Certyfikat Solar Keymark a badania mechaniczne. Kolektor na „mękach”

zobacz artykuł w wersji pdf pdf pdf pdf   

Posiadanie certyfikatu Solar Keymark jest wymogiem otrzymania (w niektórych krajach UE oraz w niektórych programach w Polsce) dotacji na zakup kolektorów słonecznych. Certyfikat został wprowadzony przez Europejską Federację Termicznego Przemysłu Solarnego (European Solar Thermal Industry Federation – ESTIF) we współpracy z Europejskim Komitetem Standaryzacji (European Comittee for Standarization) i przyznany po raz pierwszy w 2003 roku. Certyfikacja przeprowadzana jest przez wyspecjalizowane do tego laboratoria badawcze. Obecnie w Europie jest ich około 20.

W ramach procedury certyfikacji Solar Keymark jednostka certyfikująca dokonuje wyboru kolektora (ewentualnie wskazuje swojego przedstawiciela, który ma go wybrać) i odpowiednio go oznacza. Zatwierdza także laboratorium, które będzie kolektor badało. Oprócz tego dodatkowo przeprowadzana jest ocena potwierdzająca zdolności i możliwości do wytwarzania w sposób powtarzalny ocenionego wyrobu (poprzez audyt) w zakładzie produkcyjnym.

Czytając tekst powyżej, można by sądzić, że wyrób z tym znakiem jest faktycznie z najwyższej półki. Czy tak jest faktycznie, oceńcie Państwo sami. Mało jest natomiast osób, które wiedzą, jakie „męki” przechodzi kolektor, aby uzyskać ten znak. Odnosząc się do każdego punktu badań, w szczególny sposób odniosę się do kolektorów próżniowych – jakże innych w swej budowie i zasadzie działania, a podlegających tej samej procedurze badawczej, co kolektory płaskie. W laboratorium, zgodnie z normą, przeprowadza się całą serie badań.

Ciśnienie
Badanie ciśnienia wewnętrznego w absorberze (patrz pkt 5.2 normy) przeprowadzane jest dwukrotnie, na początku i na końcu cyklu badań jakościowych. Polega na napełnieniu płyty absorbera pod ciśnieniem 1,5 x większym od dopuszczalnego przez producenta max. ciśnienia roboczego na czas 10 minut. Aby pozytywnie przejść badanie, płyta nie może wykazywać żadnych nieszczelności, szczególnie na połączeniach rurek wewnątrz kolektora.

Proszę zwrócić uwagę, że to producent podaje maksymalne ciśnienie w kolektorze i nie ma tu żadnych ograniczeń. Jeżeli producent deklaruje ciśnienie np. 2 barów, to próbę przeprowadza się przy ciśnieniu 3 barów. Ponieważ takie próby przeprowadza się tylko dwa razy i to w bardzo krótkim czasie, to trudno jest stwierdzić, czy faktycznie kolektor wytrzyma wieloletnią próbę czasu. Można jednak stwierdzić, że kolektor przy deklarowanym ciśnieniu nie ulegnie perforacji, bo każdy kolektor w fazie produkcji jest taką metodą badany przez samego producenta. To producent we własnym interesie dba o to, aby kolektor był szczelny i na pewno nie skieruje cieknącego kolektora do sprzedaży.

Temperatura
Odporność na wysoką temperaturę (patrz pkt 5.3 normy) polega na sprawdzeniu odporności materiałów kolektora na krótkotrwałe działanie temperatur stagnacji, czyli na maksymalną temperaturę, jaką osiąga absorber bez przepływu czynnika roboczego. Test określa dodatkowo występującą w kolektorze uzyskaną temperaturę stagnacji. Nie są w tym przypadku dozwolone wystąpienia jakichkolwiek uszkodzeń.

W kolektorze płaskim bada się głównie, czy warstwa absorpcyjna na skutek działania temperatury stagnacji (180-200oC, a nawet powyżej 200oC) nie będzie się złuszczać oraz czy materiał ocieplenia (izolacja termiczna) kolektora nie będzie wydzielał gazów czy wilgoci, które to będą osadzać się na szybie, pogarszając jego sprawność. Dodatkowo zwraca się uwagę, czy nie następują jakieś odkształcenia wewnątrz kolektora. Materiał, z jakiego wykonany jest absorber (miedź lub aluminium), obecnie pokrywany jest warstwą absorpcyjną nie przez producenta kolektorów, ale przez bardzo wyspecjalizowane firmy, które tylko tym się zajmują. To badanie jest przeprowadzane praktycznie na powtarzających się materiałach, bo producentów absorberów jest tylko kilku. Natomiast wszyscy do ocieplenia kolektora stosują wełnę mineralną pozbawioną „lepiszcza”, dzięki czemu nie wydziela się praktycznie nic w temperaturze stagnacji. Wspomnianą temperaturę stagnacji osiąga jedynie absorber kolektora słonecznego, a ze względu na bardzo niską emisję absorbera szyba oraz rama kolektora osiągają parokrotnie niższe temperatury, które nie są w stanie wpłynąć na zmianę jakichkolwiek elementów wewnętrznych. W kolektorze próżniowym takie badanie jest bezzasadne ze względu na jego budowę. Pojedyncze rury próżniowe z listkiem absorbera wewnątrz produkowane są przez wyspecjalizowane firmy, od których to producent kolektorów je kupuje. Podobnie jak przy absorberach kolektorów płaskich te same rury są badane w zastosowaniach wielu producentów. W Europie jest tylko jedna firma produkująca tego typu rury. Natomiast w rurach próżniowych dwuściennych warstwa absorpcyjna jest napylona na zewnętrznej warstwie wewnętrznej rury, a sam absorber jest wewnątrz tej rury oddzielony warstwą szkła. W tym przypadku należałoby sprawdzić, co się dzieje i w jakim stopniu stan stagnacji wpływa na stopień dolegania absorbera do szkła, ale tego się nie robi w tym badaniu.

Ekspozycyjność
Ekspozycyjność (patrz pkt 5.4 normy) polega na badaniu ekspozycji kolektora przez minimum 30 dni o naświetleniu > 14 MJ/m2. Nie jest dozwolone jakiekolwiek uszkodzenie materiału oraz wnikanie wody do wnętrza. Inaczej mówiąc, kolektor przez miesiąc „smaży” się przez miesiąc na słońcu. Skutkiem najważniejszym tego badania jest powolne doprowadzanie kolektora do stanu stagnacji i naturalne studzenie do temperatury otoczenia. Można by zadać pytanie, czy miesiąc wystarczy, aby wyłapać wszystkie niedociągnięcia związane z budową kolektora. Na pewno w tak krótkim okresie nie dojdzie do sytuacji, w której stracą swoje własności uszczelki, odejdzie lakier (jeżeli występuje), czy pęknie rura w kolektorze próżniowym albo cokolwiek innego. Jedynie w kolektorach próżniowych, opartych na zasadzie heat pipe, mogłoby dojść do rozszczelnienia pojedynczej ciepłej rurki ze względu na wytworzenie stosunkowo dużego ciśnienia w stanie stagnacji. Ale jeżeli końce tych rurek są spawane, a nie zagniatane, to nawet to ciśnienie nie jest w stanie rozerwać tej rurki ze względu na małą ilość cieczy zamienianą na parę.

Szok termiczny
* Zewnętrzny szok termiczny (patrz pkt 5.5 normy) polega na wprowadzeniu kolektora w maksymalną temperaturę stagnacji, a następnie na gwałtownym schłodzeniu poprzez spłukanie zimną wodą. Powoduje wystąpienie naprężeń obudowy, jej pokrycia oraz naprężeń w samej płycie absorbera. Nie powinna wystąpić deformacja ani pęknięcie badanego kolektora.

W kolektorach płaskich wanna lub rama kolektora z przymocowanymi plecami to bardzo wiotki element, dopiero szyba nadaje sztywność całej konstrukcji kolektora. Szyba do ramy czy wanny kolektora jest na ogół wklejana na silikon czy poliuretan, a więc bardzo elastyczny materiał. Jeżeli pod wpływem temperatury szyba nieznacznie zwiększy swoje gabaryty, to również rama czy wanna kolektora ulegną niewielkim odkształceniom. Ponieważ kolektor wprowadzany jest w stan stagnacji i absorber osiąga swoją największą temperaturę, to wcale nie znaczy, że tę temperaturę osiągnie wanna czy rama kolektora i szkło, którym jest przykryty kolektor. Szkło kolektora osiąga w tej sytuacji temperaturę ok. 80oC i polewanie zimną wodą nie jest tu w stanie nic zmienić, szkło nie pęknie, bo jest hartowane. Natomiast w uzasadnieniu badania zewnętrznego szoku jest stwierdzenie o naprężeniach samego absorbera. Absorber od spodu jest otulony wełną, natomiast od strony szyby warstwą powietrza. Polewanie zimną wodą kolektora nie spowoduje, że absorber też, tak jak szyba, zostanie natychmiast ostudzony. Zewnętrzny szok termiczny, jak sama nazwa wskazuje, działa degradująco tylko na zewnętrzne elementy. Natomiast kuriozalne jest takie badanie dla kolektora próżniowego. Doprowadzenie do stanu stagnacji kolektora próżniowego nie spowoduje rozgrzania żadnego zewnętrznego elementu (tylko rurki wystające z uszczelki na bocznej ściance będą gorące).

* Wewnętrzny szok termiczny (patrz pkt 5.6 normy) polega na wprowadzeniu kolektora w maksymalną temperaturę stagnacji, a następnie gwałtownym schłodzeniu poprzez przepływ zimnej wody przez absorber. Powoduje wystąpienie naprężeń obudowy, jej przykrycia oraz naprężeń w samej płycie absorbera. Nie jest dozwolone, by wystąpiły jakiekolwiek deformacje lub pęknięcia badanego produktu.

W związku z tym, że kolektory płaskie o harfowej budowie oraz kolektory próżniowe z u-rurką posiadają wiele spawów rurek przymocowanych do siebie, badanie tego typu ma na celu powstanie naprężeń na spawach i wykazanie czy metoda spawania i użyte spoiwo są odpowiednie przy zastosowanym szoku termicznym. Ale aby zbadać czy tak jest faktycznie, nie wystarczy jedna próba – należy przeprowadzić tych prób co najmniej kilkanaście (o ile nie kilkadziesiąt!). Natomiast dla kolektorów płaskich o układzie meandrycznym i kolektorów próżniowych dla heat pipe takie badanie jest bezzasadne, bo absorbery w układzie meandra to jedna rura bez żadnych spawów. Można by się jeszcze zastanawiać, czy pod wpływem takiego szoku nie odleci blacha absorbera przymocowana do samej rurki w kolektorach płaskich. Otóż obecnie rurki odbierające ciepło od absorbera przymocowane są do niego metodą ultradźwiękową lub spawania laserowego. Wykonują to automaty i trudno się spodziewać, aby przy jednorazowej próbie coś się stało. Tu również, jak w poprzednim przypadku, szok wewnętrzny może wpłynąć na wewnętrzne elementy kolektora i twierdzenie o naprężeniach obudowy jest fałszywe. To badanie jest jakby powtórzeniem badania odporności na wysoką temperaturę z elementami szoku termicznego. Swobodnie można by te dwa badania połączyć w jedną całość.

Próba deszczu
Kolejną próbą, którą musi przejść badany kolektor jest badanie na przeciekanie wody deszczowej. Dotyczy to tylko kolektorów z osłonami (patrz pkt 5.7 normy). Nie jest dozwolone wnikanie wody do wnętrza solara. Badanie polega na przeprowadzeniu symulacji deszczu przez 4 godziny we wszystkich kierunkach na obudowę kolektora. Badanie to ma sens w przypadku kolektorów płaskich, gdzie rama kolektora i plecy są składane jako pojedyncze elementy. Jeżeli natomiast podstawą kolektora jest „wanna”, to woda może wniknąć do kolektora jedynie przez uszczelnienie szyby z wanną lub boczne uszczelki rurek zbiorczych, jednak zgodnie z normą muszą istnieć otwory wentylacyjne, tak usytuowane, aby woda deszczowa nie wpływała do środka – patrz norma dotycząca wymagań. Producenci kolektorów znają te wymagania i tak umieszczają otwory wentylacyjne, by nie dopuścić do przenikania wody. Nie są mi znane przypadki, kiedy w obecnie produkowanych kolektorach „puści” uszczelka pod szybą (na ogół szyba jest trwale wklejona do ramy kolektora, a uszczelki są na tyle ciasne, że woda nie wnika do wewnątrz). Natomiast w kolektorach próżniowych takie badanie sprawdza, czy nie zostanie nasiąknięta wełna w magistrali zbiorczej. To samo tyczy się uszczelnień rurek wyprowadzonych na zewnątrz kolektora. I tu, podobnie jak w kolektorze płaskim, stosowanie różnego rodzaju uszczelnień trwale zabezpiecza kolektor przed wnikaniem wody do jego wnętrza. Czasami może się jednak zdarzyć, że po wielomiesięcznej eksploatacji dojdzie do zaparowania kolektora. Jest on wtedy wymieniany, bo na takie usterki producent daje wieloletnią gwarancję, a czterogodzinne intensywne polewanie kolektora wodą jest jednak zbyt krótkie.

Naciski, uderzenia, zamarzanie… 
* Wytrzymałość na obciążenie mechaniczne (patrz pkt 5.9 normy) polega na przeprowadzeniu symulacji możliwych występujących nacisków na kolektor i jego obudowę. Obciążenie jest rzędu 100 kg/m2 (nacisk 1000 Pa). Nie jest dozwolone wystąpienie żadnych deformacji ani uszkodzeń. W kolektorach próżniowych ten test można przeprowadzić jedynie dla obudowy magistrali zbiorczej, której powierzchnia jest niewielka a więc przykładane siły o tej wielkości proporcjonalnie do powierzchni obudowy skutkuje położeniem odważnika 1 kg na nią.
* Próba uderzeniowa (patrz pkt 5.1 normy) bada odporność przykrycia szybowego na uderzenie. Badanie polega na opuszczeniu kulki stalowej o masie 150 g z wysokości 2 metrów na kolektor. Nie jest dopuszczalne wystąpienie jakichkolwiek uszkodzeń (w szybę uderza się również kulkami z lodu o określonej masie i z określoną energią – powstaje pytanie, na ile to odzwierciedla rzeczywiste warunki eksploatacji).

To badanie dla kolektorów próżniowych przeprowadza się tylko, stosując kulki lodowe. Skoro producent rur próżniowych określa wielkość tych kul, gwarantując wytrzymałość, to badanie jest tylko powieleniem tego, co już dawno sprawdził sam producent.
* Badanie dotyczące odporności na zamarzanie przeprowadzane jest tylko w przypadkach określonych w pkt 5.8 normy.
* Temperatura stagnacji (patrz załącznik C normy). W kolektorze płaskim temperaturę stagnacji mierzy się po środku szerokości absorbera oraz na 2/3 wysokości. Natomiast tajemnicą poliszynela jest, gdzie mierzyć temperaturę stagnacji w rurze próżniowej dwuściennej, na jej górze czy zaś na dole. Czy może wybrać średnią z kilku pomiarów na jej długości? Są też pojedyncze rury próżniowe z listkiem absorbera wewnątrz. Zmierzenie tam temperatury stagnacji jest niemożliwe.
* Przegląd końcowy (patrz PN-EN 12975-2:2007, 5.11). Kolektor po przejściu przez 10 stanowisk badawczych jest jeszcze raz oglądany w celu sprawdzenia, czy aby nie umknęły nam jakiekolwiek usterki. Następnie jest wystawiany zbiorczy protokół badań i kolektor może uzyskać znak handlowy Solar Keymark.

To już koniec…
W tym miejscu należy się zastanowić, które z tych badań potwierdzą nam braki w produkcji kolektora, a w szczególności kolektora próżniowego, co do którego zastosowane metody badań są niezasadne i nic nowego nam nie wnoszą. Te same badania każdy producent przeprowadza we własnym zakresie, zdając sobie sprawę z faktu udzielenia wieloletniej gwarancji. Proszę zwrócić uwagę, że są to badania nieniszczące, a więc właściwie nie wiadomo, jak daleko można posunąć się do przykładanych sił, stosowania wysokich oraz niskich temperatur, czasu polewania wodą. Śmiem twierdzić, że te badania są tak ustawione, aby każdy kolektor je przeszedł. Proszę zwrócić uwagę, z jakich materiałów budowane są kolektory: jest to aluminium, miedź, stal nierdzewna, szkło, wełna, uszczelki. Każdy z tych materiałów produkowany jest według norm. Produkcja kolektora sprowadza się do praktycznie jego poskładania jak klocki lego. Jedynym wrażliwym elementem kolektorów płaskich (harfa), jak i próżniowych, są spawy rurek wewnątrz kolektora, ale w tym przypadku to producent sam w procesie produkcji sprawdza szczelność połączeń, bo wypuszczenie cieknącego kolektora może go drogo kosztować (a więc jest to w jego interesie). Nawet Polskie Centrum Akredytacji, które wydaje Świadectwa zgodności z normą na kolektory słoneczne, nakazuje i sprawdza stanowisko do badań szczelności u producenta. Ponieważ kolektor jest urządzeniem, które jest narażone na ciągle zmieniające się warunki atmosferyczne, tego typu badania nie są w stanie uzmysłowić nam w tak krótkim czasie badań, czy kolektor „dożyje” wieloletniego czasu eksploatacji, a jest on niemały, bo założenia mówią o 20-30 latach żywotności kolektora. Na koniec można by zadać pytanie, czy właściciele znaku Solar Keymark nie zdają sobie z tych wszystkich wad badawczych sprawy (w szczególności kolektorów próżniowych), tym bardziej, że uzyskanie znaku wiąże się z kosztami na poziomie ok. 10 tys. euro, które to w kosztach kolektora ponosi końcowy użytkownik. Otóż jak najbardziej zdają sobie z tego sprawę, wyrażając to na swojej stronie internetowej, wiedząc o dużych brakach w metodach badań.

Myślę, że już nadszedł czas na zastanowienie się, czy nie należy wprowadzić innych badań, w tym niszczących, które to odzwierciedlałyby rzetelne badania mechaniczne, jak i cieplne kolektorów słonecznych – inne dla kolektorów płaskich, inne dla próżniowych. Trzeba też postawić nieco większą poprzeczkę kolektorom miernej jakości.

Witold Jabłoński

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