości cieczy podczas jej rozgrzewania.

Gdyby ciśnienie w instalacji wzrosło ponad bezpieczną wartość, otwiera się zawór bezpieczeństwa. To element, który zapobiega uszkodzeniu kolektorów i rur w sytuacji przegrzania. Warto też pamiętać o regularnej kontroli stanu glikolu, bo przegrzany lub stary płyn traci swoje właściwości i może powodować korozję wewnątrz przewodów.

System sterowania

Regulator solarny to mózg całej instalacji. Na podstawie sygnałów z czujników temperatury umieszczonych w kolektorach i zasobniku podejmuje decyzję o włączeniu pompy. Gdy panel jest cieplejszy od wody w zbiorniku o ustaloną różnicę, obieg glikolu rusza. Kiedy temperatura się wyrównuje, pompa zatrzymuje się, chroniąc zasobnik przed przegrzaniem.

Nie zabrakło tu także funkcji wspierających – na przykład odśnieżania kolektora. Wystarczy, że regulator uruchomi przepływ ciepłego glikolu z zasobnika z powrotem do panelu, co spowoduje stopnienie śniegu i przywrócenie pełnej wydajności urządzenia.

Jak zamontować kolektory słoneczne?

Panele słoneczne najlepiej sprawdzają się na połaci dachu skierowanej na południe i nachylonej pod kątem 40–45° do poziomu. Jeśli dach ma zbyt płaską konstrukcję, kolektory montuje się na konstrukcji wsporczej. Odchylenie od kierunku południowego większe niż 15° na wschód lub zachód zwykle wymaga zwiększenia powierzchni absorberów, aby zrekompensować mniejsze nasłonecznienie.

Kolektory próżniowe z rurką ciepła dają większą elastyczność montażu – można je mocować również na elewacji budynku, a nawet pionowo lub poziomo. Ważne, aby słońce docierało do nich co najmniej 6 godzin dziennie. W przypadku absorberów płaskich możliwa jest też zmiana kąta nachylenia – latem optymalne jest 30°, zimą 60°.

Przed montażem na starym dachu trzeba koniecznie sprawdzić jego wytrzymałość. Wypełnione cieczą panele są dość ciężkie, a konstrukcje sprzed kilkudziesięciu lat mogą nie udźwignąć dodatkowego obciążenia. W razie wątpliwości lepiej wykonać dodatkową konstrukcję wsporczą lub ustawić kolektory na gruncie.

Niezależnie od lokalizacji należy zapewnić łatwy dostęp do urządzeń. Ułatwi to okresowe przeglądy, odpowietrzanie instalacji oraz ewentualne naprawy, które mogą okazać się konieczne po kilku latach eksploatacji.

Jak kolektory współpracują z innymi źródłami ciepła?

Kolektory słoneczne rzadko pracują samodzielnie. W polskich warunkach klimatycznych ich wydajność jest najwyższa od marca do października, a sezon grzewczy trwa od października do kwietnia. Dlatego w praktyce niemal zawsze łączy się je z konwencjonalnym źródłem ciepła – kotłem gazowym, olejowym, pompą ciepła czy ogrzewaniem elektrycznym.

Typowy układ hybrydowy składa się z paneli słonecznych, dużego bufora ciepła i szczytowego urządzenia grzewczego. Kolektory przejmują większość zadań latem i w okresach przejściowych, natomiast drugie źródło włącza się automatycznie, gdy energii słonecznej brakuje. Taka kombinacja zwiększa efektywność energetyczną budynku i pozwala ograniczyć zużycie paliwa nawet o kilkadziesiąt procent w skali roku.

Współpraca z pompą ciepła

Połączenie kolektorów z pompą ciepła przynosi wyraźne korzyści dla obu urządzeń. W pierwszym wariancie oba źródła zasilają wspólny bufor ciepła, co skraca czas pracy pompy latem i wydłuża jej żywotność. Urządzenie nie musi samodzielnie pokrywać pełnego zapotrzebowania na ciepłą wodę w ciepłych miesiącach, więc zużywa mniej energii elektrycznej.

W drugim, mniej oczywistym wariancie ciepło z kolektorów podgrzewa okolice dolnego źródła pompy – na przykład grunt wokół sondy. Zwiększa to wydajność całego systemu, a przy okazji chłodzi panele, co podnosi sprawność instalacji solarnej. Takie rozwiązanie nazywane bywa wsparciem pośrednim i wymaga już bardziej zaawansowanego projektu.

Połączenie z ogrzewaniem pelletem

Rynek kotłów na biomasę w ostatnich latach dynamicznie rośnie, a ich połączenie z kolektorami nie nastręcza większych trudności. Oba źródła zasilają wspólny zasobnik ciepła, a jednostka sterująca decyduje, kiedy uruchomić kocioł na pellet. W słoneczne dni pracują wyłącznie panele, natomiast zimą lub przy większym zapotrzebowaniu dołącza się kocioł biomasowy.

Zaletą tego układu jest nie tylko niższy koszt ogrzewania, ale też mniejsza emisja dwutlenku węgla i innych produktów spalania. Do tego nakład pracy związany z obsługą kotła biomasowego maleje, co docenią zwłaszcza użytkownicy dotychczas korzystający wyłącznie z paliw stałych.

Kolektory słoneczne mogą pokryć całe zapotrzebowanie na ciepło budynku tylko latem, wczesną jesienią i późną wiosną. Zimą konieczne jest wsparcie z innego źródła ciepła.