W naszym kraju słońca nie brakuje – zwłaszcza na Podkarpaciu. Czy warto wykorzystać jego moc do ogrzewania wody? Analizujemy koszty, wydajność i zwrot z inwestycji. Na początek – kolektory słoneczne.
Spis treści:
Czy energia ze słońca się opłaca? Przejeżdżając przez nasz kraj ciężko nie zauważyć dachów domów „przyozdobionych” charakterystycznymi instalacjami fotowoltaicznymi służącymi do jej pozyskiwania. Już sama ich ilość skłania do refleksji, że gdyby się nie opłaciło, to przecież nie byłyby instalowane tak powszechnie.
Ale czy na pewno? Spróbujmy to przeanalizować dzisiaj od strony portfela.
Na początek uwaga: energia ze słońca, to nie tylko odmieniany przez wszystkie przypadki prąd, ale również ciepło pozyskiwane z nieco obecnie pomijanych kolektorów słonecznych. Dlatego pozwolę sobie od nich zacząć.
Szczypta teorii. Na czym polega pozyskiwanie energii ze słońca?
Słońce to gigantyczna, sto dziewięć razy większa od Ziemi, kula gazu, głównie wodoru. Jej masa, a więc grawitacja, jest tak ogromna, że w samym centrum panuje niewyobrażalne ciśnienie. Towarzyszy temu ogromna temperatura. W takich warunkach atomy wodoru ulegają przemianie w cięższe atomy helu, a efektem ubocznym jest produkcja energii w gigantycznej ilości.
POLECAMY: Samochód elektryczny dla Kowalskiego – czy to się opłaci?
Energia ta rozprasza się w przestrzeni kosmicznej i pokonawszy 150 milionów kilometrów dociera do Ziemi. Tu trafia na atmosferę ziemską, która pochłania część tego promieniowania, zwłaszcza ultrafioletu, zaś część odbija z powrotem w kosmos.
Ta część energii, która nie zostaje odbita lub pochłonięta przez atmosferę dociera do powierzchni naszej planety. I tę część możemy wykorzystać.
Na terenie województwa podkarpackiego do powierzchni ziemi dociera średnio około 1150 W/m2. To całkiem sporo, zważywszy, że na północy kraju analogiczna ilość energii to ok. 900 W/m2.
Dodatkowo statystycznie, w skali kraju, występuje u nas dużo dni słonecznych. To powoduje, że jesteśmy znakomitym obszarem do pozyskiwania energii ze słońca.
To jak pozyskać energię słoneczną?
Jeszcze kilkanaście lat temu powszechną metodą było instalowanie tzw. kolektorów słonecznych, czyli urządzeń do bezpośredniego pozyskiwania ciepła.
Jak to działa? Bardzo prosto – analogicznie do leżącego węża ogrodowego napełnionego wodą. Pod wpływem słońca nagrzewa się zarówno on, jak i woda w nim zawarta. Jeśli byśmy wlewali taką ciepłą wodę do naczynia i napełniali wąż kolejną porcją zimnej wody – mamy najprostszą instalację solarną!
No tak, ale to takie niewygodne.
Dlatego wymyślono sposoby na zautomatyzowanie tego procesu.
Jak więc to praktycznie zrealizować?
Instalacja profesjonalna składa się z kolektora – najczęściej w kształcie metalowej skrzyni o dużej powierzchni i niewielkiej grubości. Od strony nasłonecznionej posiada szybę o odpowiednich parametrach przeźroczystości i odpowiedniej odporności mechanicznej np. na gradobicie.
Na dnie zainstalowany jest pochłaniacz energii słonecznej, najczęściej w formie blachy o czarnym zabarwieniu, aby najefektywniej pochłaniać promieniowanie. Blacha przylega do miedzianych rurek, które oddają ciepło przepływającemu w nich płynowi roboczemu (np. glikolowi).
ZOBACZ TEŻ: W jakie kompetencje pracowników inwestować w 2025 roku?
Glikol za pomocą pompy obiegowej trafia do miejsca, gdzie zainstalowany jest odbiornik ciepła – najczęściej bojler, który przez wężownicę odzyskuje ciepło z glikolu. Schłodzony już glikol przepływa z powrotem do kolektora, gdzie ulega ponownemu nagrzaniu i tak nieustannie w cyklu zamkniętym odbywa się przenoszenie ciepła z kolektora do bojlera.
Sprawność takiej instalacji zależy od różnicy temperatur pomiędzy częścią „gorącą” i „zimną” instalacji. Im ta różnica jest większa, tym szybciej następuje podgrzanie wody, więc kolektory najlepiej sprawdzają się w okresie od wiosny przez lato do jesieni, gdy ilość energii docierająca do instalacji jest największa.
Natomiast przy pochmurnym niebie nawet latem produkcja nie jest wysoka. Dlatego pojemność bojlera powinna być wystarczająca na przechowanie większej ilości ciepłej wody (na dwa, trzy dni). Dla czteroosobowej rodziny przyjmuje się 300 litrów pojemności.
W praktyce dwa, trzy kolektory są w stanie przez cały słoneczny dzień zagrzać w okresie wiosna – jesień wodę dla całej rodziny. Instalacja jest w zasadzie bezobsługowa, a łącząc bojler dodatkową wężownicą np. z piecem centralnego ogrzewania lub używając grzałki elektrycznej mamy pewność, że ciepłej wody nigdy nie braknie, również w zimie.
Kolektory słoneczne są skuteczne i tanie
Kolektory są bardzo skutecznym i tanim sposobem pozyskiwania energii. Trwałość instalacji jest bardzo wysoka, nie zawiera ona wielu elementów i jedynie warto co jakiś czas sprawdzać, czy instalacja jest szczelna oraz co kilka lat wymienić płyn roboczy.
Istnieje kilka rozwiązań praktycznych pozyskiwania ciepła za pomocą kolektorów słonecznych. Oto najpowszechniejsze ich odmiany:
1. Najprostszy i najtańszy sposób to ogrzewacz słoneczny bezciśnieniowy, który składa się z kolektora słonecznego i zintegrowanego zbiornika na wodę. W kolektorze zamiast płynu roboczego przepływa woda użytkowa. Po ogrzaniu gorąca woda przepływa w stronę zbiornika a zimna opada na dół instalacji grawitacyjnie, więc bez dodatkowego zużycia prądu.
Taki ogrzewacz jest znakomitym urządzeniem do domku letniskowego lub jako instalacja uzupełniająca w domu dla osób o małych wymaganiach. Należy pamiętać, że w związku z niedużą powierzchnią grzewczą i małą pojemnością zbiornika nie zabezpieczy on zapotrzebowania na ciepłą wodę dla wieloosobowej rodziny. Trudno też użyć takiej instalacji do zasilania dużego domu w ciepłą wodę.
2. W przypadku większego zapotrzebowania na ciepłą wodę korzystniej jest zainstalować układ z pompą obiegową. Nośnikiem ciepła jest tu ciecz niezamarzająca (np. glikol), która krążąc pomiędzy panelami słonecznymi a zbiornikiem na wodę, będzie poprzez wężownicę oddawać ciepło do wody użytkowej.
Taki układ jest łatwo skalowalny, tj. łatwo go rozbudować o kolejne panele, łatwo też zmienić np. zbiornik na większy bez potrzeby wymiany pozostałych elementów. Najczęściej kolektory instaluje się na dachu budynku mieszkalnego na połaci dachowej skierowanej na południe, aby przez jak najdłuższy czas były bezpośrednio oświetlone.
POLECAMY: Rzeszów testuje „inteligentne” śmietniki. W Lesku na stałe zaczną działać już latem
Oczywiście układ z pompą obiegową jest bardziej skomplikowany i pobiera energię elektryczną, lecz nie są to wartości znaczne. Pompa obiegowa wraz ze sterownikiem zazwyczaj nie pobierają więcej niż 200 – 300 W a energia cieplna pozyskana z metra kwadratowego kolektorów to odpowiednik około 3 kWh dziennie. Dla rodziny 2+2 najczęściej stosuje się instalację z dwoma – czterema kolektorami, czyli można założyć, że w sezonie pozyskać można około 12 kWh energii cieplnej dziennie z 4 mkw. paneli.
Jako użytkownik takiej właśnie instalacji mogę potwierdzić: to najwydajniejszy sposób pozyskania energii ze słońca. Instalacja taka, jeśli komponenty pochodzą od uznanych producentów i są poprawnie zainstalowane, może służyć bezawaryjnie przez dziesięciolecia.
Co w pozostałych miesiącach?
Należy pamiętać, że praktycznie taka instalacja pracuje efektywnie w okresie nawet od marca do października, zależnie od warunków pogodowych.
Od listopada do lutego sprawność kolektorów słonecznych jest zbyt niska, aby przechwycić odpowiednią ilość energii. Bardzo istotna jest też niewielka długość dnia oraz niewielki kąt padania promieni słonecznych.
Osoby, które chciałyby podwyższyć wydajność instalacji solarnej w okresie jesień – zima – wiosna mogą zainwestować w specyficzne panele – z rurami próżniowymi. Ich budowa powoduje, że oferują wyższą wydajność i małe straty ciepła przy niskich temperaturach na zewnątrz.
W skrócie ich działanie polega na tym, że odbiornik energii w formie metalowej czarnej rury otoczony jest „termosem” ze szklanej, większej rury o obniżonym ciśnieniu atmosferycznym wewnątrz, co powoduje, że nagrzany absorber nie oddaje ciepła z powrotem na zewnątrz. Kolektor składa się z kilkunastu równolegle połączonych takich rur.
Niestety taka instalacja jest droższa i bardziej delikatna. Na pewno pozwala ona jednak pozyskać więcej energii w miesiącach o małej dostępności słońca. Ogólnie jednak niewielka ilość dni słonecznych w zimie powoduje, że te zalety mogą być niewykorzystane.
A jak pozyskać ciepłą wodę w zimie?
W sezonie grzewczym korzysta się do tego celu najczęściej z tego samego pieca, który zasila w ciepło centralne ogrzewanie w budynku. Połączenie instalacji wykonuje się poprzez dodatkową wężownicę zainstalowaną w bojlerze, którą podłącza się do pieca C.O.
W tym okresie panele słoneczne nadal mogą podgrzewać wodę, jednak temperatura jej jest niewystarczająca, więc bojler C.O. dogrzewa wodę do temperatury użytkowej. Nadal powstają oszczędności, ponieważ ogrzać wtedy trzeba nie zimną wodę o temperaturze ok. 5 stopni, lecz znacznie cieplejszą o temperaturze kilkunastu stopni.
Kolektory słoneczne. Ile to kosztuje?
Najprostszą instalację do bezpośredniego (tzw. bezciśnieniowego) ogrzewania wody np. domku letniskowego możemy mieć już za około 2,5 – 3 tysiące złotych.
Instalacja do produkcji ciepłej wody dla całego gospodarstwa domowego to wydatek rzędu kilku – kilkunastu tysięcy złotych zależnie od wielkości bojlera, ilości paneli i ich rodzaju (wydajniejsze kolektory próżniowe są ok 25 procent droższe).
PORADNIK: Sankcja kredytu darmowego. Czym jest i jak z niej skorzystać?
Należy też doliczyć koszt instalatora. Pamiętajmy, że najlepiej powierzyć zadanie montażu instalacji specjalistom, bowiem niepoprawne jej wykonanie może sprawić wiele kłopotów i w końcowym rozliczeniu być dużo bardziej kosztowne.
A można obniżyć koszty? Oczywiście! Ne zapominajmy, że na instalację taką można otrzymać dotację z programu „czyste powietrze”, „stop smog”, czy odliczyć wydatki w ramach podatkowej ulgi termomodernizacyjnej.
Wysokość wsparcia zależy od wielu czynników, jak wielkości inwestycji, ilości domowników czy dochodu w gospodarstwie domowym.
No więc, czy instalacja kolektorów słonecznych się opłaci?
Zdecydowanie tak!
Im więcej zużywamy ciepłej wody, tym zysk z użytkowania kolektorów słonecznych jest większy. Dla rodziny kilkuosobowej można zaoszczędzić co najmniej połowę rocznych kosztów ogrzewania.
Przykładowo, jeśli rachunki za gaz do ogrzewania ciepłej wody dla pięcioosobowej rodziny miałyby wynosić 4000 zł rocznie, to instalacja solarna zwraca się po około siedmiu latach, a jej trwałość wynosić może nawet ponad dwadzieścia lat. Po uwzględnieniu dotacji oraz ulgi podatkowej koszty te mogą zwrócić się naprawdę bardzo szybko.
Podsumowując, wyliczmy więc zalety instalacji solarnej opartej o kolektory słoneczne:
- W województwie podkarpackim mamy najwięcej dni słonecznych i z racji lokalizacji na południu kraju najwięcej energii słońca dociera właśnie do nas. Ta energia to ponad 1 kW mocy cieplnej na metr kwadratowy instalacji. Kolektor słoneczny ma bardzo wysoką sprawność w lecie rzędu 60 – 70 procent, co powoduje, że do celów uzyskania ciepłej wody nie ma konkurencji.
- Instalacja solarna jest bardzo trwała, jej trwałość przy odpowiednim doborze elementów i poprawnym montażu to ponad dwadzieścia lat.
- Instalacja solarna nie zajmuje dużej powierzchni (dla porównania typowe panele fotowoltaiczne oferują sprawność rzędu 20 procent, więc powierzchnia instalacji musi być trzykrotnie większa dla uzyskania tego samego efektu).
- Koszt instalacji można znacząco obniżyć korzystając z różnych dotacji i ulgi podatkowej.
- Wykorzystując energię ze słońca jesteśmy ekologiczni. Nie zatruwamy naszego otoczenia dbając jednocześnie o zdrowie nasze i naszych najbliższych. Pamiętajmy również, że instalacje solarne zbudowane są z elementów i materiałów w większości łatwo poddających się recyklingowi.
A na co trzeba uważać?
- Instalując panele na dachu budynku ingerujemy w jego konstrukcję, więc najlepiej te prace powierzyć specjalistom, aby nie spowodować uszkodzeń i nieszczelności pokrycia dachowego.
- Pamiętać należy, że bojler zbiera miejsce w kotłowni i należy to uwzględnić przy projektowaniu instalacji.
- Należy dobrze przemyśleć i właściwie dobrać wielkość instalacji do planowanego zapotrzebowania na ciepłą wodę. Dla jednego, dwóch mieszkańców wystarczy jeden bądź dwa panele (3-4 mkw. powierzchni) i zbiornik o pojemności ok. 150 litrów. Rodzina czteroosobowa to konieczność instalacji dwóch, trzech paneli i podwojenie pojemności zbiornika. Rodzina pięcio-, sześcioosobowa to co najmniej trzy panele i nawet 400-litrowy bojler.
- Panele powinny być skierowane na południe i nie powinny być zacienione w ciągu całego dnia. Optymalny kąt nachylenia dachu (a więc i paneli) to 30 do 45 stopni.
- Na etapie projektowania kotłowni należy uwzględnić sposób ogrzewania wody użytkowej w sezonie jesienno-zimowym. Najlepiej zrealizować to poprzez instalację bojlera z dwoma wężownicami. Pierwszą – dolną – do ogrzewania wody z instalacji solarnej a drugą – górną – do ogrzewania z pieca CO/CWU. W takiej konfiguracji w okresie jesiennym wstępnie podgrzana woda będzie przepływać do góry i zostanie dogrzana przez piec do temperatury docelowej, więc powstaną dodatkowe oszczędności.
Instalacja solarna w praktyce. Mam ja już osiemnaście lat
Na koniec osobista refleksja.
Sam posiadam własną instalację solarną, którą użytkuje już od osiemnastu lat. Dwa panele płaskie i bojler o pojemności 300 litrów z drugą wężownicą połączoną z piecem gazowym daje stabilny system, w którym od kwietnia do września głównym źródłem ciepła jest ta właśnie instalacja.
W marcu i październiku w słoneczny dzień możliwe jest uzyskanie temperatury wody na poziomie 40-50 stopni. W zimie instalacja pracuje sporadycznie ze względu na małą ilość dni słonecznych oraz opady śniegu przesłaniające panele.
Przez te osiemnaście lat dwa razy wykonywana była konserwacja instalacji polegająca na wymianie płynu roboczego – glikolu. Instalacja nie była dotowana, ponieważ w 2007 roku nie było jeszcze takich rodzajów wsparcia. Jak wynika z moich obliczeń, instalacja zwróciła się po ośmiu latach, więc od dekady pracuje niemal „za damo”.
Nie zaobserwowałem dotychczas znaczącego zużycia instalacji, ani spadku jej parametrów.
Dziękując za przeczytanie artykułu proszę o uwagi i komentarze.
W następnym zaś artykule skupię się na pozyskaniu energii słonecznej do ogrzewania wody użytkowej z użyciem paneli fotowoltaicznych.
Masz pytania? Napisz komentarz, wyślij maila: re******@*******ow.pl, albo napisz do nas na Facebooku.
