Kolektory słoneczne – wady i zalety

Wykorzystanie energii słonecznej

W ciągu godziny nasza najbliższa gwiazda dostarcza do Ziemi tyle energii, ile wszyscy mieszkańcy zużywają jej w ciągu roku. Stanowi to również jeden z powodów, dla którego wykorzystanie promieni słonecznych do wytwarzania energii elektrycznej uważa się za technologię przyszłości, którą z coraz lepszym skutkiem wykorzystuje się już od wielu lat. Również w Polsce Słońce dostarcza, w zależności oczywiście od położenia terenu, od 900 kWh do 1.200 kWh energii na każdy metr kwadratowy powierzchni poziomej, którą można wykorzystywać na dwa sposoby:

pierwszy - bezpośredni (pasywny), w trakcie którego wszystko odbywa się bez użycia specjalnych urządzeń, dzięki naturalnym zjawiskom wymiany ciepła i masy (może on służyć do podgrzewania wody i ogrzewania budynków oraz do suszenia żywności przetworzonej, drewna czy ceramiki);
drugi - pośredni (aktywny), do którego niezbędne są już odpowiednie urządzenia. Mogą być nimi zarówno panele fotowoltaiczne służące do produkcji energii elektrycznej, jak i kolektory słoneczne, dzięki którym możliwe jest pozyskiwanie energii cieplnej.

Kolektory słoneczne - rozwiązanie dla każdego

Zarówno kolektory słoneczne, jak i fotowoltaika to rozwiązania energooszczędne, jednak opłacalność każdej z tych inwestycji dobrze jest rozpatrywać w kontekście jej wykorzystania. Przyjmuje się średnio, że w Polsce do 1 m² powierzchni dociera w ciągu roku 1.000 kWh energii słonecznej. Dla przykładu, taką porcję kilowatogodzin można uzyskać ze spalenia np. 100 m³ gazu ziemnego (roczne zapotrzebowanie nowego domu o powierzchni 150 m² to 10.000 - 20 000 kWh). Nie wystarczy to naturalnie do tego, by całkowicie pokryć zapotrzebowanie na energię potrzebną do ogrzewania domu jednorodzinnego, tym bardziej, że efektywnie można wykorzystać jedynie 30 - 50% rocznego promieniowania słonecznego. Dlatego też, wybór kolektorów słonecznych wydaje się oczywisty, jeśli inwestorowi zależy przede wszystkim na uzyskaniu ciepłej wody użytkowej. Ponieważ odpowiednio dobrane i zaprojektowane solary słoneczne mogą latem w pełni zaspokoić potrzeby wszystkich domowników na c.w.u. (częściowo zaś od jesieni do wiosny). Przy czym efektywność kolektorów słonecznych zależy przede wszystkim od ich kąta nachylenia. I tak kolektory:

zamontowane pod kątem 30° najlepiej sprawdzą się, gdy będą wykorzystywane głównie latem;
o nachyleniu 50° zwiększą wytwarzanie energii wiosną i jesienią;
zamontowane pod kątem 80-90° będą najlepszym rozwiązaniem dla osób, które chcą osiągnąć zyski także w zimie.

Co ważne, kolektory słoneczne będę podgrzewać wodę nawet w okresie chłodniejszym (wówczas wystarczą dwie, trzy godziny słońca w ciągu dnia). Ze względu jednak na zbyt małe nasłonecznienie, kolektory słoneczne nie mają w polskich warunkach, szans stać się jedynym źródłem ciepła w domu, ani w instalacjach c.w.u., ani tym bardziej, w systemach grzewczych. Dobrym rozwiązaniem może być za to włączenie do instalacji grzewczej kolektorów słonecznych w przypadku osób, które posiadają ogrzewanie elektryczne lub też kotły na paliwo stałe, które instalacja solarna uwalnia od konieczności rozpalania ich latem.

Jednak to nie wszystkie możliwości, z racji tego, że nowoczesne ogrzewanie domu, to także możliwość połączenia systemu solarnego z ekologiczną pompą ciepła (pompą ciepła powietrzną, pompą ciepła gruntową) lub też gazowym/olejowym urządzeniem kondensacyjnym. Kolektory słoneczne doskonale wpisują się zatem w koncepcję ekonomicznego ogrzewania domu jednorodzinnego (przy prawidłowym działaniu i regularnej konserwacji ich żywotność może wynosić co najmniej 20 lat).

Popularność kolektorów słonecznych spadła na rzecz modułów fotowoltaicznych

Rynek kolektorów słonecznych w Polsce najlepiej rozwijał się w pierwszej połowie zeszłej dekady (od 2010 roku), kiedy to zaczął być wspierany ogólnokrajowym programem dopłat do kredytów realizowanym przez Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej. Jego budżet wynosił 300 mln zł i miał z początku funkcjonować tylko do końca 2013 roku. Jednak ze względu na duże zainteresowanie jakim się cieszył w 2012 roku, NFOŚiGW zwiększył budżet do 450 mln zł. To właśnie w tym czasie, nasz kraj był drugim największym w Europie (zaraz po Niemcach) rynkiem pod względem instalacji kolektorów słonecznych (sprzedano wówczas solary słoneczne o łącznej powierzchni 302 tys. m²). Jednak już z każdym kolejnym rokiem ich sprzedaż malała (według EurObserv’ER w 2013 roku było to 274 tys. m², w 2016 roku - 115,4, tys. m², a w 2017 roku - 113 tys. m²).

Sprzedaż kolektorów w Polsce zaczęła zwiększać się jednak w 2018 roku (wzrost ten do 2017 roku wyniósł 179%), co mogło być zasługą inwestycji realizowanych zarówno z unijnych dotacji, jak i z rozpoczętego we wrześniu tego samego roku programu Czyste Powietrze i lokalnych programów antysmogowych, dzięki którym uzyskać można też dofinansowanie do wymiany pieca. W 2020 roku, podobnie zresztą jak w roku 2019 nastąpił spadek sprzedaży kolektorów słonecznych, jednak już nie tak dynamiczny, jak w latach ubiegłych. Przy czym najlepiej w III kwartale 2020 roku sprzedawały się kolektory płaskie (w grupie kolektorów próżniowych nastąpił w III 2020 kwartale ponad 30% spadek).

Przez ostatnie kilka lat kolektory słoneczne pozostawały jednak w cieniu szybko rozwijającej się i coraz tańszej fotowoltaiki, dzięki której inwestor może uniezależnić się od rosnących cen prądu. Impulsem do rozwoju fotowoltaiki dla domu w Polsce był przede wszystkim wprowadzony w 2016 system opustów, który sprawił, że instalacje PV zaczęły być opłacalne również dla klientów indywidualnych. Jednak prawdziwym przełomem okazał się program Mój Prąd gwarantujący bezpośrednie dopłaty do mikroinstalacji PV dla gospodarstw domowych, dzięki któremu liczba prosumentów w ciągu jednego roku wzrosła z 300.000 do 457.000.

Kolektory słoneczne i WT 2021

Jednak obecna sytuacja może zmienić się na korzyść kolektorów słonecznych za sprawą nowych, jeszcze bardziej restrykcyjne wymagań, dotyczących energooszczędności budynków (WT 2021), które zaczęły obowiązywać wraz z początkiem roku. Jak bowiem wynika z analiz obliczeniowych, stosowane dotychczas źródła ciepła nie są w stanie samodzielnie spełnić rosnących wymagań wobec wartości energii pierwotnej (EP, kWh/m² rok) zużywanej przez budynki. Wartości określone w Rozporządzeniu Ministra Infrastruktury wymagają, aby w domach jednorodzinnych zużycie energii pierwotnej EP dla potrzeb ogrzewania, chłodzenia i ciepłej wody, nie przekraczało 70 kWh/m² rocznie (dla porównania, poprzednie warunki wynosiły 95 kWh/m² na rok).

Aby więc spełnić te wymagania, konieczne będzie nie tylko zastosowanie dużej ilości izolacji cieplnej oraz energooszczędnej stolarki okiennej, ale i łączenie urządzeń wykorzystujących energię z co najmniej dwóch źródeł. Przy czym im większy będzie udział energii odnawialnej w bilansie energetycznym domu, tym łatwiejszy do osiągnięcia będzie standard WT 2021. Sytuacja ta sprzyjać będzie popularyzacji i rozwojowi hybrydowych układów grzewczych. Są to rozwiązania korzystające z co najmniej dwóch form energii do produkcji ciepła, wykorzystywanego zarówno do podgrzewania wody użytkowej, jak i w celach grzewczych. W praktyce najczęściej jest to:

zastosowanie centrali grzewczej z wbudowaną pompą ciepła i dodatkową współpracującą z urządzeniami solarnymi (zwykle z kolektorami słonecznymi, a wspomagająco także z fotowoltaiką);
połączenie kotła opartego o zasilanie konwencjonalne (np. olej opałowy, gaz ziemny, gaz płynny), z urządzeniem, które korzysta z OZE (najczęściej z kolektora słonecznego).

Warto tu również podkreślić, że dzięki zastosowaniu układu hybrydowego, właściciel domu może nie tylko spełnić Warunki Techniczne 2021 oraz uzyskać oszczędności eksploatacyjne. Dodatkową korzyścią tego układu jest też bezpieczeństwo energetyczne budynku, ponieważ w przypadku awarii jednego źródła ciepła, drugie może tymczasowo przejąć całość ogrzewania.

Instalacja złożona z kolektorów słonecznych pozwala w prosty sposób spełnić nowe wymagania WT 2021

Biorąc jednak pod uwagę to, że współczynnik nakładu wynosi przykładowo dla:

kolektorów słonecznych - 0;
zestawu fotowoltaicznego - 0;
urządzenia elektrycznego - 3,0;
kotła na biomasę - 0,2.

Najprościej nowe wymagania WT 2021 można spełnić decydując się na instalację złożoną z kolektorów słonecznych w połączeniu z kotłem gazowym lub kotłem na biomasę. Wówczas w przypadku przeciętnej 4-osobowej rodziny, koszt małej instalacji solarnej do c.w.u., która złożona będzie z 2-3 kolektorów, zasobnika (ciepło wytworzone przez kolektor słoneczny trzeba magazynować, dlatego też niezbędnym elementem tego rodzaju instalacji jest zasobnik, w którym gromadzona jest gorąca woda) i niezbędnego sprzętu wraz z montażem, wynosić będzie ok. 11.000 zł (brutto), co daje ok. 2.000 zł/kW. Przy czym najlepiej jest postawić na kompletny zestaw od jednego producenta, co da nam pewność, że wszystkie elementy będą kompatybilne.

Natomiast instalacja PV pozwala je uzyskać dopiero w połączeniu z pompą ciepła. Przy czym najszybciej graniczne wartości uzyskać można decydując się na montaż pompy ciepła z rekuperacją i instalacją fotowoltaiczną na dachu, co oczywiście będzie wymagać od inwestora już znacznie większych nakładów finansowych. Zainstalowanie bowiem tylko samej fotowoltaiki o mocy ok 3kWp to koszt ok. 15.000 zł (co daje 5.000zł/kW), do tego doliczyć trzeba również koszt instalacji pompy ciepła (ok. ok. 35.000 zł) i rekuperacji (ok. 18.000 zł). Jak zatem widać, montaż kolektorów słonecznych w połączeniu z kotłem gazowym (łączny koszt kotłowni gazowej to ok 19.000 zł) lub kotłem na biomasę (wraz z montażem to ok. 18.000 zł), jest znacznie tańszy niż montaż paneli fotowoltaicznych z pompą ciepła.

Kolektory słoneczne - zalety

Podsumowując, do największych zalet kolektorów słonecznych należy przede wszystkim to, że:

pozwalają one w sposób całkowicie ekologiczny, bez zanieczyszczania środowiska (brak emisji CO2, odpadów, dymu czy hałasu), pozyskać ciepło niezbędne do ogrzewania c.w.u. oraz wspomagania centralnego ogrzewania;
kolektory mogą służyć nie tylko do przygotowanie ciepłej wody użytkowej, ale i do podgrzewania wody basenowej i chłodzenia budynków (ciepło słoneczne, z reguły w wysokich temperaturach, co najmniej 70°C, jest użyte w chłodziarkach absorpcyjnych);
można dzięki nim uzyskać oszczędności na kosztach ogrzewania głównego źródła ciepła;
są bezproblemowe i wygodne w użytkowaniu, bowiem prawidłowo zamontowane na dachu nie będą wymagały obsługi;
są to urządzenia uniwersalne, które zamontować można zarówno na dachach domów jednorodzinnych, wielorodzinnych, jak i na osiedlach mieszkalnych;
instalacja solarna to duża oszczędność, ponieważ energia słoneczna jest bezpłatna, a przy tym niewyczerpalna. Pozwala ona na obniżenie kosztów przygotowania c.w.u. (w przypadku dużej rodziny) lub ogrzania wody w basenie średnio o 70%;
inwestycja w kolektory słoneczne podnosi wartość budynku;
montaż instalacji jest szybki, bowiem sprawna ekipa, która działa według dobrze nakreślonego planu i szczegółowego projektu, jest w stanie zrealizować inwestycję w ciągu jednego dnia. Z reguły są to jednak 1-2 dni (czas montażu zależy głównie od budynku, złożoności instalacji oraz istniejącego systemu ogrzewania i wentylacji);
w przypadku, gdy promieniowanie słoneczne jest zbyt słabe, układ sterowania włącza dodatkowe podgrzewanie wody, np. kocioł na dowolne paliwo, co nie tylko pozwala obniżyć koszty ogrzewania poprzez zmniejszenie zużycia paliwa, ale i zapewnić komfort ciepłej wody, bez względu na liczbę słonecznych dni w ciągu roku (do optymalizacji pracy kolektorów służą sterowniki kolektorów słonecznych, które podnoszą wydajność pracy instalacji solarnej i ułatwiają jej obsługę);
urządzenia te, przy prawidłowym działaniu i regularnej konserwacji, mogą służyć co najmniej 20 lat (podstawą gwarancji ich długiej żywotności jest użycie wysokiej jakości komponentów i profesjonalna instalacja);
na polskim rynku można znaleźć szeroki wybór dostawców tych ekologicznych urządzeń;
choć koszty całej inwestycji powinny zwrócić się już po kilku latach, to i tak początkowo wymaga ona sporych nakładów finansowych. Aby jednak zmniejszyć koszty związane z zakupem i montażem solarów słonecznych warto jest skorzystać z którejś z proponowanych form dofinansowania do kolektorów słonecznych 2023.