Ogrzewanie wody kolektorami słonecznymi

5 /5
(Ocen: 3)

Promieniowanie słoneczne jest źródłem darmowej energii, którą można efektywnie wykorzystać nie tylko za pomocą paneli fotowoltaicznych, ale i kolektorów słonecznych. Jeśli zatem planujecie skutecznie zmniejszyć koszty ogrzewania wody w domu, to koniecznie zapoznajcie się z tym, jakie korzyści i oszczędności może przynieść inwestycja w zestaw solarny do grzania wody.

W jaki sposób podgrzewać wodę użytkową?

Podgrzewanie wody użytkowej jest co prawda tańsze niż np. ogrzewanie domu, jednak i tak ma duży wpływ na bilans rocznych kosztów eksploatacji budynku. Dlaczego? Wynika bowiem z relatywnie stałego zapotrzebowania domowników na ciepłą wodę. Przy czym mnogość dostępnych na rynku rozwiązań instalacyjnych, może być przyczyną problemów z podjęciem decyzji o wyborze najbardziej ekonomicznego urządzenia grzewczego. W celu uzyskania ciepłej wody użytkowej można wykorzystać zarówno istniejący system grzewczy, jak i też zdecydować się na zainstalowanie urządzenia, które przeznaczone będzie do ogrzewania wody w łazience i kuchni.

Alternatywą dla konwencjonalnych urządzeń grzewczych kolektory słoneczne, które zastosować można nie tylko do przygotowywania ciepłej wody użytkowej, ale również do okresowego wspomagania ogrzewania budynku i podgrzewania wody basenowej. W polskich warunkach najczęściej jednak, instalacje solarne ze względu na prosty układ i atrakcyjny koszt inwestycji, znajdują zastosowanie dla podgrzewania c.w.u. Wpływ na to ma również to, że ich wydajność w dużej mierze zależy od pory dnia, roku i pogody. Solary słoneczne nie mają zatem szans stać się u nas jedynym źródłem ciepła w domu (zarówno w instalacjach c.w.u., jak i w systemach grzewczych). Często jednak są one włączane do już istniejącej instalacji grzewczej, którą może stanowić zarówno kocioł na paliwo stałe, jak i ogrzewanie elektryczne.

Pompa ciepła czy kolektor słoneczny?

Zwłaszcza, że o ile w sezonie grzewczym, z przygotowaniem ciepłej wody użytkowej zazwyczaj nie ma problemu (albowiem najczęściej robi to kocioł ogrzewający dom), to już w okresie letnim jest to okupione wysokimi stratami. Dotyczy to szczególnie właścicieli kotłów zasypowych (bez podajnika) na węgiel i drewno. Ponieważ ich codzienne użytkowanie (związane z noszeniem opału, rozpalaniem, czy wynoszenie popiołu) jest zarówno uciążliwe, jak i nieekonomiczne. W końcu po rozpaleniu pieca, ogrzewana jest nie tylko c.w.u., ale i też woda grzewcza znajdująca się w samym kotle, która nie wykorzystana zmarnuje się. W tym czasie, wielu posiadaczy kotłów na paliwa stałe, decyduje się na używanie grzałki elektrycznej, przez co koszty ogrzania wody wzrastają. W okresie letnim, również osoby korzystające z takich nośników energii do ogrzewania, jak: gaz, olej opałowy czy też prąd, szukają tańszej alternatywy.

Dlatego też, coraz bardziej atrakcyjnym i popularnym rozwiązaniem jest stosowanie pomp ciepła, które zaczynają powoli wypierać z rynku tradycyjne źródła ciepła, jakimi są kotły grzewcze. Tylko w 2020 roku sprzedano ich w Polsce 56,5 tys. Przy czym oprócz pomp przeznaczonych do ogrzewania (które zawsze przygotowują też c.w.u.), w tej liczbie zawierają się również pompy ciepła wyłącznie do przygotowania ciepłej wody, które tak samo, jak pompy ciepła powietrzne, czy pompy ciepła gruntowe, wyróżniają się dużą efektywnością, w pełni wykorzystując odnawialne źródła energii (do tego ich eksploatacja nie powoduje emisji szkodliwych związków, takich jak chociażby CO2). Ponadto, pompy ciepła do c.w.u. mogą samodzielnie ogrzewać wodę użytkową przez cały rok, bez konieczności przyłączania tradycyjnego kotła grzewczego (co też nie oznacza, że nie mogą z nim współpracować, tanio ogrzewając wodę podczas wiosennych i letnich miesięcy).

W Polsce najczęściej stosowanym systemem ogrzewania c.w.u., za pomocą ekologicznych rozwiązań korzystających z OZE jest instalacja mieszana, która oznacza, że w okresie jesienno – zimowym woda ogrzewana jest poprzez instalację c.o. (np. kocioł na pellet), zaś poza nim, ciepłą wodę zapewniają pompy ciepła do c.w.u. lub kolektory słoneczne. Należy tu podkreślić, że oba te rozwiązania są skuteczne i działają na bazie sprawdzonych technologii. Różnice jednak widoczne są w koszcie całej inwestycji, bowiem:

  • średnio, koszt pompy ciepła przeznaczonej wyłącznie do c.w.u. z zasobnikiem wody o pojemności ok. 200 litrów, który w pełni zabezpieczy w ciepłą wodę użytkową 4 – osobową rodzinę wyniesie ok 6.500 – 8.500 zł bez VAT (pompa ciepła bez zasobnika, to natomiast ok. 4.000 – 6.500 zł);
  • natomiast średnio koszt instalacji solarnej na użytek 4 – osobowej rodziny złożonej z 2 – 3 kolektorów, zasobnika i niezbędnego sprzętu wraz z montażem, wynosi już ok. 11.000 zł (brutto).

Oczywiście, inwestor będzie musiał liczyć się z wyższymi kosztami w przypadku pompy ciepła (zapraszamy do naszego rankingu pomp ciepła), która nie tylko będzie służyć do podgrzewania ciepłej wody użytkowej, ale i do ogrzewania domu, nas jednak w tym momencie interesują wyłącznie pompy ciepła do c.w.u., które stanowią odrębną kategorię tych urządzeń.

Kolektory słoneczne – najtańszy sposób podgrzewania ciepłej wody użytkowej

Natomiast pod względem cenowym, najtańszym sposobem podgrzewania ciepłej wody użytkowej są kolektory słoneczne. W zestawieniu dotyczącym ogrzania ok. 300 litrów c.w.u. w okresie letnim, przykładowy koszt wynosić będzie dla:

  • instalacji solarnej – ok. 0,30 zł;
  • pompy ciepła – 1,95 zł;
  • kotła węglowego – 2,11 zł;
  • kotła na drewno – 2,60 zł;
  • kotła gazowego kondensacyjnego – 3,15 zł;
  • kotła gazowego starego typu – 4,80 zł;
  • kotła gazowego na gaz płynny – 5,25 zł;
  • kotła olejowego – 6,52 zł;
  • bojlera elektrycznego – 6,90 zł.

Natomiast żeby jeszcze lepiej zobrazować sobie to, ile zapłacimy za ogrzewanie c.w.u. w ciągu całego roku, dobrze jest porównać sobie instalacje o zbliżonej mocy grzewczej najprostszych kolektorów słonecznych i pompy ciepła ze zbiornikiem o pojemności 200 l, z grzałkami elektrycznymi o identycznej mocy elektrycznej, przy uwzględnieniu średniej ceny 1 kWh 0,65 zł za kWh (ceny prądu różnią się w zależności od regionu, w którym mieszka inwestor oraz od wybranej przez niego taryfy prądu). Jak wynika z poniższej tabeli, najkorzystniej wychodzi ogrzewanie wody solarami słonecznymi, pomimo, że są one droższe w zakupie i montażu. Natomiast pompa ciepła do c.w.u., w porównaniu z kolektorami, ma niższe koszty inwestycyjne, ale już wyższe koszty eksploatacyjne:

Wybrany wariant Źródło Ilość energii wytworzonej przez dane źródło Ilość pobranej energii elektrycznej do wytworzenia energii cieplnej Koszt jednostki energii Koszt uzyskania ciepłej wody Koszt uzyskania ciepłej wody w ciągu roku
Grzałka elektryczna (przez cały rok) Grzałka elektryczna 3.407 kWh 3.407 kWh 0,65 zł/kWh 2.214,55 zł 2.214,55 zł
Pompa ciepła ze zbiornikiem o pojemności 200l + grzałka, poza okresem pracy pompy ciepła (średnio 50 proc. w ciągu roku) Grzałka elektryczna

Pompa c.w.u.

1.703,5 kWh

 

1.703,5 kWh

1.703,5 kWh

 

567,83 kWh

0,65 zł/kWh

0,65 zł/kWh

1.107,27 zł

 

369,08 zł

1.476,63 zł
Zestaw dwóch kolektorów słonecznych płaskich miedzianych + grzałka (uzupełnienie w czasie niedoboru energii z kolektorów) Grzałka elektryczna

Kolektory słoneczne

1.467 kWh

 

1.940 kWh

1.467 kWh

135 kWh

0,65 zł/kWh

0,65 zł/kWh

953,55 zł

 

87,75 zł

1.041,3 zł
Co ważne, koszty początkowe obu inwestycji można obniżyć, korzystając z dofinansowania do pompy ciepła lub z którejś z proponowanych form dofinansowania do kolektorów słonecznych 2021.

Kolektory słoneczne – jaka jest ich skuteczność?

Pomimo, że w ostatnich latach zainteresowanie kolektorami słonecznymi spadło na rzecz fotowoltaiki, która za sprawą programu Mój Prąd przeżywała prawdziwy boom (trzecia edycja programu Mój Prąd planowana jest na 1 lipca 2021 roku), to nadal są one najbardziej ekologicznym i efektywnym odnawialnym źródłem energii dostępnym na rynku. Zestaw solarny do grzania wody wykorzystuje bowiem darmową energię promieniowania słonecznego, która w ciągu roku pozwala obniżyć koszty jej podgrzania w domku jednorodzinnym nawet o 50 – 60%. Kolektory słoneczne polecane są tym wszystkim, którzy szukają sposobu na komfortowe i niedrogie ogrzewanie wody poza sezonem grzewczym (a więc posiadają już kocioł na paliwa stałe i latem zmuszeni są do ogrzewania wody prądem).

Zestaw solarny do grzania wody to również dobra inwestycja, gdy w domu zamontowane są nie najtańsze w eksploatacji kotły na gaz płynny, czy olej. Co więcej, podejmując decyzję o zakupie kolektorów słonecznych na ciepła wodę, warto wziąć pod uwagę to, że szybkość zwrotu kosztów inwestycji zależeć będzie głównie od zapotrzebowania na c.w.u. Dlatego też, lepiej sprawdzą się one w gospodarstwach domowych z większą liczbą mieszkańców, którzy bardziej preferują kąpiele w wannie lub w basenem letnim).

Co istotne, w polskich warunkach, w miesiącach letnich, dobrze dobrane kolektory słoneczne są w stanie pokryć nawet 100% zapotrzebowania na c.w.u., znacznie obniżając w ten sposób związane z tym koszty. Natomiast od października do marca, instalacja solarna zaspokaja ok. 60 – 70% rocznego zapotrzebowania na energię cieplną, co również przynosi pewne oszczędności (kolektory wstępnie ogrzewają wodę użytkową np. z 10°C do 20°C, którą później do wymaganej temperatury nagrzewa grzałka lub kocioł).

Jak już bowiem wiemy, w naszej strefie klimatycznej pomimo tego, że ilość energii słonecznej jest duża, to już jej rozkład w zależności od pory roku, charakteryzuje się dużą nierównomiernością. Ok. 4/5 energii cieplnej dostajemy przez pół roku, natomiast tylko 1/5 przypada na sezon grzewczy, kiedy to potrzeba jej w gospodarstwie najwięcej. Zatem, jeśli chcemy, aby była dostarczona wymagana minimalna ilość energii, należy zamontować odpowiednią liczbę kolektorów. Przyjmuje się, że w instalacjach solarnych:

  • przeznaczonych wyłącznie do przygotowywania c.w.u., powierzchnia kolektorów powinna wynosić od 1 m² do 1,5 m² na mieszkańca;
  • które będą wspomagać c.o. (zakładając że instalacja solarna będzie pokrywać 20 – 30% zapotrzebowania na ciepło), to wówczas na 1 m² dobrze ocieplonego budynku przypadać będzie od 0,3 m² do 0,5 m² kolektora słonecznego.

W Polsce zdecydowana większość instalacji solarnych stosowanych w domach jednorodzinnych służy wyłącznie do podgrzewania ciepłej wody użytkowej. Natomiast w krajach Zachodniej Europy, jak Szwajcaria, Niemcy czy Szwecja, coraz więcej odbiorców, zdobywają instalacje solarne typu “kombi” (ich udział przekracza tam często 50%), które służą zarówno do podgrzewania wody użytkowej, jak i wspomagania ogrzewania. Jednak, aby było to możliwe konieczne jest zapewnienia standardu energooszczędności, ponieważ zauważalne efekty z „solarnego” wspomagania ogrzewania będą widoczne dopiero w przypadku budynków mieszkalnych o niskim rocznym zapotrzebowaniu ciepła (a więc domów o standardzie niskoenergetycznym lub pasywnym). Ponadto, preferowanym rodzajem ogrzewania jest wówczas niskotemperaturowe ogrzewanie płaszczyznowe (podłogowe, czy ścienne), które najczęściej działa przy temperaturze obiegu ok. 30 – 40°C, dzięki czemu taki układ wykazuje bardzo korzystne wskaźniki w skali roku.

Kolektor słoneczny płaski czy próżniowy?

Większość potencjalnych inwestorów, zastanawia się również nad tym, jaki kolektor słoneczny wybrać – płaski, czy próżniowy? Różnią się one przede wszystkim sposobem izolacji cieplnej i kształtem absorbera (elementu pochłaniającego promieniowanie słoneczne). Jednak zarówno kolektor słoneczny płaski, jak i próżniowy, znajdują zastosowanie zarówno w małych, jak i w dużych instalacjach solarnych, gdzie najczęściej służą do podgrzewania c.w.u., ale również do wspomagania c.o. budynku bądź też podgrzewania wody basenowej.

Kolektor słoneczny płaski

W budownictwie jednorodzinnym, z racji niskich kosztów inwestycji oraz zdolności do odmrażania się w okresie zimowym (w przeciwieństwie do kolektorów próżniowych z „chłodnymi” rurami próżniowymi), zwykle stosuje się kolektory płaskie. Składają się one z płyty (tzw. absorbera), pod którą znajdują się rury z czynnikiem grzewczym. Przy czym technologia ta może być wykorzystywana zarówno do podgrzewania c.w.u., jak i ogrzewania pomieszczeń, szczególnie jeśli budynek znajduje się poza siecią lub jeśli występują przerwy w dostawach energii. Wśród głównych zalet kolektorów płaskich wymienia się przede wszystkim:

  • niską cenę – w Polsce średnia cena kolektora płaskiego wynosi ok 900 zł/m² netto, natomiast próżniowego ok. 2.200 zł/m² netto (różnica ta więc wynosi ok. 2,5 razy więcej na niekorzyść tego drugiego);
  • mała awaryjność – urządzenia wyróżnia nieskomplikowana budową, a szklaną obudowę poddaje się hartowaniu, dzięki czemu jest ona odporna na uszkodzenia mechaniczne;
  • łatwość w odśnieżaniu ich płaskiej powierzchni podczas zimy;
  • to, że dzięki wyższej “sprawność optycznej” lepiej sprawdzają się podczas lata (w okresie jesienno-zimowym, płaskie kolektory słoneczne mają niższą efektywność w porównaniu do kolektorów próżniowych). Tak więc, jeśli właśnie w tym okresie w gospodarstwie domowym zwiększa się zapotrzebowanie na ilość ciepłej wody, to lepszym rozwiązaniem będą kolektory płaskie;
  • większość kolektorów płaskich może być stosowana ponad 25 lat.

Kolektor słoneczny próżniowy

Natomiast kolektory próżniowe, wbrew pozorom w swojej budowie, są podobne do kolektorów płaskich, różniąc się od nich jedynie obecnością próżni znajdującej się wokół absorbera. Dzięki temu charakteryzują się zdecydowanie mniejszymi stratami ciepła niż kolektory płaskie (podgrzewanie ciepłej wody w ich przypadku zachodzi znacznie szybciej, również przy dość dużym zachmurzeniu). Kolektory próżniowe będą lepszym wyborem, jeśli zapotrzebowanie gospodarstwa na ogrzewanie o okresie letnim i zimowym jest porównywalne. Do innych zalet kolektorów próżniowych, zalicza się to, że:

  • mogą być zastosowane nawet dla nietypowej zabudowy, charakteryzują się bowiem większą dowolnością w usytuowaniu, nie tylko pod względem stron świata, ale i poziomu nachylenia (np. na barierkach balkonowych czy też pionowo na elewacji);
  • pozwalają na niewielką oszczędność energii nawet w chłodniejsze, bezchmurne dni;
  • lepiej niż kolektory płaskie sprawdzą się przede wszystkim w budynkach o ograniczonym odbiorze ciepła w okresie letnim (np. w budynkach szkolnych, biurowych, czy też w gospodarstwach domowych ze wspomaganiem centralnego ogrzewania przez kolektory słoneczne);
  • większość kolektorów próżniowych może być stosowana ponad 20 lat.

W większości krajów, kolektory próżniowe zajmują niewielką część rynku. Głównym tego powodem jest przede wszystkim koszt ich zakupu. W przeliczeniu bowiem na 1m2 powierzchni czynnej, koszt ten jest przeciętnie od 3 do 6 razy wyższy niż dla kolektorów płaskich (dla kolektorów płaskich jest to ok. 600 zł/ m² – 12.00 zł/ m² , a dla kolektorów próżniowych jest to od 1.400 do 1.500 zł/ m²).

Ponadto są one mniej wytrzymałe np. na grad. Również gdy spadnie na nie śnieg, nie ma możliwości zastosowania tak zwanego obiegu odwróconego w celu ich odśnieżania i rozmrożenia (rozwiązanie to jest w kolektorach płaskich). Więcej troski kolektory próżniowe, wymagać będą również latem np. podczas urlopu, bowiem gdy mieszkańcy przez dłuższy czas nie będę korzystać z ciepłej wody, temperatura cieczy, która znajduje się w instalacji może znacznie wzrosnąć, grożąc uszkodzeniem systemu (konieczne jest wtedy jej zasłonięcie lub wykonanie instalacji odbierającej nadmiar ciepła). Natomiast kolektory płaskie mogą odprowadzać nadmiar ciepła przez swoją obudowę (wystarczy wówczas uruchomić pompę wymuszającą przepływ cieczy przez kolektory, do czego służy funkcja wakacyjna w sterowniku instalacji).

Co ważne, wybierając odpowiedni próżniowy kolektor słoneczny należy zwrócić uwagę, na jego parametry, a więc to, ile ciepła można dzięki nim uzyskać. Ponieważ często zdarza się, że najtańsze kolektory próżniowe (ok. 1.400 zł/m² ), które charakteryzują się niską jakością i sprawnością, są droższe od wysokiej klasy kolektorów płaskich (ok. 1.200 zł/m² ). Należy bowiem pamiętać o tym, że kolektory próżniowe budowane są w oparciu o dwie różne strategie:

  • 2-ściennych rur próżniowych, które w przeciwieństwie do krajów Europy Zachodniej są w Polsce stosowane najczęściej. Niestety ich atrakcyjna cena idzie przeważnie w parze z tym, że są to urządzenia o niskiej sprawności pracy (porównywalnej, a nierzadko nawet niższej od kolektorów płaskich). Wynika to z tego, że dwie warstwy szkła, owszem stanowią lepszą izolację cieplną, jednak utrudniają znacznie dostęp promieniowania słonecznego do absorberów;
  • 1-ściennych rur próżniowych, których sprawność w porównaniu do kolektorów z podwójną rurą szklaną, jest zdecydowanie wyższa. Wszystko przez ich konstrukcję, gdzie absorber jest bezpośrednio otoczony próżnią, a promieniowanie słoneczne dociera do niego przechodząc jedynie przez jedną warstwę szkła. Koszt zakupu tego typu kolektora próżniowego jest również znacznie wyższy.

Kolektory słoneczne – czy to się opłaca?

Inwestycja w kolektory słoneczne na ciepłą wodę jest tym bardziej opłacalna, im większe jest jej zużycie w gospodarstwie domowym. Dobrze również pamiętać o tym, że związany z nimi wydatek jest jednorazowy, a rozsądnie zaplanowany i eksploatowany zestaw solarny do grzania wody, obniża koszty przygotowania c.w.u. w przypadku dużej rodziny średnio o 70%. Jak wynika z badania przeprowadzonego przez Centrum Badań i Analiz Rynku dla Rockwool Polska, ponad 41% Polaków, decydując się na budowę domu, zainwestowałaby w instalację kolektorów słonecznych. Wpływ na to ma przede wszystkim wzrost cen energii konwencjonalnej oraz ich wszechstronne zastosowania w celach grzewczych. Co więcej, wszystkie inwestycje w odnawialne źródła energii, charakteryzują się nie tylko wysoką wydajnością i trwałością, ale również zwracają się w coraz krótszym czasie (zwłaszcza jeśli skorzysta się, z dotacji OZE, które są dostępne zarówno dla gospodarstw domowych, jak i firm).

Warto tu również podkreślić, że z powodu coraz wyższych standardów, wzrastają też wymagania dotyczące energooszczędności budynków, które w dużym stopniu zależą od izolacyjności termicznej jego przegród zewnętrznych (dachu, fundamentów i ścian zewnętrznych), jak i wyboru systemu grzewczego. Obniżenie w nowych warunkach technicznych 2021 wysokości wskaźnika Ep oznacza dla osoby, która buduje, bądź modernizuje dom to, że nie tylko będzie musiał on być dobrze zaizolowany termicznie, ale i powinny być w nim zastosowane odnawialne źródła energii, bez których spełnienie tych wymagań, będzie praktycznie niemożliwe. Najprościej będzie można je uzyskać decydując się właśnie na instalację złożoną z kolektorów słonecznych w połączeniu z kotłem gazowym lub kotłem na biomasę (instalacja fotowoltaiczna pozwala je uzyskać dopiero w połączeniu z pompą ciepła).

Informacje o autorze

Katarzyna Fodrowska

W kręgu jej zainteresowań leżą tematy związane z budownictwem, architekturą, naukami przyrodniczymi i bieżącymi wyzwaniami stojącymi przed polską energetyką. Specjalizuje się w zagadnieniach dotyczących prądu, gazu, pomp ciepła i odnawialnych źródeł energii. Propagatorka zdrowego stylu życia i ekologicznych rozwiązań. Wolny czas lubi spędzać na czytaniu i spacerach, a także oddawaniu się swoim dwóm największym pasjom, jakimi są astronomia i flamenco.

Dodaj komentarz
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments