Kolektory słoneczne i panele fotowoltaiczne często wyglądają podobnie, ale odpowiadają za zupełnie inne procesy. Pierwsze wykorzystują promieniowanie do bezpośredniego wytwarzania ciepła, drugie produkują energię elektryczną, którą można skierować do grzałki w zasobniku. Oba systemy mogą ograniczyć pracę podstawowego źródła ciepła, jednak różnią się budową, sposobem sterowania, sezonowością i możliwościami wykorzystania nadwyżek energii.
Kolektor przekazuje ciepło bezpośrednio do zasobnika
Pod powierzchnią kolektora znajduje się absorber nagrzewany przez promieniowanie słoneczne. Ciepło odbiera czynnik roboczy krążący między dachem a wężownicą umieszczoną w zasobniku. W typowej pompowej instalacji sterownik uruchamia obieg wtedy, gdy temperatura kolektora pozwala przekazać energię do wody użytkowej.
W skład instalacji wchodzą również przewody, zabezpieczenia, naczynie przeponowe i armatura. W całorocznych układach zamkniętych narażonych na mróz często stosuje się odpowiednio dobrany roztwór glikolu. Jego parametry muszą zapewniać ochronę w temperaturach przewidzianych dla miejsca montażu.
Kolektory nie produkują prądu. Pozyskana energia pozostaje związana przede wszystkim z przygotowaniem ciepłej wody, ewentualnie ze wspomaganiem innych obiegów cieplnych, jeżeli cały system został do tego zaprojektowany. Nie zasili jednak lodówki, oświetlenia czy urządzeń elektrycznych.
Fotowoltaika najpierw wytwarza prąd
Moduły fotowoltaiczne zamieniają promieniowanie słoneczne na prąd stały. W typowej instalacji domowej trafia on do falownika, który przekształca go w prąd przemienny wykorzystywany przez odbiorniki. Szerzej wyjaśnia to materiał o tym, jak działa falownik w instalacji fotowoltaicznej.
Jednym z odbiorników może być grzałka zamontowana w zasobniku ciepłej wody. Energia wyprodukowana przez moduły zostaje wówczas zamieniona najpierw w prąd, a dopiero później w ciepło. Zasobnik gromadzi energię w postaci podgrzanej wody, którą domownicy mogą wykorzystać kilka godzin później.
Fotowoltaika pozostaje bardziej uniwersalna niż kolektory. Prąd niewykorzystany przez grzałkę może zasilać inne urządzenia, trafić do magazynu energii albo zostać przekazany do sieci. Nie oznacza to jednak, że każda wyprodukowana kilowatogodzina zostanie zużyta w najkorzystniejszy sposób. O wyniku decydują między innymi moc instalacji, profil zużycia domu, sposób rozliczania energii i działanie automatyki.
Sama grzałka nie gwarantuje wykorzystania nadwyżek
Podłączenie grzałki do domowej instalacji elektrycznej nie sprawia automatycznie, że będzie ona pracowała wyłącznie wtedy, gdy panele produkują nadwyżkę. Jeśli pobór urządzenia okaże się większy niż chwilowa produkcja fotowoltaiki, brakująca energia może zostać pobrana z sieci.
Lepszą kontrolę daje sterownik zarządzający nadwyżkami. Porównuje on bieżącą produkcję z zużyciem pozostałych odbiorników i uruchamia grzałkę, gdy dostępna jest niewykorzystana energia. Zasobnik może wtedy przejąć część produkcji z godzin południowych i oddać ją później w postaci ciepłej wody.
Moc grzałki powinna odpowiadać możliwościom instalacji elektrycznej, parametrom zasobnika i sposobowi sterowania. Znaczenie ma również wielkość fotowoltaiki. Nie należy jej dobierać wyłącznie pod kątem maksymalnych letnich nadwyżek. Punktem wyjścia powinno być rzeczywiste zapotrzebowanie gospodarstwa, opisane dokładniej w poradniku o tym, jak dopasować moc instalacji fotowoltaicznej do zużycia prądu.
Nadmiar ciepła w kolektorach wymaga kontroli
W słoneczne dni kolektory mogą szybko nagrzać wodę do temperatury ustawionej przez użytkownika lub sterownik. Jeżeli zasobnik nie jest już w stanie odebrać kolejnej porcji energii, a zużycie wody pozostaje niewielkie, obieg solarny może wejść w stan stagnacji.
W kolektorach i przewodach pojawiają się wówczas bardzo wysokie temperatury, a w niektórych częściach instalacji może wzrosnąć ciśnienie. Układ powinien być przygotowany na takie warunki. Znaczenie mają dobór powierzchni kolektorów do zapotrzebowania, pojemność zasobnika, wielkość naczynia przeponowego, zabezpieczenia i właściwości czynnika roboczego.
W instalacji fotowoltaicznej nadwyżka nie prowadzi do przegrzania obiegu hydraulicznego na dachu. Prąd może zostać wykorzystany przez inne odbiorniki, ograniczony przez system sterowania, przekazany do sieci albo zgromadzony w akumulatorze. Zasady funkcjonowania takiego urządzenia opisuje artykuł o tym, jak magazyn energii współpracuje z fotowoltaiką.
Latem łatwiej o ciepłą wodę ze słońca
Oba systemy osiągają najlepsze wyniki w okresie dużego nasłonecznienia. Wiosną i latem kolektory mogą przejmować znaczną część przygotowania ciepłej wody. Efekt zależy jednak od pogody, ustawienia instalacji, pojemności zasobnika, temperatury wody i liczby domowników.
Fotowoltaika również produkuje najwięcej energii w miesiącach z długimi dniami. W tym okresie łatwiej skierować nadwyżki do grzałki bez pobierania prądu z sieci. Zimą uzysk obu instalacji maleje z powodu krótszego dnia, niższego położenia słońca i częstszego zachmurzenia.
Kolektory mogą ogrzewać czynnik roboczy także podczas chłodnych, słonecznych dni, a moduły fotowoltaiczne nadal produkują energię przy niskiej temperaturze powietrza. Nie oznacza to jednak całorocznej samowystarczalności. W chłodnej części roku ciepła woda zwykle wymaga wsparcia kotła, pompy ciepła lub grzałki pobierającej energię z sieci.
Pojemność zasobnika wpływa na pracę całego układu
Za mały zbiornik szybko osiąga zadaną temperaturę. Ogranicza to możliwość odbierania kolejnej porcji ciepła z kolektorów lub kierowania nadwyżek fotowoltaicznych do grzałki. Zbyt duży zajmuje więcej miejsca, a przy tej samej mocy źródła potrzebuje więcej czasu na podgrzanie całej objętości wody. Może również zwiększać bezwzględne straty postojowe, choć ich poziom zależy od izolacji, konstrukcji zbiornika i utrzymywanej temperatury.
Pojemności nie dobiera się wyłącznie do liczby mieszkańców. Liczą się liczba łazienek, sposób korzystania z wanny i prysznica, możliwe jednoczesne pobory, pora największego zużycia oraz szybkość ponownego nagrzania wody.
Zasobnik współpracujący z kolektorami musi mieć wymiennik odpowiedni dla obiegu solarnego. W systemie z fotowoltaiką potrzebne są miejsce na grzałkę, właściwe zabezpieczenia i sterowanie. Jeśli zbiornik ma być ogrzewany także przez kocioł lub pompę ciepła, jego konstrukcja musi umożliwiać współpracę z kolejnym źródłem.
Straty mogą powstawać poza zbiornikiem
Nawet dobrze dobrana instalacja nie będzie działała oszczędnie, jeśli ciepło ucieka przez niezaizolowane przewody. Problem jest szczególnie widoczny w rurach prowadzonych przez garaż, piwnicę, poddasze lub inne nieogrzewane części budynku.
Materiał izolacyjny powinien być dopasowany do temperatury pracy, średnicy przewodu i warunków panujących w pomieszczeniu. Różnice między popularnymi rozwiązaniami przedstawia porównanie otulin z pianki PE, kauczuku i wełny.
Znaczenie ma również jakość wody. Przy wysokiej twardości i podwyższonej temperaturze osad może gromadzić się na grzałce i innych nagrzewanych elementach. Zanim właściciel zdecyduje się na montaż stacji uzdatniającej, powinien ustalić, czy w instalacji rzeczywiście występuje twarda woda.
Obie instalacje wymagają innego serwisu
Kolektory tworzą układ hydrauliczny pracujący przy zmiennych temperaturach. Kontroli wymagają między innymi szczelność, ciśnienie, pompa obiegowa, naczynie przeponowe, zabezpieczenia oraz stan czynnika roboczego. Długotrwałe oddziaływanie wysokiej temperatury może stopniowo pogarszać właściwości płynu.
W instalacji fotowoltaicznej nie występuje dachowy obieg z glikolem, ale pozostają moduły, przewody, falownik, zabezpieczenia, sterownik i grzałka. Sam zasobnik również wymaga obsługi zgodnej z instrukcją producenta. Zależnie od konstrukcji obejmuje ona między innymi kontrolę anody ochronnej, zaworów bezpieczeństwa i osadu na elementach grzejnych.
O wyborze często decyduje to, co już znajduje się w domu
Kolektory mogą dobrze współpracować z budynkiem, w którym występuje regularne i stosunkowo duże zużycie ciepłej wody, dostępna jest odpowiednia powierzchnia montażowa oraz miejsce na zasobnik i osprzęt hydrauliczny. System służy przede wszystkim jednemu zadaniu, ale przekazuje energię słoneczną bezpośrednio do obiegu cieplnego.
Fotowoltaika z grzałką może być naturalnym kierunkiem w domu, w którym instalacja PV już pracuje, a właściciel chce zwiększyć zużycie prądu w godzinach produkcji. Wyprodukowana energia pozostaje bardziej uniwersalna, lecz rezultat zależy od automatyki, dostępnych nadwyżek i bilansu energetycznego całego gospodarstwa.
Rzetelne porównanie powinno obejmować nie tylko urządzenia montowane na dachu. Trzeba uwzględnić zasobnik, instalację elektryczną lub hydrauliczną, sterowanie, źródło wspomagające, warunki montażowe oraz przyszły serwis. Dopiero wtedy można ocenić, czy w danym domu lepiej wykorzystać promieniowanie bezpośrednio do wytwarzania ciepła, czy najpierw zamienić je na energię elektryczną.