Ustawienie kolektorów solarnych

Fragmenty, na podstawie blogu Bodgana Szymańskiego

Panuje opinia, że w polskich warunkach geograficznych optymalnym ustawieniem kolektora jest popołudniowa ekspozycja pod kątem 20-35 stopni. Wielu instalatorów nawet nie bardzo zastanawia się nad tym zagadnieniem wychodząc za założenia, że, jeżeli tylko dach skierowany jest na południe to na pewno wszystko jest w porządku.

Lecz zmieniając pochylenie kolektora możemy znacznie zwiększyć lub zmniejszyć ilość energii padającej na kolektor - zwłaszcza w okresie zimowym. Jest to dość oczywiste. Z drugiej strony dla wielu może być zaskoczeniem, że w każdym przypadku pochylenie kolektora spowodowało zmniejszenie ilości energii w miesiącach letnich. Im kolektor był bardziej pochylany tym energia do niego docierająca była mniejsza. Ten fakt wśród wielu budzi wątpliwości, lecz wynika z natury pozornej wędrówki słońca po niebie.

Grafika przedstawiająca wędrówkę słońca po nieboskłonie w lecie oraz zimie.



Choć każdemu wydaje się, że słońce wstaje na wschodzie i zachodzi na zachodzie nie jest to do końca prawdą. Jedynie dwa razy w roku możemy obserwować wschód słońca dokładnie na wschodzi i zachód na zachodzie. W pozostałych dniach mamy do czynienia ze wschodem słońca od północnego wschodu aż po południowy wschód. To samo dotyczy zachodu.
W lecie słońce wschodzi daleko na północnym wschodzie nieba a zachodzi na północnym zachodzie.

Z grafiki widać, że w LECIE kolektor skierowany na południe pod kątem 30 stopni nie będzie oświetlany przez dużą cześć dnia (od żółtego słoneczka do czerwonej kropki i od czerwonej kropki do czerwonego słoneczka). Oznacza to że w lecie praktycznie każde pochylenie kolektora nie spowoduje zwiększenia docierającej do niego energii gdyż, zysk z bardziej prostopadłego oświetlenia niwelowany jest krótszym czasem oświetlenia.

Natomiast okresie zimowym słońce wstaje i zachodzi po południowej stronie nieba.Wynika z tego, że w tym okresie każde pochylenie kolektora będzie powodować zwiększenie docierającej do niego energii. W zimie maksymalną ilość energii uzyskamy przy ustawieniu kolektora 90 stopni wysokość górowania słońca.

Po tej dłuższej, ale niezbędnej dygresji możemy powrócić do pytania na temat optymalnego ustawiania kolektora które powinno wynikać głownie z przeznaczenia instalacji.

1 Jeżeli nasze kolektory mają podgrzewać ciepłą wodę, basen tylko w sezonie letnim najlepiej ustawić je w przedziale 0-30 nic nie zyskujemy, ale nic też nie tracimy.

2 Jeżeli instalacja solarna przewidziana jest na całoroczne podgrzewanie CWU optymalnym ustawieniem jest zakres kątów 55-65. Zyskujemy znacznie zwiększenie ilości energii docierającej do kolektora w zimnie, sporo więcej mamy w okresie wiosna, jesień. W lecie następuje nieznaczny spadek energii docierającej do kolektora, który bez problemu jest kompensowany, znacznie większym nasłonecznieniem w tym okresie.

3 Jeżeli instalacja oprócz CWU ma także wspomagać centralne ogrzewanie jedynym sensownym ustawianiem jest pochylenie kolektorów w zakresie kątów 80-90
zyskujemy znaczne zwiększenie energii w zimnie, (kiedy jej najbardziej potrzebujemy)
zyskujemy znaczną redukcję energii w lecie (z uwagi, że instalacja jest w takim przypadku znacznie przewymiarowana na potrzeby samego CWU jest to zjawisko korzystne)
proszę zauważyć że przy takim ustawieniu ilość energii docierającej do kolektora przez cały rok jest praktycznie stała.

Z powyższego przykładu widać, że warto poświęcić trochę czasu na przeanalizowanie wydawać by się mogło tak banalnej rzeczy jak ustawianie kolektora. Można na tym zyskać sporo darmowej słonecznej energii.

Na tym forum już bardzo dawno było, że kolektory ( jeżeli już) w naszym klimacie instaluje się pionowo na elewacji

- Dają więcej zimą
-mniejszy kłopot latem
-prostszy montaż
-łatwiejsze utrzymanie czystości
-nie boi się gradu i śniegu.

Montaż na dachu może usprawiedliwić tylko nieznajomość zagadnienia. [/quote]

Pamiętam, że to już było. I sam tak jeden zestaw solarów u siebie zamontowałem.

Artykuł jednak jest ciekawie opracowany, stąd przytoczyłem duże jego fragmenty.

Obawiam się, że do ciepłowników niewiele dociera.
Pan Sobie wyobrazi, ze oszołomy liczą kWh uzyskane jak wykorzystane. Potrafi taki wyliczyć, że w słoneczny lipcowy dzień, mam np 40kWh zysku.

Witam Panie Piotrze.
To prawie wszystko prawda co w pierwszym poście, ale jednak nie do końca. Nie chcę tu komentowac szanownego Pana Brzęczkowskiego bo jako długoletni praktyk widzę, że nie ma on zielonego pojęcia o tym co pisze. Tak jest w dziedzinie kolektorów tak i tez w dziedzinie budownictwa. Przecież dam głowę sobie obciąć, że nikt tu z czytelników nie zdzwoni do niego z pytaniem jak zamontować kolektory słoneczne. Taki folklor, nieważne i zbyteczne na temat niego jakiekolwiek komentarze.
W racając:

Piotr Nowik pisze:Z grafiki widać, że w LECIE kolektor skierowany na południe pod kątem 30 stopni nie będzie oświetlany przez dużą cześć dnia (od żółtego słoneczka do czerwonej kropki i od czerwonej kropki do czerwonego słoneczka). Oznacza to że w lecie praktycznie każde pochylenie kolektora nie spowoduje zwiększenia docierającej do niego energii gdyż, zysk z bardziej prostopadłego oświetlenia niwelowany jest krótszym czasem oświetlenia.

Otóż przedstawiony przez Pana rysunek jest w jednej płaszczyźnie a przecież słońce wędryje po nieboskłonie w dwóch płaszczyznach. Opisany wyżej przypadek ma zastosowanie jedynie do sytuacji jeżeli kolektory będą przymocowane do płaskiej ściany. Ale już jeżeli te same kolektory przymocujemy na dachu to "obszar padania" promieniowania" słonecznego na kolektor jest o wiele większy latem i nie ogranicza się tylko do 180 stopni jak ma to miejsce w przypadku płaskiej ściany.
A wszystko to zależy od "wysokości" słońca nad horyzontem i latem słońce "operuje" nad kolektorem w granicach 270 stopni. A kąt "operacji" już tyko zależy od kąta jego pochylenia.
Następną rzeczą jest czy pionowo na zimę, czy pod katem uniwersalnie. Został tu podany przykład skrajnej głupoty jako zasady:

Widać, że zostały tu zastosowane kolektory próżniowe. Ktoś kto to montował nawet nie wiedział jak te kolektory pracują. Wyjaśnię. W Polsce kolektory próżniowe to takie w 90% oparte na rurach próżniowych dwuściennych. A więc aby oddać do instalacji ciepło pochodzące z takiego kolektora to najpierw musi się rozgrzać wewnętrzna rura rury próżniowej. Posiada przecież ona pewną masę. A więc aby się rozgrzała promieniowanie słoneczne musi przez jakiś czas ją rozgrzewać, a masa takiej rury to ok. 2 kg, gdzie powierzchnia jej apertury to nie cały decymetr kwadratowy. Spytać proszę autora tego zdjęcia po jakim czasie operacji słonecznej rura rozgrzeje się od np. minus 5 stopni do + czterdziestu stopni. Zima to taki okres gdzie efektywnie promienie padają tylko przez 4 (cztery) godziny na kolektor. Odejmijmy teraz czas rozgrzewania się takiego kolektora i mamy czas w którym kolektor grzeje zimą. Dodam, ze minionej zimy mieliśmy 5 (pięć) dni słonecznych. A i poprzedniej zimy było nie więcej jak 12 dni słonecznych.
Teraz lato. Każdemu lato kojarzy się z letnim wypoczynkiem w ciepłych krajach, zapominając o tym, ze klimat u nas nie jest jednak śródziemnomorski a wilgotny klimat kontynentalny. Latem jaka jest pogoda, każdy widzi, słońce dziś jest i następne trzy dni nie, ale jednak do prawie bezsłonecznej zimy to i tak wielki skok. Nadwyżki latem oczywiście występują ale w dniach bezsłonecznych występujących kolejno po sobie. Jednak wystarczy, że mamy jeden dzień pochmurny to i tak jesteśmy wygrani, bo zmagazynowane ciepło wykorzystujemy właśnie w tym pochmurnym dniu. I tak właśnie oblicza się instalacje solarną, by w lecie dała nam zapas ciepła na następny dzień pochmurny. Jeżeli komuś się wydaje, że lato to okres w którym przez cały czas mamy wszystkie dni pochmurne to niech zakłada kolektory tak jak na tym zdjęciu a potem niech nie płacze, ze instalacja w lecie źle działa i nie grzeje. Jeżeli ja komuś zakładam instalację to ja za nią biorę pełną odpowiedzialność, że latem będziemy mieli pokrycie w ciepłą wodę latem w stopniu co najmniej 90%, chyba, że lato będzie bardzo pochmurne co nie jest wcale w naszym klimacie rzadkością i ten stopień pokrycia będzie jeszcze mniejszy. A więc widać, że lato to nie zawsze 100% pokrycia z kolektorów tak dobrze nie jest a nadwyżki ( to jest to co dzisiaj nie zużyjemy) a przejdą one do następnego pochmurnego dnia. Ci co mają kolektory dobrze wiedzą, że jeżeli się zdarzy tydzień bez słoneczny to muszą odpalać jakieś inne źródło grzewcze co wcale nie należy do rzadkości a przy takim ustawieniu jak na zdjęciu jest już tragedią. A więc lepiej nie wyciągać zimą maksymalnych możliwych ilości ciepła (bo ich zimą i tak nie ma) a lepiej jest tak zamontować kolektory aby z niej wyciągnąć jak najwięcej latem i okresach przejściowych. To co piałem wyżej oparte jest na badaniach i wieloletnich obserwacjach. Można by tu jeszcze przytoczyć parę argumentów, ale to nie rozdział książki o kolektorach.
Prostszy montaż. Te kolektory jak na zdjęciu ważą ok. 45 kg trzeba zastosować system kotw w ścianie taki aby nie spadły. Trudnością jest tu warstwa izolacji nie rzadko przekraczająca 15-20 cm a więc kołki by dobrze trzymały trzeba wklejać w ścianę ( jest taki wcale nie tani system) i powiesić na długich mocnych szpilkach stalowych. Dodatkowo trzeba zastosować tuleje dystansowe by dokręcając kolektory do muru nie zgnieć styropianu. Im grubszy styropian tym sztywniejsze i grubsze szpilki. Na każdy kolektor trzeba dać cztery takie szpilki po rogach. Na dachu (przy dachach ceramicznych) montujemy dwa uchwyty aluminiowe wygięte w kształt L i przykręcamy je dwoma wkrętami do łaty, jeżeli jest to blacha to nitujemy trzema nitami zrywnymi i jest to koniec. W te uchwyty wkładamy kolektor i nawet nie trzeba przykręcać go do tego uchwytu a gwarantuję, ze kolektor nie spadnie.
Nawet na skośnym dachu można podsadzić kolektor do kąta 80 stopni, jednak nie zdarzyło mi się aby ktokolwiek z inwestorów poszedł na taki numer, za względu na to jak idiotycznie to będzie wyglądać.
Dokładnie to samo tyczy się baterii słonecznych, wiesza się je w naszych warunkach klimatycznych pod kątem 25-35 stopni olewając zyski zimą bo tak naprawdę zimą ich jest tak niewiele, że nie warto rezygnować z tych zysków latem.
Skończę bardzo brutalnie: Jak ktoś chce niech sobie zamontuje lub zleci według popapranych zasad Brzęczkowskiego, przynajmniej brać instalatorów będzie miała zajęcie przy zmianie usytuowania a i parę groszy dodatkowo zarobi co mnie już parę razy się zdarzyło.