Kolektory bardzo dobre, dobre i przeciętne… Solarna ewolucja

Technologia kolektorów staje się coraz bardziej wyśrubowana. Stosuje się różnego rodzaju tricki mające na celu pozyskanie jak największej ilości energii przez absorber i przekazania jak największej ilości energii przepływającemu medium. Uzyskuje się to poprzez stosowanie coraz lepszych powłok przeźroczystych, absorberów, lepsze łączenie absorbera z orurowaniem, lepszej izolacji.

W przypadku kolektorów próżniowych stawia się coraz większą wagę na jakość wykonania. Problemy występujące w niektórych kolektorach próżniowych skupiają się wokół efektywnego przekazywania ciepła między absorberem i rurką transportującą czynnik roboczy (szczególnie widoczny dla rurek Dewara), rozszczelnienie rur (dla jednościennych) oraz efektywne przekazywanie ciepła między wymiennikiem (skraplaczem) a czynnikiem roboczym na bazie glikolu (dla kolektorów z rurkami typu heat-pipe).

W kolektorach istotna jest trwałość i użytkowa funkcjonalność przez co najmniej 20 lat. Niedopuszczalne jest, aby kolektor (czy to płaski, czy próżniowy) miał zmniejszoną wydajność wskutek zużycia się elementu kolektora, np. absorbera (dla kolektorów płaskich) czy „braku próżni” w kolektorach próżniowych.

Obecnie zaawansowane kolektory płaskie osiągają bez problemu 80% sprawności optycznej (sprawności dla braku wymiany ciepła z otoczeniem), próżniowe często przekraczają 70%; zaś pochłanianie absorbera oscyluje na poziomie 95% i emisji 5%.

Certyfikacja Kolektory słoneczne, jak też inne urządzenia i materiały spełniają określone normy, wymagania. Najczęściej kolektory nie wymagają obowiązkowych badań, certyfikatów, oznaczeń. Wyjątek stanowią urządzenia, w których iloczyn ciśnienia (bary) i pojemności (litry) przekracza 50. W tym przypadku wyrób taki podlega oznaczeniu CE w myśl dyrektywy ciśnieniowej nr 97/23/WE z dn. 29 maja 1997 r., (Dz. U. nr 263, poz. 2200), art. 3, par. 3. Spełnienie niniejszych wymagań gwarantuje, iż wyrób wykonany jest zgodnie z najlepszymi praktykami inżynierskimi i zapewnia bezpieczne jego użytkowanie. W pozostałych przypadkach nie stosuje się oznaczenia CE. Kolektory niepodlegające dyrektywie ciśnieniowej podchodzą pod dyrektywę o ogólnym bezpieczeństwie produktów (Ustawa z dnia 13 stycznia 2007 r. Dz. U. nr 35, poz. 214). Dyrektywa o ogólnym bezpieczeństwie produktów określa wymagania, jakie muszą spełniać wyroby, aby mogły być dopuszczone do obrotu.

Producent lub dystrybutor kolektorów słonecznych powinien posiadać odpowiedni dokument poświadczający wykonanie danego urządzenia zgodnie z odpowiednią normą. Dokument ten może wystawić samodzielnie – wówczas nazywa się on deklaracją zgodności lub zlecić wystawienie niezależnej, uprawnionej jednostce – otrzymuje wówczas certyfikat zgodności. Certyfikat zgodności wystawiany jest na podstawie wyników badań z akredytowanego laboratorium, pozytywnej oceny systemu jakości dostawcy oraz występującego nadzoru w okresie ważności certyfikatu. Certyfikat dla kolektora słonecznego wystawia w Polsce Jednostka Certyfikująca Wyroby – Zakład Jakości i Niezawodności przy Instytucie Budownictwa, Mechanizacji i Elektryfikacji Rolnictwa.

Badania, badania… Kolektory słoneczne mogą być poddawane badaniom na ich zgodność z normami. W badaniach dotyczących kolektorów wykorzystuje się trzy grupy norm: PN-EN 12975-1/2: 2006, PN-EN 12976-1/2:2006:1/2, PN-EN 12977-1/2:2007:1/2, przy czym praktycznie wykorzystuje się w naszym kraju normę: PN-EN 12975 – 2 – Słoneczne systemy grzewcze i ich elementy – Kolektory słoneczne – Część 2: Badania. Badania te obejmują grupę badań cieplnych oraz trwałości i wytrzymałości. Badania cieplne obejmują określenie: sprawności kolektora, pojemności cieplnej, stałej czasowej, modyfikatora kąta padania. Badania wytrzymałościowe obejmują badanie: odporności na wysoką temperaturę, ekspozycyjności, szoku termicznego zewnętrznego i wewnętrznego, na przeciekanie deszczem, odporności na zamarzanie, wytrzymałościowe, odporności na uderzenie.

Kolektory słoneczne badać można w 17 akredytowanych laboratoriach w Europie. Badania wykonywane w laboratoriach podlegają International Laboratory Accreditation Cooperation (ILAC-MRA) Mutual Recognition Arrangement. Laboratoria działają w sieci europejskiej mającej na celu potwierdzenia jakości badanych kolektorów dzięki wykonywanym badaniom międzylaboratoryjnym. W Polsce badania przeprowadzane są jedynie przez Laboratorium Badawcze Kolektorów Słonecznych przy Instytucie Paliw i Energii Odnawialnej.

Najczęściej wykonuje się badania cieplne, zaś najistotniejszym badaniem jest badanie charakterystyki cieplnej kolektora. Najbardziej rozpoznawalnym elementem takich badań jest krzywa obrazująca zachowanie się cieplne kolektora w warunkach zmiennej temperatury czynnika roboczego. Badanie to przeprowadzać można w warunkach naturalnych, jak też sztucznych, przy czym pamiętać należy, iż zgodnie z normą 12975 – 2 parametry uzyskiwane pod symulatorem mogą różnić się od badań w środowisku naturalnym. Należy zaznaczyć, iż spora część kolektorów nie ma wykonanych badań sprawnościowych, a jedynie nieliczne posiadają wykonane badania wytrzymałościowe.

Rzeczywiste parametry Charakterystyka cieplna najbardziej kojarzona jest z określoną jakością kolektora. Szczególnie parametr: sprawność teoretyczna kolektora słonecznego, tzw. współczynnik konwersji ho znalazł ważne miejsce w tematyce związanej z energetyką słoneczną. Kolektory słoneczne podczas tych badań osiągają sprawności z zakresu 64% (słabe kolektory próżniowe), doa nawet znacznie ponad 80% w przypadku dobrych kolektorach płaskich.

Panujące warunki rzeczywiste (przyrost temperatury na kolektorze w stosunku do temperatury otoczenia) powodują obniżenie rzeczywistej sprawności, tym bardziej im większa jest ta różnica temperatur (większe straty ciepła).

Przebieg krzywej (kształt i szybkość jej opadania) mówi o cechach użytkowych kolektora. Na rysunku przedstawiono wygląd charakterystycznych krzywych sprawności dla różnych typów kolektorów. Cechą dobrego kolektora jest stosunkowo wysoka sprawność ho – cecha kolektora płaskiego oraz wolno opadająca krzywa – cecha kolektora próżniowego. Krzywa charakterystyki jest określana dla danego natężenia promieniowania słonecznego.

Inne parametry jakości kolektora Parametrem, którym chwalą się producenci bądź dystrybutorzy jest podawanie ilości uzyskanej energii przez kolektor z 1 m2 – 525kWh – na rok. Należy przypomnieć, iż jest to wartość teoretyczna, graniczna – podawana dla warunków daleko odbiegających od warunków krajowych – przez zagraniczną instytucję badającą kolektory słoneczne. Z tego wynika, iż nierealne jest osiągnięcie analogicznej ilości energii w warunkach Polski (dla dobrych kolektorów w warunkach roboczych osiągnięcie 450 kWh – na rok jest bardzo dobrym rezultatem).

Innym spotykanym coraz częściej rozwiązaniem „dopieszczania” jakości kolektorów jest umieszczanie informacji o sprawności kolektora w postaci współczynników absorpcji i emisji (powłoki absorpcyjnej). Osoba nieznająca się na działaniu kolektora bierze za dobrą monetę informację podawaną przez producenta o „absorpcji i emisji kolektora”. Wielkości oscylujące wokół 95 i 5% wzbudzają zachwyt i zaufanie (jednocześnie opatrzone dodatkowo np. ±2%). Tak naprawdę nie mówią nic o jakości samego kolektora. Wszystkie dostępne kolektory płaskie z powłokami selektywnymi osiągają powyższe parametry. Parametr ten dotyczy jedynie absorpcji i emisji powłoki, nieuwzględniona jest powłoka szklana, pustka powietrzna, sposób łączenia absorbera z orurowaniem i rodzaj orurowania, nie uwzględnia też ilości i rodzaju stosowanej izolacji. Informacja ta bardzo często wprowadza potencjalnego klienta w błąd. Osoba niezorientowana przypuszcza, iż współczynnik ten ma coś wspólnego ze sprawnością optyczną lub nawet nią jest.

Przedstawione praktyki w najlepszym przypadku nie mówią całej prawdy o wyrobie, a niejednokrotnie mają na celu „naciągnięcie klienta”.

Zamiast podsumowania… Wiedza i doświadczenie na temat kolektorów słonecznych przestaje być „wiedzą tajemną”, a staje się coraz bardziej dostępna. Służą temu m.in. liczne publikacje w czasopismach branżowych, szkolenia itd. Również publikacje książkowe, których jest jednak jak na lekarstwo, pozwalają poszerzyć i usystematyzować informację w niniejszym zakresie.

Z poszerzaniem wiedzy wiąże się coraz większa uwaga zwracana na jakość oferowanych urządzeń, która staje się drugim (po aspekcie ekonomicznym) kryterium wyboru urządzenia.

dr inż. Krystian Kurowski
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