Panourile solare termice, numite corect colectori solari, transformă radiația solară direct în căldură și o folosesc pentru a încălzi apa menajeră, adică apa caldă de la duș, chiuvetă și mașina de spălat vase. Spre deosebire de panourile fotovoltaice, ele nu produc electricitate: un lichid care circulă prin colectori se încălzește la soare și cedează căldura apei dintr-un boiler.
Un sistem solar termic bine dimensionat poate acoperi vara aproape toată nevoia de apă caldă a unei familii, iar pe întregul an o parte importantă din ea. Iarna, o sursă de rezervă, adică centrala, pompa de căldură sau o rezistență electrică, completează diferența. Mai jos găsești cum funcționează sistemul, ce tipuri de colectori există, cum îl dimensionezi și ce probleme trebuie prevenite.
Cum funcționează un sistem solar termic
Un sistem solar termic cu circulație forțată are cinci componente principale, legate într-un circuit închis, separat de apa pe care o folosești: colectorii, stația de pompare, automatizarea, boilerul cu serpentină și vasul de expansiune.
- Colectorii de pe acoperiș absorb radiația solară printr-o suprafață neagră specială, numită absorber, care se încălzește.
- Agentul termic, un amestec de apă cu antigel (de obicei propilenglicol), circulă prin colectori și preia căldura.
- Automatizarea compară temperatura din colectori cu cea din boiler. Când colectorii sunt mai calzi cu câteva grade, pornește pompa; când diferența scade, o oprește. Principiul se numește comandă diferențială.
- Stația de pompare împinge agentul termic spre boiler și include, de obicei, pompa, supapa de siguranță, manometrul și debitmetrul.
- Serpentina din partea de jos a boilerului transferă căldura agentului termic către apa menajeră, fără ca cele două fluide să se amestece.
- Vasul de expansiune preia dilatarea lichidului când se încălzește.
Pentru că circuitul solar este închis și conține antigel, colectorii nu îngheață iarna, iar apa menajeră nu intră niciodată în contact cu agentul termic.
Colectorii plani și cei cu tuburi vidate
Există două tipuri principale de colectori pentru case: colectorii plani, care arată ca niște panouri cu geam, și colectorii cu tuburi vidate, formați din rânduri de tuburi de sticlă. Ambele funcționează bine în România, dar se comportă diferit iarna și vara.
| Criteriu | Colector plan | Colector cu tuburi vidate |
|---|---|---|
| Construcție | absorber într-o cutie izolată, sub sticlă | absorber în tuburi de sticlă cu vid între pereți |
| Pierderi de căldură | mai mari la frig și vânt | foarte mici, vidul izolează |
| Randament iarna și pe timp răcoros | mai mic | mai bun |
| Randament vara, la soare plin | foarte bun | foarte bun, cu risc mai mare de supraîncălzire |
| Zăpada | alunecă mai ușor de pe sticla netedă | se topește greu, tocmai datorită izolației bune |
| Rezistența mecanică | robust, sticlă călită | tuburile pot fi înlocuite individual |
| Aspect | uniform, discret pe acoperiș | mai vizibil |
Tuburile vidate pot fi cu circulație directă, în care agentul termic trece prin fiecare tub, sau cu tub termic (heat pipe), în care fiecare tub are o tijă închisă cu un lichid care se evaporă și transmite căldura la un colector comun. La varianta cu tub termic, un tub spart se schimbă fără golirea instalației.
Sfat: Dacă folosești apa caldă mai ales primăvara, vara și toamna, colectorii plani sunt de obicei suficienți și mai simplu de gestionat la supraîncălzire. Dacă vrei un aport mai mare iarna sau ai mult consum în sezonul rece, tuburile vidate merită luate în calcul.
Circulație forțată sau termosifon
Sistemele solare termice pot funcționa cu pompă, adică prin circulație forțată, sau fără pompă, prin termosifon, unde lichidul cald urcă natural spre un rezervor montat deasupra colectorilor.
- Termosifonul este simplu și nu are nevoie de electricitate, dar rezervorul stă pe acoperiș, expus frigului. Variantele cu apă direct în colector îngheață iarna, deci sunt potrivite doar pentru folosire sezonieră, de exemplu la casele de vacanță folosite vara.
- Circulația forțată permite boilerul în interior, antigel în circuit și funcționare tot anul, cu automatizare care gestionează pompa și protecțiile. Este varianta obișnuită pentru locuințele permanente din România.
Cât acoperă și cum dimensionezi
Un sistem solar termic dimensionat pentru apa menajeră acoperă de regulă 50–70% din necesarul anual de apă caldă, aproape tot vara și puțin în lunile de iarnă. Dimensionarea pornește de la consumul de apă caldă al familiei, nu de la suprafața acoperișului.
Consumul de apă caldă
O persoană folosește, orientativ, în jur de 40–60 de litri de apă caldă pe zi, în funcție de obiceiuri: dușuri scurte sau lungi, cadă, spălatul vaselor de mână. Un consum mai mic micșorează sistemul necesar, iar măsurile simple de economisire sunt explicate în articolul despre economizoarele de apă și în ghidul despre consumul de apă acasă.
Repere de dimensionare
| Persoane în casă | Colectori plani (orientativ) | Tuburi vidate (orientativ) | Boiler bivalent (orientativ) |
|---|---|---|---|
| 2 | 2–3 m² | în jur de 15–20 de tuburi | 150–200 l |
| 3 | 3–4,5 m² | în jur de 20–25 de tuburi | 200 l |
| 4 | 4–6 m² | în jur de 25–30 de tuburi | 200–300 l |
| 5–6 | 6–8 m² | în jur de 30–40 de tuburi | 300–400 l |
Valorile sunt doar repere. Proiectantul ține cont de zona climatică, de orientare, de tipul exact de colector și de profilul consumului. Un sistem supradimensionat nu aduce mult mai multă apă caldă iarna, dar creează probleme de supraîncălzire vara.
Boilerul bivalent și sursa de rezervă
Sistemele solare termice folosesc de obicei un boiler bivalent, adică un boiler cu două serpentine: cea de jos pentru circuitul solar, cea de sus pentru o sursă de rezervă, cum ar fi centrala sau pompa de căldură. Multe boilere au și o rezistență electrică de completare.
Logica este simplă: soarele încălzește partea de jos a boilerului, iar apa caldă urcă. Dacă în partea de sus temperatura nu este suficientă, automatizarea pornește sursa de rezervă doar pentru volumul de sus. Astfel, soarele face cât poate, iar rezerva completează doar ce lipsește.
Igiena apei calde
Apa caldă stagnantă, la temperaturi moderate, poate favoriza dezvoltarea bacteriei Legionella. De aceea, multe automatizări au o funcție de dezinfecție termică, care ridică periodic temperatura din boiler la 60 °C sau mai mult. Setarea se face la punerea în funcțiune, iar la temperaturile mari ale apei de la robinet este utilă o vană de amestec termostatică, care previne opărirea.
Supraîncălzirea vara și protecția la îngheț
Problema principală a sistemelor solare termice nu este iarna, ci vara: când boilerul este deja fierbinte și nimeni nu consumă apă, colectorii continuă să primească soare, iar temperatura din ei crește foarte mult. Starea se numește stagnare, iar în colectori pot apărea temperaturi de peste o sută de grade.
Cum se gestionează stagnarea
- Dimensionarea corectă, fără colectori în exces față de consum;
- un vas de expansiune suficient de mare, dimensionat pentru vaporizarea lichidului din colectori;
- înclinarea mai mare a colectorilor, care reduce aportul din miezul verii;
- funcții ale automatizării, de exemplu răcirea nocturnă a boilerului prin circuitul solar;
- un consumator suplimentar de căldură vara, de exemplu o piscină sau un disipator, la sistemele mai mari;
- acoperirea temporară a unor colectori în perioadele lungi de absență.
Antigelul se uzează
Lichidul cu antigel se degradează în timp, mai ales după stagnări repetate la temperaturi mari: devine acid, își pierde protecția la îngheț și poate coroda instalația. Verificarea concentrației și a acidității se face periodic de specialist, iar lichidul se înlocuiește când nu mai corespunde.
Atenție: Circuitul solar lucrează sub presiune și la temperaturi foarte mari. Nu deschide supapele și nu goli instalația singur. Intervențiile se fac de un instalator autorizat pentru instalații termice.
Solar termic sau fotovoltaic pentru apa caldă
Pentru apa caldă există azi două căi solare: colectorii termici, care produc direct căldură, și panourile fotovoltaice, care produc electricitate folosită apoi de un boiler electric sau, mai eficient, de un boiler cu pompă de căldură.
| Criteriu | Colectori solari termici | Panouri fotovoltaice cu boiler |
|---|---|---|
| Ce produc | căldură, doar pentru apă și încălzire | electricitate, pentru orice consumator |
| Randament pe metru pătrat | mare, pentru căldură | mai mic, dar energia este mai flexibilă |
| Surplusul vara | se pierde, cu risc de stagnare | se folosește în casă sau se livrează în rețea |
| Instalația | circuit hidraulic, antigel, vas de expansiune | cabluri, invertor, racordare ca prosumator |
| Întreținerea | lichid de verificat și înlocuit periodic | redusă, mai ales verificări electrice |
Multe case aleg astăzi panourile fotovoltaice pentru flexibilitatea energiei produse, mai ales când există deja un sistem fotovoltaic sau o pompă de căldură. Colectorii termici rămân însă foarte eficienți pe suprafață mică și sunt potriviți când acoperișul este limitat și nevoia principală este apa caldă. Detalii despre varianta electrică găsești în ghidul complet despre panourile fotovoltaice, iar despre boilerul cu pompă de căldură, în articolul despre cum funcționează pompa de căldură.
Montaj, orientare și întreținere
Colectorii se montează, ca și panourile fotovoltaice, cel mai bine spre sud, cu toleranță spre sud-est și sud-vest. Pentru apa caldă pe tot anul, o înclinare de aproximativ 40–50 de grade favorizează lunile de primăvară, toamnă și iarnă și reduce supraîncălzirea din miezul verii. Principiile generale de orientare sunt explicate în articolul despre orientarea și înclinarea panourilor.
Ce verifici periodic
- Presiunea din circuitul solar, pe manometrul stației; o scădere poate indica o pierdere de lichid.
- Afișajul automatizării: temperaturile din colectori și din boiler trebuie să urmeze logic soarele.
- Concentrația și aciditatea antigelului, verificate de specialist.
- Anodul de magneziu din boiler, care protejează rezervorul de coroziune și se consumă în timp.
- Depunerile de calcar pe serpentine și pe rezistență, mai ales în zonele cu apă dură, problemă explicată în articolul despre apa dură și calcar.
- Izolația țevilor de pe acoperiș și din pod, care se degradează la soare și la umezeală.
Ce merită reținut despre colectorii solari
Panourile solare termice sunt o soluție matură și eficientă pentru apa caldă menajeră: captează căldura direct, cu randament mare pe suprafață mică, și pot acoperi o mare parte din necesarul anual. Funcționează bine doar dacă sunt dimensionate după consum, au protecție la stagnare și sunt verificate periodic.
De reținut:
- colectorii plani merg bine din primăvară până în toamnă, tuburile vidate dau un aport mai bun iarna;
- pe an, sistemul acoperă de regulă 50–70% din apa caldă;
- pentru patru persoane, orientativ 4–6 m² de colectori plani și un boiler de 200–300 l;
- supraîncălzirea vara se previne prin dimensionare corectă și protecții;
- antigelul și anodul boilerului se verifică periodic.
Întrebări frecvente
Funcționează panourile solare termice iarna?
Da, dar produc mult mai puțină căldură, din cauza zilelor scurte și a frigului. Tuburile vidate se descurcă mai bine iarna, iar diferența este completată de sursa de rezervă.
Pot folosi colectorii solari și pentru încălzirea casei?
Pot contribui, mai ales în sezoanele de tranziție, dacă sistemul are suprafață mare și un rezervor tampon. Pentru încălzirea principală, aportul în lunile reci este însă limitat.
Ce se întâmplă dacă plec în concediu vara?
Boilerul se încălzește repede, iar colectorii pot intra în stagnare. Automatizarea poate activa funcții de protecție, iar unele sisteme permit acoperirea colectorilor sau răcirea nocturnă.
Cât de des se schimbă antigelul?
Nu există un interval unic. Lichidul se verifică periodic de specialist, iar înlocuirea se face când concentrația sau aciditatea nu mai corespund, mai devreme dacă au existat stagnări frecvente.
Sunt mai bune panourile solare termice decât cele fotovoltaice pentru apa caldă?
Pe metru pătrat, colectorii termici produc mai multă energie utilă pentru apă caldă. Panourile fotovoltaice sunt însă mai flexibile, pentru că surplusul de electricitate se poate folosi în toată casa sau livra în rețea.
