Montaż instalacji solarnej. Kolektor dobrze posadowiony

Prawidłowa lokalizacja kolektorów pozwala na uzyskanie maksymalnego uzysku energetycznego instalacji solarnej, a co za tym idzie, na skrócenie okresu zwrotu kosztów inwestycji. Kolektory słoneczne z uwagi na konieczność umieszczenia ich w miejscu, gdzie występuje najlepsza ekspozycja słoneczna, montowane są najczęściej na dachach budynków. Występują tu zasadniczo trzy podstawowe warianty:
* Kolektory umieszczone na nachylonej połaci dachowej na konstrukcji mocującej. Zaletą takiego sposobu mocowania jest praktycznie brak naruszenia połaci dachowej, a przy prawidłowym montażu dodatkowe obciążenia związane z pojawieniem się kolektorów na dachu przenoszą się na konstrukcję nośną dachu. Trzeba pamiętać, że w związku z tym, że pomiędzy kolektorem a połacią dachową istnieje wolna przestrzeń, kolektor płaski musi po tej stronie posiadać na dnie płytę odporną na działanie czynników atmosferycznych, zdolną do „uniesienia” izolacji cieplnej.
* Kolektory wpuszczane w połać dachu. Kolektory posadowione są na kontrłatach konstrukcji dachowej i posiadają oblachowanie podobne do okien dachowych. W przypadku montażu w budynkach znajdujących się w trakcie budowy pozwalają na dokładne zintegrowanie się z połacią dachową.
* Kolektory na konstrukcjach wolno stojących. Przypadek ten występuje, gdy dach jest płaski lub wtedy, gdy nie ma możliwości bezpośredniego posadowienia na połaci dachowej na przykład z powodu braku ekspozycji słonecznej. Konstrukcja taka jest zwykle bardziej narażona na działanie warunków atmosferycznych.

Ważne pytania i odpowiedzi Zanim rozpoczniemy montaż kolektorów, powinniśmy odpowiedzieć sobie na szereg pytań dotyczących dachu, na którym będą umiejscowione kolektory słoneczne. Jest to związane z koniecznością zapewnienia przez połać dachową warunków do długotrwałej pracy kolektorów (żywotność kolektorów wynosi ponad 20 lat). Należy w związku z tym uwzględnić szereg aspektów:
* Konstrukcja dachu powinna posiadać parametry zapewniające przeniesienie dodatkowych obciążeń związanych z posadowieniem kolektorów słonecznych (rys. 1), tymi obciążeniami są głównie ciężar kolektora napełnionego cieczą s, ciężar śniegu zalegającego na kolektorze g oraz napór wiatru w.
Renomowane firmy korzystają z programów do wyznaczania sumarycznego obciążenia wywołanego montażem kolektorów z uwzględnieniem kierunku naporu wiatru, co pomaga im w prawidłowym projektowaniu konstrukcji mocujących – na kolejnym rysunku pokazano przykład pola nacisków na kolektor w przypadku, gdy wiatr wieje na kolektor „od przodu” (rys. 2).
* Połać dachu powinna być w takim stanie, aby po montażu kolektorów nie okazała się konieczna renowacja dachu. Koszt takiej renowacji może być duży, a często również trzeba demontować kolektory.
* Powierzchnia dachu winna być wystarczająca do montażu całego zestawu kolektorów w sposób niepowodujący wzajemnego zacienienia kolektorów.
* Powierzchnia, na której montowane będą kolektory, winna być wolna od zacienienia (drzewa, sąsiednie budowle itd.) oraz usytuowana tak, aby kolektory słoneczne poddane były ekspozycji słonecznej.
* Powierzchnia dachu winna mieć minimalną ilość elementów utrudniających instalację kolektorów (kominy, nadbudówki, szyby wentylacyjne, świetliki itd.), ponieważ duża ich ilość może powodować konieczność rozbicia zestawu kolektorów na małe pola, co podraża inwestycję i zmniejsza sprawność.
* Połać dachu nie musi być usytuowana dokładnie na południe, odchylenie od azymutu północ-południe rzędu +/- 45o nie powoduje znaczącej redukcji uzysku energetycznego kolektorów.
W przypadku, gdy instalacja pracuje głównie latem (np. instalacje do podgrzewu wody basenowej), kolektory można montować „bardziej płasko” – rys. 3.
Jeżeli ciężar działania kolektorów przypada na okresy przejściowe i zimę (np. instalacje do wspomagania ogrzewania budynków), kolektory winny być usytuowane pod większym kątem – rys. 4.

Kąty i odległości Aby nie dochodziło do zacienienia kolektorów ustawionych w bateriach pracujących całorocznie, trzeba zapewnić odpowiednią ich odległość. Kolektory muszą być tak ustawione, aby przy najniższym położeniu Słońca nie następowało zacienienie. Oznacza to konieczność ustalenia wartości kąta minimalnego wysokości Słońca dla określonej szerokości geograficznej. Skorzystać można z gotowych programów pozwalających na wykreślenie trajektorii ruchu Słońca i ustalenie tej wartości z wykresu.
Znając wartość kąta padania promieni słonecznych α (położenia Słońca), można wyznaczyć wymaganą odległość rzędów kolektorów dla uniknięcia zacienienia (rys. 5). Przykładowo dla kolektorów o wysokości h = 2 m przy kącie nachylenia kolektorów β = 45o oraz kącie położenia Słońca w grudniu wynoszącym α = 18o wymagana odległość rzędów kolektorów wynosi L = 6,4 m.
Trzeba jednak pamiętać, że w przypadku, gdy instalacja jest wykorzystywana okresowo (np. kolektory do podgrzewu wody basenowej), to minimalna wartość kąta α padania promieni słonecznych jest wyższa i rzędy kolektorów można znacznie zagęścić. Jednocześnie można się zdecydować na obniżenie wartości kąta β nachylenia kolektorów, co dodatkowo pozwoli na rozmieszczenie większej ilości kolektorów.
Inna możliwość otwiera się w przypadku kolektorów montowanych poziomo, istnieje wówczas możliwość ustawienia większej ilości szeregów, z tym że trzeba pamiętać o większej szerokości takiego kolektora, co może utrudnić ustawienie większej ilości kolektorów w szereg.
Każdy przypadek montażu wymaga więc rozpatrzenia pod względem możliwości maksymalizacji uzysku energetycznego kolektorów. Niejednokrotnie dla uzyskania niezbędnego efektu energetycznego niezbędne jest budowanie dodatkowych konstrukcji wsporczych, na których posadawiane są kolektory słoneczne. Konstrukcja ta stanowi, oczywiście, dodatkowe obciążenie dachu.
Zdarzają się również przypadki, gdy połacie dachu usytuowane są na wschód i zachód, kolektory montuje się wówczas na tych połaciach, dokładając powierzchnię czynną dla rekompensaty strat uzysku energetycznego związanego z takim położeniem połaci dachowych. Można także przeanalizować sytuację i może uda się kolektory zamontować korzystniej?
Równocześnie pamiętać należy o tym, że kolektory zamontowane w konkretnym obiekcie niezależnie od tego, czy są wykorzystywane całorocznie czy nie, narażone są na działanie warunków atmosferycznych w trakcie całego roku kalendarzowego. Jeżeli zakłada się, że kolektory mają pracować jedynie w ciepłej porze roku, to trzeba je zabezpieczyć na okres ich bezczynności. Do zabiegów takich należy przykrycie kolektorów, opróżnienie instalacji itd. Jeżeli zabiegi te zostaną wykonane w sposób niewłaściwy, może dojść w ekstremalnym przypadku do uszkodzenia kolektorów.

Niebezpieczeństwa Jakie niebezpieczeństwa kryją się za nieprawidłowym usytuowaniem kolektorów? W wyniku zacienienia kolektory mogą nie uzyskiwać wymaganej wydajności. Przykładem może być sytuacja, kiedy kolektory umieszczono na pionowej ścianie budynku i są one czasowo zacienione przez inne wysokie budynki stojące w pobliżu. Część kolektorów po prostu „nie grzeje”. Ale poza tym może następować zjawisko przyspieszonego zużycia rurek przepływowych kolektorów słonecznych w wyniku tłoczenia przez pompę zimnej cieczy o dużej gęstości przez kolektory. Gdy układ jest dodatkowo źle wykonany, może dochodzić do wychładzania zasobników ciepłej wody użytkowej lub buforów ciepła. Wielu architektów rezygnuje z umieszczenia kolektorów słonecznych w swoich projektach, stwierdzając, że stanowią one element negatywnie wpływający na otoczenie. Przyjmijmy, że kolektory zostały prawidłowo posadowione, trzeba je teraz prawidłowo połączyć. I tu zaczynają się kłopoty niektórych instalatorów. O tym w kolejnym artykule.
Jerzy Chodura

Zobacz artykuł w wersji pdf pdf pdf

Prenumerata Magazynu Instalatora

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij