W gospodarstwach domowych urządzenia przetwarzające energię słoneczną jeszcze 10-15 lat temu były dość egzotycznym widokiem. Powodów takiego stanu rzeczy było wile. Począwszy od słabej dostępności tych systemów, niewielkiej wiedzy inwestorów i instalatorów ale przede wszystkim wysokich kosztów takich instalacji. Wytwarzanie prądu czy ciepła z energii odnawialnej było po prostu wielokrotnie wyższe niż z tradycyjnych paliw takich jak węgiel, gaz czy ropa naftowa.

Jednak to wszystko się zmieniło. Technologia poszła na przód, koszty urządzeń się zmniejszyły, a nasza wiedza na ten temat jest coraz większa. Nic dziwnego, bo z roku na rok rachunki za prąd oraz ogrzewanie są coraz wyższe a jakość powietrza, którym oddychamy się pogarsza. Słońce natomiast, jak świeciło tak świeci i nie wystawia nam rachunków.

Polska coraz bardziej słoneczna

Dziś nie trzeba jechać na „zachód” by zobaczyć panele fotowoltaiczne czy kolektory na dachach budynków. Oczywiście jesteśmy  bardzo daleko z tyłu w porównaniu do chociażby Niemiec. Są oni niewątpliwym liderem w Europie jeżeli chodzi o energetykę słoneczną. Wpływ na taki a nie inny stan rzeczy miało wiele czynników, począwszy od tych politycznych a na zasobności portfeli Niemców kończąc. Nie chodzi o to że Polak nie chce energii słonecznej bo woli np. węgiel. Niemcy wpompowali ogromne pieniądze w dofinansowania i promocję. Wszystko po to by energia słoneczna miała coraz większy udział w ogólnym bilansie energetycznym ich kraju. W roku 2015 było to aż 17,2% przy łącznej mocy 39700 MW zainstalowanych paneli fotowoltaicznych – w Polsce niecałe 90 MW.

Wiem jak dużym zainteresowaniem w Polsce cieszą się projekty wsparcia dla odnawialnych źródeł energii. Dofinansowania gminne (projekty wspierane przez UE) rzędu 80% nie muszą długo przekonywać przeciętnego Kowalskiego. Zarówno tego w mieście jak na wsi. Nie wszystkie kończą się sukcesem ale sama skala zainteresowania pokazuje że Polacy chcą wykorzystywać energię słoneczną. Przeważającym czynnikiem są oczywiście oszczędności. Z ekologią to wiadomo jak u Nas jest, przeważnie to sprawa drugorzędna lub w ogóle pomijana. Nie zmienia to jednak faktu że przy okazji montażu systemów solarnych dzieje się coś dobrego dla naszego środowiska.

Energia słoneczna w naszych domach

Duży udział w ogólnopolskim spopularyzowaniu kolektorów słonecznych do ogrzewania wody miał program z NFOŚiGW, który udzielał 45% dofinansowania za pośrednictwem banków. Przez kilka lat trwania projektu bardzo dużo osób zdecydowało się na solary właśnie dzięki wspomnianemu wsparciu. Program miał swoje wady i zalety – nie będę tego teraz poruszał – ale jedno jest pewne, dał „kopa” tej dziedzinie w naszym kraju.Naprawdę niewiele firm w Polsce na poważnie zajmowało się kolektorami słonecznymi przed tym programem. Wtedy nastąpił boom, w 2009 sam zresztą zacząłem moją przygodę ze „słońcem”

Tak jak wspominałem wcześniej, dziś już nie dziwi kolektor słoneczny na dachu polskiego domu. Wystarczy trochę się porozglądać jadąc samochodem. Jest tego na prawdę sporo, mieście i na wsiach. Coraz częściej decyzje o tym że energia słoneczna będzie integralną częścią instalacji grzewczej czy elektrycznej zapadają już na etapie planowania budowy domu. Koszty zakupu takich systemów rozłożone na dłuższy okres wyglądają dziś bardzo korzystnie. Urządzenia te znacznie staniały na przestrzeni kilku ostatnich lat.

Jedną z zalet zastosowania systemów, które przetwarzają energię słoneczną jest to, że w kluczowej kwestii są przewidywalne. Wiemy ile będzie kosztować „paliwo”, które je napędza. Za rok, za 10 lat, nie będzie kosztować absolutnie nic.

Żeby nie było tak pięknie…

Energia słoneczna ma jednak wady i nie można opisać tematu – nawet ogólnie – nie wspominając o ograniczeniach, które posiada. W dzień jest, w nocy jej nie ma. Latem jest jej więcej a zimą mniej. Gdy się nad tym głębiej zastanowimy, dochodzimy do prostego wniosku – energia słoneczna nie zawsze jest dostępna wtedy kiedy chcemy i nie zawsze w takich ilościach jakbyśmy sobie życzyli.

Musimy mieć świadomość że kolektor słoneczny nie będzie podgrzewał wody użytkowej lub domu przez cały rok. Panele fotowoltaiczne nie dostarczą prądu na całe bieżące zużycie w każdej chwili kiedy ono wystepuje. W praktyce oznacza to, że nie jesteśmy w stanie się „odciąć” –  zakręcić  kurków z gazem, zrezygnować z pieców na węgiel czy odpiąć się od sieci energetycznej. Nie oznacza to oczywiście że to u nas nie działa, że jest to tylko bajer dla bogaczy albo kit wciskany przez sprzedawców.

Energia słoneczna w praktyce

Solarne ogrzewanie domu

Wielokrotnie rozmawiałem z osobami, które chciałyby dogrzewać dom solarami. Podchodząc rzetelnie do tematu, analizując konkretny przypadek: dom, instalację grzewczą, koszty systemu i możliwe uzyski, przeważnie okazywało się że oczekiwania były znacznie wyższe niż możliwości systemu w zestawieniu z kosztami.

Należy mieć świadomość że solary mogą wspomagać ogrzewanie domu, ale tylko w konkretnych warunkach. Podstawą jest dobra izolacja domu oraz niskotemperaturowy system ogrzewania (np. podłogówka). Wtedy możemy zakładać że energia słoneczna będzie miała 10-25% udziału w ogrzewaniu naszego domu.

Solarne ogrzewanie wody

Systemy grzewcze gdzie energia słoneczna jest wykorzystywana do ogrzewania wody są najpopularniejsze w naszym kraju. Ciepła woda w odróżnieniu do ogrzewania potrzebna nam jest przez cały rok. Jesteśmy zatem w stanie spożytkować ją na bieżąco. Problem czasowej dostępności promieni słonecznych jest tu rozwiązany przez pojemnościowy zbiornik na ciepłą wodę. Kolektor nagrzewa go przez dzień a z ciepłej wody korzystać możemy w trakcie dnia i nocy. Prosto, ale skutecznie. Taki system, dobrze dobrany ma się rozumieć, pokryje ok. 50-70 %  zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania wody.

Na sam koniec jedno zdanie aby pokazać z jak ogromnym potencjałem mamy do czynienia:

Rocznie do powierzchni ziemi dociera ponad 5500 razy więcej energii słonecznej niż wynosi całe globalne zapotrzebowanie – dużo, prawda?

Artykuł Energia słoneczna – ogromny potencjał do wykorzystania pochodzi z serwisu Warsztat solarny.

Bardzo ważnym elementem wydajnego funkcjonowania systemu solarnego jest prawidłowe ustawienie przepływu w kolektorach słonecznych/ solarach.

Skąd zatem wiadomo jaka wartość przepływu jest odpowiednia? Oczywiście nie musimy tego odkrywać sami, każdy producent w specyfikacji technicznej określa jaki powinien być optymalny przepływ glikolu aby instalacja pracowała z jak największą sprawnością.

Poniżej przykładowe wartości przepływu dla 1 kolektora słonecznego wybranych producentów:

• 1,8 l/min – pow. czynna 1,827 m2 kolektor płaski Hewalex KS2000 TP (pojedyncza harfa)
• 1,1 l/min – pow. czynna 1,873 m2 kolektor płaski Watt 3020 S (pojedyncza harfa)
• 1,0 l/min – pow. czynna 1,794 m2 kolektor próżniowy Watt CPC 9+ (rura termosowa, u-rurka bezpośredni przepływ)
• 1,5 l/min – pow. czynna 2,03 m2 kolektor próżniowy Depsol DS 20 (rura Narva, bezpośredni przepływ)
• 1,2 l/min – pow. czynna 1,827 m2 kolektor płaski Hewalex KS2000 TP AM (meandrowy)
• 0,6 l/min – pow. czynna 1,41 m2 kolektor próżniowy Caldoris CPC 8 (heat pipe)

Jak widać w zależności od powierzchni i typu kolektora wartości przepływu dla 1m2 powierzchni czynnej różnią się miedzy sobą od ~0,42 l/min przy kolektorze próżniowym heat pipe z lustrem CPC i ~ 0,98 l/min dla kolektora płaskiego z pojedynczą  harfą.

Zwiększenie lub zmniejszenie prędkości cieczy przepływającej przez kolektor znacząco wpływa na jego temperaturę. Zwiększając przepływ obniżamy temperaturę, zmniejszając prędkość temperatura płynu solarnego rośnie. Obrazowo wygląda to następująco: gdy przesuwamy dłoń nad płomieniem (np. zapalniczki) możemy nic nie poczuć, podgrzać sobie dłoń lub ją poparzyć – wszystko zależy od czasu jaki nasza dłoń przebywała nad płomieniem.

W kolektorach słonecznych jest tak samo – producent podając optymalna wartość przepływu przyjmuje pewien kompromis pomiędzy wydajnością a bezpieczeństwem użytkowania. Oczywiście w tych wartościach są pewne widełki w których można się poruszać. Doświadczony instalator/ serwisant jest w stanie zoptymalizować wartość przepływu dla różnych instalacji solarnych. Może to mieć pozytywne skutki tam gdzie brakuje dostarczanej mocy z kolektorów lub jest jej za dużo. Nie ma tu oczywiście bardzo dużego pola manewru jednak w wielu przypadkach takie zabiegi polepszają komfort użytkowania lub pracę systemu.

Artykuł Ustawienie przepływu w kolektorach słonecznych/ solarach pochodzi z serwisu Warsztat solarny.

Przegrzewanie instalacji solarnej

Przegrzewanie instalacji solarnej to często występujący problem w systemach grzewczych wyposażonych w solary – zarówno te płaskie jak i próżniowe. Temat ten jest dość obszerny postaram się jednak opisać jak najwięcej przyczyn oraz rozwiązań tego problemu.

Dlaczego instalacja solarna się przegrzewa?

1. Awaria sprzętu
2. Nieprawidłowy dobór instalacji
3. Nieprawidłowe ustawienia systemu

Uszkodzenie lub awaria elementów instalacji solarnej

Jedną z przyczyn przegrzewania się instalacji solarnej jest ograniczona lub całkowita blokada przepływu płynu solarnego – często ma to miejsce w skutek uszkodzenia jednego lub kilku z elementów instalacji solarnej, lub nieumyślnego przestawienia np. zaworu odcinającego .

Ważne: gdy zaobserwujemy przegrzewanie się systemu sprawdźmy wszystkie zawory na rurach oraz te w grupie pompowej. Może któryś z nich został przypadkowo częściowo lub całkowicie zamknięty. Zawsze należy zaczynać od najprostszych rzeczy, czasami wręcz banalnych.

Pompa obiegowa:

1. Pompa uszkodzona/ spalona -> brak przepływu glikolu = przegrzewanie instalacji
2. „Zawieszony” wirnik pompy w skutek długotrwałego postoju-> brak przepływu glikolu = przegrzewanie instalacji – pompę należy postukać delikatnie młotkiem. Jeżeli to nie pomaga (z reguły tak jest) pompę trzeba  zdemontować, rozkręcić, a następnie ręcznie odblokować wirnik. Po skręceniu i odpowietrzeniu wszystko powinno wrócić do normy
3. „Zawieszony” wirnik pompy przez „zassane” nieczystości które mogły przedostać się przy montażu (elementy izolacji zbiornika, izolacji przewodów, konopie, sznurki itp.). Jak w powyższym przypadku pompę należy zdemontować, rozkręcić, przeczyścić, złożyć, odpowietrzyć…

Sterownik solarny lub jego elementy:

W tym przypadku elementami, które mogą ulec uszkodzeniu to sam sterownik, czujniki temperatury lub ich przewody. O uszkodzeniu czujników oraz przewodów nie będę się rozpisywał wszystko można przeczytać tutaj: uszkodzony czujnik temperatury

Gdy sterownik solarny nie pracuje w sposób prawidłowy pompa obiegowa nie dostaje sygnału do uruchomienia skutkiem czego instalacja przegrzewa się.

Przepalony bezpiecznik – gdy sterownik nie włącza się pomimo włączonego zasilania należy sprawdzić wbudowany bezpiecznik. Możliwe że doszło do zwarcia i problem będzie dość prosty do rozwiązania.

Uwaga: gdy pompa obiegowa nie pracuje a jesteśmy pewni, że nie jest ona trwale uszkodzona możemy uruchomić ją w trybie ręcznym (w sterowniku). Uda się nam to jeżeli sterownik jest „sprawny” tzn. nie włącza pompy z innych przyczyn np. uszkodzony czujnik lub przewód czujnika. Gdy natomiast sterownik jest uszkodzony pompę możemy podpiąć na „krótko” do sieci. Uchronimy glikol przed przegrzaniem zwłaszcza wtedy gdy awaria nastąpi w słoneczny dzień a nie mamy możliwości łatwego zasłonięcia solarów (np. przy montażu na dachu). Sposób włączenia trybu ręcznego opisany jest w każdej instrukcji obsługi.

Uszkodzona/ cieknąca złączka przy kolektorze:

Przegrzewanie instalacji solarnej może być wywołane pośrednio przez uszkodzone połączenia przy kolektorze grupie pompowej czy zbiorniku. Efektem uszkodzenia lub nawet poluzowania śrubunku czy nakrętki może być wyciek płynu solarnego. Jeżeli sytuacja będzie się utrzymywać w pewnym momencie ubytek płynu będzie tak znaczny że pompa nie będzie w stanie wymusić obiegu w instalacji solarnej – skutek będzie oczywisty.

To jakie ubytki płynu w końcowym etapie spowodują zatrzymanie obiegu jest uzależnione od wielu czynników i ciężko jednoznacznie określić czy będzie to 2 czy 10 l. Pompa po przekroczeniu punktu krytycznego zaczyna pracować w miejscu – po pewnym czasie może dość do jej przegrzania i awarii.

Miałem przypadek gdzie klientka wyłączyła na okres zimowy sterownik z prądu. Po dwóch dniach słonecznej wiosennej pogody i braku ciepłej wody zadzwoniła z prośbą o przyjazd gdyż „kolektory nie grzeją”. Na miejscu zastałem wyciek glikolu na jednej ze złączek zasilania, pompa pracowała w miejscu (termometr nad pompą wskazywał niecałe 80ºC). Dopiero podczas rozmowy przyznała się co faktycznie zapoczątkowało łańcuch zdarzeń. Skończyło się na uszczelnieniu instalacji oraz uzupełnieniu płynu – system pracuje dalej bez zarzutów.

Nieprawidłowy dobór instalacji solarnej:

Przegrzewanie sie kolektorów słonecznych w skutek nieprawidłowo dobranej instalacji  to dość uciążliwy problem dla jego właściciela. Usterkę można usunąć, ze źle dobraną instalacją może nie być już tak łatwo. Jednak nie ma co być nadmiernym pesymistą, z każdej sytuacji jest jakieś wyjście. Zawsze trzeba znaleźć to optymalne, tak aby zbliżyć się do punktu, w którym użytkownik ma to czego oczekiwał jednocześnie nie inwestując nadmiernej ilości dodatkowych środków (przeciez zapłacił już za instalację która miała działać prawidłowo).

Poniżej najczęstsze przyczyny źle dobranych instalacji:

• Brak odpowiedniej wiedzy

Jeżeli nie ma wiedzy to jest słabo. Mimo najszczerszych chęci, czy markowych urządzeń – jeżeli nie wiesz do czego dany sprzęt został stworzony i jakie ma parametry to nie będziesz go umiał odpowiednio skonfigurować. Tego przeskoczyć się nie da i eseju na ten temat pisać nie trzeba. Każdy zaczynał, każdy się uczy (celowo nie napisałem uczył bo to by świadczyło, że proces się zakończył:). Pytajmy innych, mądrzejszych, bardziej doświadczonych, zerknijmy do instrukcji obsługi itp. To nie boli, a już tym bardziej nie jest żadną ujmą na honorze : ) Nieomylnych i wszechwiedzących nie ma.  

• Pazerność wykonawcy

Mocne słowo, ale niestety tak czasami bywa.  Zawsze zdarzy się ktoś kto przedkłada własne korzyści nad korzyść obopólną. Idealnie jest tak gdy klient ma to czego oczekiwał i to co zgodnie ze sztuką dostać powinien, jednocześnie wykonawca zrobił swoje. Bajka, no ale nie zawsze jest tak kolorowo…To jest mega smutne i oczywiście tyczy się każdej branży, nie tylko kolektorów słonecznych. 

• Ograniczenia systemowe

Od razu podam przykład, który przerabiałem sam i to jeszcze u swoich rodziców. W Bielsku-Białej gdzie mieszkają były dofinansowania (między innymi. do instalacji solarnych). Na liście wytycznych, które instalacja solarna musiała spełnić znajdowały się dwa zapisy (było ich oczywiście więcej, ale te wprowadziły pewne ograniczenia). Kolektor musiał mieć minimalną moc 1650W (dokładnie tak: przy nasłonecznieniu 1000 W/m2 i różnicy temperatur TmTa=300K(wg normy PN EN 12975-2:2007), musiały być co najmniej 2 a zbiornik na wodę mieć poj. min. 200 L.

Kolektor znalazłem tylko jeden – Hewalex 2,6 m2 (swoją drogą bardzo dobry sprzęt – polecam :). Pewnie by się znalazły inne jak Sunex, Viessmann. Ten mi akurat pasował w zestawie więc już nie szukałem dalej. Tym samym instalacja dla 2 osób musiała mieć 5,2 m2 powierzchni na 250 L wody (większego ze względu na ograniczenia pomieszczenia nie dało się zmieścić) Dzwoniłem, pytałem czy nie można zamontować 1 szt. – NIE – albo dwa albo wcale. Więc zamontowałem dwa. I oczywiście mocy było za dużo. Na jeden mój ojciec zrobił zasłonę z grubej czarnej plandeki (jakiej używa się na ciężarówki) i tak leżakuje na dachu pod kołderką Drugi działa dobrze przez cały sezon, moc odpowiednia na dwie osoby.

Morał z tego taki, że choćbym wiedzę miał, nie był pazerny i miał szczere chęci i najlepsze umiejętności nie byłem w stanie tego zrobić dobrze bez “kombinacji”.  Ten kolektor lub jego równowartość mogła posłużyć komuś innemu. Ja jestem tylko drobinką w skali kraju i takich instalacji z pewnością jest więcej. Tych, które działają i tych z komplikacjami.. 

Artykuł Przegrzewanie instalacji solarnej pochodzi z serwisu Warsztat solarny.