Solarno grijanje kao dodatak kotlu

Sunce pada na krov kuće besplatno svakog dana, no većina kućanstava ga uopće ne koristi za zagrijavanje vode – kotao ili dizalica topline mora uključiti se čak i u vruć julijski dan samo da zagrije nekoliko desetaka litara tople vode za tuširanje. Solarno zagrijavanje kao dopuna kotlu je upravo o tome: ne ide o zamjenu glavnog izvora topline, već o pametnoj dopunskoj tehnici koja u toplim mjesecima preuzima veliki dio zagrijavanja TÚV-a i olakšava kotlu bespotrebno cikliranje.

Solarni sustav za zagrijavanje vode (toplovodni solarni sustav) sastoji se od solarnih kolektora smještenih na krovu koji zagrijavaju topljenje tekućinu – mješavinu vode i nezamrzivača – dalje od solarnog spremnika s topljenjem, pumpe koja osigurava cirkulaciju tekućine i upravljačke jedinice koja cijeli proces procjenjuje i upravlja. Svi ti komponenti čine zatvoreni, samostalni krug koji se povezuje na postojeći sustav grijanja kuće samo u točki solarnog spremnika.

U ovom članku ćemo pregledati, od čega se sastoji solarni sustav, kakav je razlika između pločastih i vakuumskih kolektora, kako funkcioniše solarni spremnik, upravljačka jedinica i pumpe, kako se rješava raspored cijevi i pričvršćivanje kolektora na različite vrste krovova, te na kraju i zašto solarni krug treba vlastitu ekspanzijsku posudu i redovito punjenje. Ako razmatrate solarnu dopunu vašem kotlu, ovaj pregled će vam pomoći da razumijete u što stvarno uložite i što od takvog sustava možete i ne možete očekivati.

Solarni sustav sastoji se od četiri međusobno povezana komponenta.

Što tačno sadrži solarni sustav i kako surađuje s kotlom

Solarni sustav nije jedan uređaj, već zbroj više međusobno povezanih komponenti. Na krovu su smješteni solarni kolektori, čija je uloga hvatanje sunčeve energije i pretvaranje u toplinu u topljenju tekućini – mješavini vode i nezamrzivača koja mora izdržati mraz tijekom zime i visoke temperature tijekom ljeta, kada kolektor nije u upotrebi (npr. tijekom odmora). Ova tekućina cirkulira zatvorenom cijevi prema tehničkoj prostoriji, gdje prenosi toplinu preko topljenja u solarnom spremniku.

Solarni spremnik je središnja točka, gdje se susreću solarni krug i postojeći sustav grijanja kuće. Kotao (plinski, električni ili drugi izvor topline) dalje zagrije vodu do željene temperature kad god sunčeve topline nije dovoljno – u praksi to znači da sustav dopunjuje glavni izvor topline, ali ga ne zamjenjuje. Najviše može solarni sustav pokriti upravo zagrijavanje tople vode za upotrebu u toplim mjesecima, kada je sunčeve energije dovoljno i potrošnja topline za grijanje prostorija je minimalna ili nula.

Upravljačka jedinica je „mozak“ cijelog sustava – uspoređuje temperaturu na kolektoru s temperaturom u spremniku i na temelju toga odlučuje kada ima smisla uključiti cirkulaciju. Pumpna jedinica je „srce“ – fizički osigurava kretanje tekućine kroz krug. Bez bilo koje od ovih komponenti sustav bi ili uopće nije radio ili bi radio neefikasno (npr. pumpa bi radila i kad je kolektor hladniji od spremnika, čime bi toplinu oduzimala umjesto da je dodaje). Kompletni pregled o tome kako izabrati pravi sustav za konkretnu kuću možete pronaći u članku Kako izabrati solarni sustav za zagrijavanje vode.

Izbor vrste kolektora ovisi o tome, je li glavno zagrijavanje ljetno ili raspoloživost van sezone.

Pločasti ili vakuumski kolektori – kako izabrati

Pri izboru kolektora rješava se gotovo uvijek pitanje, je li bolje izabrati pločasti ili vakuumski (cijevni) tip. Pločasti kolektori imaju apsorpcijsku površinu prekrivenu ojačanim staklom smještenim u izoliranom okviru. Njihova glavna prednost je niža cijena i veća mehanička otpornost – izdrže npr. granati bolje od krhkih vakuumskih cijevi. Za obično zagrijavanje tople vode za upotrebu u našim klimatskim uvjetima pločasti kolektori obično potpuno zadovoljavaju i zbog toga su najčešća izbora kod dopunske solarnog zagrijavanja uz kotao.

Vakuumske (cijevne) kolektore naproti toga dostižu veću učinkovitost, posebno kod niskih vanjskih temperatura i kod niže intenzitete sunčeve svjetlosti – to jest tipično zimi, proljeću ili jesenju, kad sunce ne svijetli toliko snažno i zrak je hladan. Ova svojstvo ima međutim svoju cijenu doslovno i prema riječi: vakuumske kolektore su skuplje i krhke od pločastih varijanti. Kod donošenja odluke zato ovisi najviše o tome koju ulogu solarni sustav ima u konkretnoj kućanstvu – ako je cilj prvenstveno jeftino ljetno zagrijavanje TUV kao dopuna kotlu, pločasti kolektori su logička i ekonomičnija opcija. Ako je naproti toga cilj dobiti što više sunčeve energije i van ljetnih mjeseci, vakuumske kolektore nude bolji učinak za cijenu više investicije i nužnosti opreznijeg tretmana pri montaži i tijekom rada (npr. kod čišćenja snijega s krova).

Detaljnije uspoređivanje oba tipa kolektora uključujući njihovu prikladnost za različite vrste građevina pronađete u samostalnom članku Pločasti vs. vakuumske solarni kolektori. Tamo ćete saznati i o čemu sve misliti pri izboru konkretnog modela.

Solarni akumulator – akumulator s dva toplinska izmjenjivača

Običan električni bojler nije prikladan za solarno zagrijavanje, jer nema izmjenjivač povezan s solarnim krugom. Solarni akumulator ima u odnosu na standardni bojler dodatno barem jedan toplinski izmjenjivač koji je povezan upravo s solarnim krugom – često ima čak dva izmjenjivača, pri čemu drugi služi za dopunjavanje kotlom, kad solarna energija nije dovoljna. Zahvaljujući ovom uređaju voda u akumulatoru se zagrijava indirektno: solarna toplinska tekućina cirkulira odvojeno u svom zatvorenom krugu i nikada ne dolazi u direktni kontakt s vodom koju pustite iz slavine.

Ovo odvajanje je važno odmah iz dva razloga. Prvo, toplinska tekućina u solarnom krugu sadrži nezamrzivač i nije namijenjena za direktni kontakt s pitkom vodom. Drugo, zahvaljujući dvama neovisnim izmjenjivačima akumulator može primati toplinu istovremeno iz dvije različite izvore – s sunca kroz solarni krug i s kotla kroz klasični sustav grijanja – i inteligentno kombinirati oba izvora prema tome koji je u datom trenutku dostupan. U praksi to znači da će u sunčan dan toplinu gotovo isključivo dostaviti solarni krug, dok će u oblačan zimski dan preuzeti gotovo cijelu opterećenje kotao kroz drugi izmjenjivač – akumulator sam po sebi ne prebacuje između tih režima ručno, već fizički prima toplinu iz tog izvora koji je u datom trenutku topliji.

Izbor prave veličine i konfiguracije solarnog akumulatora ovisi o broju članova kućanstva, o površini kolektora i o tome da li akumulator služi samo za TUV ili djelomično doprinosi i grijanju. Detaljni vodič za izbor konkretnog akumulatora pronađete u članku Koji solarni akumulator vam treba.

Regulacijska jedinica i pumpska jedinica – mozak i krvotok sustava

Regulacijska (solarna) jedinica neprekidno uspoređuje temperaturu na kolektoru i temperaturu u akumulatoru pomoću senzora postavljenih na oba mjesta. Čim je kolektor topliji od akumulatora za unaprijed postavljenu temperaturnu razliku, regulacijska jedinica uključuje cirkulacijsku pumpu solarnog sustava i toplina počinje prenositi se u akumulator. Kada se razlika smanji ispod postavljene granice (npr. navečer kad sunce zalazi ili kad je akumulator dovoljno zagrijan), pumpa se opet isključuje – sustav tako radi automatski, bez potrebe za ručnim učešćem.

Pumpska jedinica fizički osigurava cirkulaciju toplinske tekućine i u jednom kompaktnom bloku obično sadrži samu cirkulacijsku pumpu, zatvarajuće ventile, termometre i manometre za nadzor temperature i tlaka u krugu, te sigurnosni ventil za slučaj prekomernog tlaka. Ovo kompaktno rješenje značajno olakšava montažu i kasniji servis – svi važni dijelovi su pregledno na jednom mjestu umjesto rasutih komponenti po cijeloj tehničkoj prostoriji.

Tokom toga što regulacijska jedinica i pumpska jedinica moraju biti međusobno kompatibilne i pravilno podešene, isplati se posvetiti njihovom izboru istu pažnju kao izboru samih kolektora. Više o tome kako ove dvije komponente zajedno funkcioniraju i na što obratiti pozornost pri njihovom kombiniranju, pronađete u članku Regulacijske jedinice i pumpske jedinice solarnih sustava.

Distribucija između kolektora i tehničke prostorije

Toplinska tekućina mora preći put od kolektora na krovu do solarnog akumulatora u tehničkoj prostoriji, često kroz podrum, šacht ili fasadu kuće. Za ovu distribuciju se tradicionalno koristi klasična bakrena ili nehrđajuća cijev, koja se zatim izolira na mjestu montaže – to jest, montažer mora najprije postaviti cijev, a tek potom je korak po korak izolirati protiv toplinskih gubitaka i atmosferskih utjecaja.

Alternativa je predizolovana fleksibilna cijev 2 u 1, koja u jednom savitljivom omotu vodi istovremeno dovodnu i povratnu (povratnu) cijev, pri čemu je već izolirana iz fabrike. Ova konstrukcija značajno skraćuje vrijeme montaže, jer se ništa dodatno ne izolira ni na krovu ni u šachtu – dovoljno je provući cijev iz točke A u točku B i povezati. Za montažne tvrtke i kućanstva koja rješavaju rekonstrukciju krova ili imaju ograničeno vrijeme za instalaciju, to je praktična opcija koja smanjuje rizik greške pri izoliranju na krovu u visinama.

Kratki dijelovi distribucije, npr. direktno u tehničkoj prostoriji pri povezivanju s pumpskom jedinicom ili akumulatorom, često se rješavaju pomoću savitljive nehrđajuće cijevi (valovca), koja je otporna prema visokim temperaturama, koje se u solarnom krugu često pojavljuju, naročito kad kolektor nije otopljen i tekućina u njemu može dostići visoke temperature.

Izbor između klasičnog cijevnog voda i fleksibilne cijevi 2u1 ovisi najviše o duljini rute, dostupnosti krova i o tome koliko vremena montažna firma ima za instalaciju. Detaljna analiza oba rješenja pronađe se u članku Solarni vodovod i nehrđajući valovi – kako funkcioniraju.

Pričvršćivanje kolektora prema vrsti krova

Kolektori se ne mogu jednostavno staviti na krov – zahtijevaju specijaliziranu montažnu konstrukciju koja odgovara točno vrsti krova i dimenzijama određenog kolektora. Na kosom krovu konstrukcija se razlikuje prema vrsti ploča – šljunak, ploča ili valovita ploča zahtijevaju različite načine pričvršćivanja da ploča tijekom montaže ne bude oštećena, a pričvršćivanje ostane dugoročno stabilno i pri jakom vjetru i snježnoj opterećenosti.

Na ravnim krovovima se koristi montažna konstrukcija s podešavanim nagibom, obično barem 15 stupnjeva. Ovaj minimalni nagib nije slučajan – osigurava da kolektor može prirodno sam se čistiti kišom koja s kosog površine kolektora teče i odnosi prašinu i nečistoće. Bez dovoljno nagiba, na površini kolektora bi se dugoročno mogla zadržavati nečistoća, što bi smanjilo njegovu učinkovitost. Pored kosih i ravnih krovova, kolektori se mogu postaviti i na fasadu ili direktno na tlo, ako to konfiguracija zemljišta i orijentacija prema sunčanoj strani omogućavaju.

Ključno je da montažna konstrukcija točno odgovara dimenzijama određenog tipa kolektora – ne radi se o univerzalni dio koji odgovara svemu, već o komponentu dizajniran za točno definirani model i način krova.

Ako rješavate montažu na netipičan krov ili ne znate koja konstrukcija je za Vaš kolektor prikladna, pregled pojedinačnih rješenja prema vrsti krova pronađe se u članku Pričvršćivanje kolektora – kos krov, ravan krov, fasada.

Cijene pojedinačnih komponenti solarnog sustava značajno se razlikuju prema vrsti i funkciji.

Ekspanzometar, punjenje i pritisak u solarnom krugu

Solarni krug je zatvoreni, pritisak sustav, što znači da toplinska tekućina u njemu cirkulira stalno bez kontakta s okolnim zrakom. Pri visokim temperaturama koje tekućina na kolektoru postiže ljeti, njezin volumen se povećava – a upravo za kompenzaciju ove volumenske širenja služi vlastiti ekspanzioni spremnik solarnog kruga. Bez njega, rastući pritisak u sustavu mogao bi uzrokovati oštećenje cijevi, spojeva ili samog kolektora.

Sustav se puni i odzračuje pomoću ručne ili električne pumpe za punjenje preko punjenih ventila, slično kao je običaj kod običnog grijanog kruga kuće. Ovo punjenje nije jednokratna stvar samo pri instalaciji – tijekom rada sustava može biti potrebno krug ponovno dopuniti ili odzračiti, na primjer nakon servisnog zahvata ili ako se u sustavu pojavi zračni balon koji sprječava pravilnu cirkulaciju tekućine.

Provjeravanje pritiska u solarnom krugu pripada osnovnim zadaćama koje bi korisnik solarnog sustava trebao pratiti – pumpna jedinica je upravo zbog toga opremljena manometrom, da je trenutni pritisak uvijek vidljiv. Detaljnije informacije o servisu, punjenju i najčešćim kvarovima solarnih sustava pronađe se u članku Servis, punjenje i česti kvarovi solarnih sustava.

Solarni grijanje tijekom godine – ljeti, prelazna razdoblja, zimi

Prisutnost solarnog sustava značajno se razlikuje prema godišnjem razdoblju. Ljeti, kada je sunčanog zračenja najviše i kuća se ne grije, solarna instalacija može preuzeti veliki dio grijanja tople vode – kotao tada skakuje rijetko, a čak nikad, jer je spremnik dovoljno zagrijan direktno iz sunca. Upravo je to glavni i najrealniji doprinos solarnog dopuna kotlu, na koji bi svaki zainteresirani trebao prvo misliti pri donošenju odluke o investiciji.

Tijekom prelaznih razdoblja, odnosno proljeća i jeseni, sunčanog zračenja je manje i njegova intenzivnost varira prema vremenu – solarni sustav u ovim mjesecima doprinosi grijanju vode djelomično, a kotao mora redovito dopuniti grijanje putem drugog izmjenjivača u solarnom spremniku. Zimi, kada je sunčanog svjetla najmanje i potreba za toplinom za grijanje najviša, glavni izvor topline preuzima gotovo cijelo opterećenje grijanja vode i grijanja – kotao ili dizalica topline. Solarni sustav nije ni ne bi trebao biti dizajniran kao zamjena kotlu, već kao dopunak koji najviše štedi upravo u mjesecima kada bi inače kotao radio neefikasno samo zbog male potrebe za toplom vodom.

Tocan postupak, kako se takav sustav montira korak po korak – od pričvršćivanja kolektora preko razvodnog sustava cijevi do povezivanja spremnika, pumpe i kontrolne jedinice – pronađe se u članku Montaža solarnog sustava – postupak korak po korak.

Realni primjeri iz prakse

Privatni kućni objekt s kosim krovom usmjerenim prema jugu. Četveročlana obitelj koristila je isključivo postojeći kondenzacijski kotao s akumulacijskim bojlerom za grijanje tople vode. Ljeti, iako nema potrebe za grijanjem, kotao je i dalje redovito skakao samo zbog dohijevanja vode za tuširanje i pranje. Tijekom rekonstrukcije krova, obitelj je odlučila dopuniti sustav pločastim solarnim kolektorima, koji su se, uzimajući u obzir kos krov s pločama od šljunka, pričvrstili pomoću montažne konstrukcije točno dizajnirane za ovu vrstu krova. Postojeći akumulacijski bojler je zamijenjen solarnim spremnikom s dva izmjenjivača – jednim za solarni krug, drugim za dopunjavanje kotlom. Upravljanje pumpom preuzela je solarna regulacija, koja uspoređuje temperaturu kolektora i spremnika i uključuje cirkulacijsku pumpu samo kada ima smisla prenositi toplinu. Budući da je rekonstrukcija krova bila istovremeno s izmjenom ploča, za razvod između kolektora i tehničke prostorije koristila se predizolirana fleksibilna cijev 2u1, koja je omogućila bržu montažu bez potrebe za dodatnom izolacijom na krovu u visinama. Rezultat je da je tijekom ljetnih mjeseci kotao u ovoj kući praktički prestao skakati zbog grijanja vode – toplinu pruža gotovo isključivo solarni krug, kotao služi samo kao rezerva za oblake dana.

Bungalov s pločastom krovom. Vlasnik bungalova s pločastom krovom riješio je dopunjavanje postojećeg električnog kotla s solarnim grijanjem TÚV. Budući da je krov bio pločast, bilo je potrebno izabrati montažnu konstrukciju s prilagodljivim nagibom od barem 15°, kako bi kolektor mogao prirodno samostalno očistiti kišnicom i ne zamučiti prašinom s krova. Kratki segment distribucije u samoj tehničkoj prostoriji, gdje se cijev napajala na pumpe i spremnik, riješen je pomoću fleksibilne nehrđajuće cijevi (valovca), koja dobro podnosi visoke temperature, koje topljenje tekućine u ljetnim mjesecima pri niskom potrošnji postiže. Upravljanje preuzela je solarna regulacija povezana s čima kolektora i spremnika. Pri prvom pokretanju sustava bilo je potrebno okrug napuniti i odvazdušiti punilnom pumpom kroz punila ventila – običan zadatak koji je montažna firma izvršila direktno pri isporuci sustava. Vlasnik je tako dobio dodatni izvor grijanja vode bez uključivanja postojećeg električnog kotla, koji i dalje služi kao glavni izvor topline van ljetnih mjeseci.

Često postavljana pitanja o solarnom grijanju kao dopunu kotlu

Može li solarni sustav potpuno zamijeniti moj kotao?
Ne. Solarni sustav dopunjuje glavni izvor topline – kotao ili dizalicu topline – no ga ne može potpuno zamijeniti. Najviše može pokriti grijanje tople vode za upotrebu u ljetnim mjesecima, kada je dovoljno sunčeve energije. U zimskim mjesecima i tijekom grijaće sezone glavnu opterećenje preuzima dalje kotao.

Koji tip kolektora je prikladniji – pločasti ili vakuumski?
Pločasti kolektori su jeftiniji i mehanički otporniji, npr. prema kišnim kuglama, i za obično grijanje TÚV u našim klimatskim uvjetima obično su dovoljni. Vakuumski (cijevni) kolektori imaju višu učinkovitost pri niskim temperaturama i slabijem sunčevom zračenju, ali su skuplji i krhki. Izbor ovisi o tome želite li najprije jeftino ljetno grijanje ili snagu i izvan ljeta.

Što je solarni spremnik i zašto obični bojler nije dovoljan?
Solarni spremnik ima u odnosu na obični bojler dodatno barem jedan toplinski izmjenjivač povezan s solarnim krugom, često i drugi izmjenjivač za dopunjavanje kotlom. Voda se grije neposredno – solarna tekućina cirkulira odvojeno u zatvorenom krugu i ne dolazi u kontakt s upotrebljivom vodom. Obični bojler takav izmjenjivač nema, pa na njega nije moguće jednostavno povezati solarni krug.

Upravljačka jedinica automatski uključuje i isključuje pumpu prema razlici temperatura između kolektora i spremnika.

Kako upravljačka jedinica zna kada uključiti pumpu?
Upravljačka jedinica uspoređuje temperaturu na kolektoru i u spremniku pomoću čima. Kada je kolektor topliji od spremnika za postavljenu razliku, uključuje cirkulacijsku pumpu solarnog sustava. Kada se razlika smanji, pumpa se isključi, kako bi se toplina ne prenijela u suprotnom smjeru.

Koji je razlika između klasične cijevi i fleksibilne cijevi 2u1?
Klasična bakrena ili nehrđajuća cijev mora se dodatno izolirati na licu mjesta nakon postavljanja. Predizolirana fleksibilna cijev 2u1 vodi dovod i povrat u jednom već izoliranom fleksibilnom omotaču, pa se ništa dodatno ne mora izolirati ni na krovu ni u šachtu – montaža je time brža.

Kako se kolektori pričvršćuju na različite vrste krovova?
Kolektori se pričvršćuju specijaliziranom montažnom konstrukcijom prema vrsti krova: na kosom krovu prema vrsti krovnog materijala (šljunak, ploča, valci), na pločastom krovu pomoću konstrukcije s prilagodljivim nagibom, obično barem 15° zbog samopražnjenja kišnicom, eventualno na fasadi ili na tlu. Konstrukcija mora točno odgovarati dimenzijama određenog tipa kolektora.

Zašto solarni krug treba ekspanzijsku posudu?
Solarni krug je zatvoreni, tlakovni sustav. Pri visokim temperaturama topljenja tekućine njezin volumen se povećava i ekspanzijska posuda kompenzira tu volumensku širenje – bez nje bi se u krugu mogao pojaviti preveliki tlak, koji bi mogao oštetiti cijevi, spojeve ili kolektor.

Kako se solarni sustav puni i odvazdušuje?
Solarni krug se puni i odvazdušuje ručnom ili električnom punilnom pumpom kroz punila ventila, slično kao grijaći krug kuće. Radi se o zadaću koja je potrebna ne samo pri prvoj montaži, već i povremeno kasnije, npr. nakon servisnog zahvata.

Mora li se rješavati servis solarnog sustava odvojeno od kotla?
Solarni krug je samostalan zatvoreni sustav s vlastitom pumpskom jedinicom, koja sadrži i manometre za nadzor tlaka – ti omogućuju jednostavno praćenje stanja sustava. Detalji o servisu, punjenju i najčešćim kvarovima pronađeni su u posebnom članku posvećenom toj temi, poveznica je navedena niže u povezanim temama.

Povezane teme

• Kako izabrati solarni sustav za grijanje vode
• Pločasti vs. vakuumski solarni kolektori
• Koji solarni spremnik mi treba
• Solarna cijev i nehrđajući valovi – kako funkcioniraju
• Upravljačke jedinice i pumpske grupe solarnih sustava
• Pričvršćivanje kolektora – kos krov, pločasti krov, fasada
• Montaža solarnog sustava – postupak korak po korak
• Servis, punjenje i česti kvarovi solarnih sustava
• Česta pitanja o solarnim sustavima i kolektorima

Ako biste dodali solarni kolektor na svoj postojeći kotao, napišite nam koji tip koristite i koliku plohu kolektora planirate – s radostju ćemo vam pomoći s priključkom.

Imate pitanje o ovoj temi?

Nemate odluku ili rješavate konkretnu situaciju u svojoj kući? Napišite nam – s radostju ćemo vam pomoći.

Ime i prezime Ne popunite ovo polje:

E-mail

Poruka