Kolektory słoneczne. Wymagania i certyfikaty

Wymagania wobec trwałości

Kolektory słoneczne muszą być odporne na wszystkie oddziaływania mogące wystąpić w trakcie eksploatacji, a jednocześnie po wystąpieniu takiego oddziaływania powinny być nadal zdolne do działania. Zgodnie z normą PN-EN 12975-1:2004 [1] zaleca się, by obudowa kolektora była wodoszczelna, co zapobiegnie wnikaniu wody deszczowej. Wewnątrz kolektora nie powinna się zbierać skraplająca się woda, może to bowiem wpływać na funkcjonalność i trwałość urządzenia. Dlatego kolektor powinien mieć obudowę umożliwiającą przewiew powietrza.

Wszystkie elementy kolektora muszą być zaprojektowane i wykonane tak, by wytrzymały maksymalną temperaturę oraz naprężenia, które mogą wystąpić podczas stagnacji oraz szoku termicznego. Zaleca się, aby materiały, z których wykonany jest kolektor, były odporne na działanie promieniowania UV. Jeśli nie można tego zalecenia spełnić, materiały te muszą być zabezpieczone przed działaniem promieniowania.

Wszelkie przewody znajdujące się wewnątrz kolektora muszą być tak skonstruowane, aby nie dochodziło do przecieków na skutek rozszerzalności cieplnej, jednocześnie należy unikać mostków cieplnych między absorberem a obudową. Absorbery kolektorów słonecznych muszą być wykonane z materiałów, które są odporne na czynniki mechaniczne, cieplne oraz chemiczne.

Norma zaleca zastosowanie takich procesów produkcyjnych jak cięcie, lutowanie, spawanie itp. Absorbery powinny być tak zaprojektowane i skonstruowane, aby umożliwić odpowietrzenie układu podczas eksploatacji, powinny być również odporne na korozję.

Absorbery należy wymiarować z uwzględnieniem współczynnika bezpieczeństwa, wynoszącego 1,5 wartości dopuszczalnego nadciśnienia roboczego określonego przez producenta. Zatem jeśli producent podaje wartość dopuszczalną 20 barów, absorber powinien wytrzymać co najmniej 30 barów.

Osłony przezroczyste kolektorów (szyby) powinny być odporne na zmieniające się warunki pracy (np. szok termiczny), promieniowanie UV, zanieczyszczenia powietrza, dużą wilgotność i skropliny i nie powinny zmieniać przezroczystości w trakcie użytkowania kolektora. Materiały izolacyjne powinny być odporne na miejscowy wzrost temperatury w wyniku stagnacji, zaleca się, aby w tej temperaturze nie występowało topnienie, kurczenie się lub odgazowanie izolacji wraz z postępującą kondensacją wewnątrz osłony kolektora.

Niezbędne badania

Zgodnie z normą PN-EN 12975-2:2006 [2] kolektory słoneczne powinny zostać poddane badaniom:

• ciśnienia wewnętrznego w absorberze,
• odporności na wysoką temperaturę,
• ekspozycyjności,
• zewnętrznego szoku termicznego,
• wewnętrznego szoku termicznego (badania zewnętrznego i wewnętrznego szoku termicznego mogą być połączone z badaniami odpornościna wysoką temperaturę lub badaniem ekspozycyjności),
• przeciekania spowodowanego deszczem (tylko dla kolektorów z osłonami),
• obciążenia mechanicznego,
• odporności na zamarzanie (tylko dla przypadków określonych w normie 12975-2),
• przeglądu końcowego.

Na życzenie możliwe jest przeprowadzenie testu odporności na uderzenie. Poza tymi podstawowymi badaniami wykonywane są również badania wydajności cieplnej cieczowych kolektorów słonecznych. Podczas pełnych badań (zleceniodawca ma prawo wybrać zawężony zakres badań) określa się krzywą sprawności kolektora, efektywną pojemność cieplną, stałą czasową oraz współczynnik korekcji kąta padania promieni słonecznych. Badana jest również krzywa oporów przepływu kolektora słonecznego

Jedynie kolektor, który pomyślnie przejdzie wszystkie badania, może być uznany za spełniający wymagania. W trakcie badań nie może dojść do przecieków, wełna mineralna nie może odgazowywać w wyniku działania wysokiej temperatury i nie może dochodzić do zaparowania szyby kolektora na powierzchni większej od określonej przepisami.

Także rurki przepływowe nie powinny oddzielić się od arkusza absorbera, a rama kolektora powinna być szczelna i uniemożliwiać przedostanie się wilgoci do wnętrza urządzenia. Szyba kolektora musi być odporna na gradobicie, a dodatkowo powinna spełniać wymaganie bezpieczeństwa, co oznacza, że w trakcie pękania musi rozsypać się na drobne kawałki, aby nie stanowić zagrożenia dla otoczenia.

Instytucje, które udzielają dofinansowania do kolektorów słonecznych, często wymagają, aby urządzenia te miały określone parametry (np. współczynnik sprawności przekraczający 80%). Wiąże się to z przeprowadzeniem badań wydajności kolektorów w akredytowanych instytucjach badawczych (zgodnie z wymienioną normą PN -EN 12975-2:2006).

Warto zaznaczyć, że instytucje przeprowadzające kompleksowe badania kolektorów słonecznych na każdym wydanym dokumencie poświadczającym pozytywny wynik badań lub uzyskane parametry dodają następującą klauzulę: „podane w certyfikacie dane dotyczą jedynie kolektora, który dostarczony został przez zleceniodawcę do badań. Rzeczywiste osiągi kolektora mogą znacznie odbiegać od podanych w certyfikacie”.

Identyfikacja urządzeń

Każdy kolektor słoneczny musi być oznakowany w sposób widoczny i trwały. Na tabliczce znamionowej kolektora powinny się znaleźć następujące dane: nazwa producenta, typ kolektora, numer seryjny, rok produkcji, pole całkowitej powierzchni kolektora, maksymalne ciśnienie robocze, temperatura stagnacji przy 1000 W/m² i temperaturze 30°C, objętość płynu przenoszącego ciepło, masa kolektora netto (nienapełnionego cieczą) oraz informacja o miejscu produkcji. Do kolektora można dołączyć deklarację zgodności. Jest to stwierdzenie producenta lub w imieniu producenta, że wyrób spełnia wymagania normy PN-EN 12975-1.

Instrukcje dla instalatora

Do kolektorów słonecznych, które sprzedawane są jako samodzielne urządzenia, powinna być dołączona instrukcja dla instalatora. Jeżeli sprzedawane są one w zestawie solarnym, instrukcja może dotyczyć całej instalacji i wówczas nie jest wymagana oddzielna instrukcja dla kolektora. Informacje niezbędne w każdej instrukcji to:

• wymiary i masa kolektora,
• instrukcja transportu i przenoszenia,
• zalecenia wobec ochrony odgromowej,
• informacje o sposobie łączenia kolektorów między sobą oraz o łączenia kolektorów w pola, łącznie z uwzględnieniem wymiarów połączeń rurowych dla podzespołów o łącznej powierzchni do 20 m²,
• zalecenia wobec płynu przenoszącego ciepło (również wobec korozji),
• opis środków ostrożności podczas napełniania, eksploatacji oraz obsługi,
• maksymalne ciśnienie robocze, krzywa spadku ciśnienia, maksymalny i minimalny kąt nachylenia kolektora,
• zalecenia eksploatacyjne.

Jeśli kolektor jest sprzedawany jako część składowa bezpośrednio odbiorcy, cała dokumentacja dotycząca bezpieczeństwa osób, eksploatacji i obsługi urządzeń powinna być udostępniona klientowi w języku kraju, w którym kolektor został sprzedany. Zatem nieuzasadnione są wymagania polskich firm, zwłaszcza handlowych, które kupując w Polsce kolektory u producenta, żądają dokumentów w obcym języku, bo zamierzają je sprzedać za granicą.

Certyfikat uzysku energetycznego

W wielu krajach, które zdecydowały się na wspieranie rozwoju odnawialnych źródeł energii (np. w Niemczech i Hiszpanii), dofinansowuje się jedynie takie instalacje, w których zastosowano kolektory słoneczne mające certyfikat uzysku energetycznego.

Zdarza się, że wymóg taki znajduje zastosowanie również w Polsce. Producent lub dystrybutor kolektora słonecznego wysyła swoje produkty do upoważnionej instytucji badawczej w celu uzyskania odpowiedniego dokumentu poświadczającego, że badany kolektor uzyskał wymagany poziom uzysku energetycznego. Pod tym pojęciem kryje się cytowana przez producentów i firmy handlowe „magiczna wartość” 525 kWh/m²rok (średnioroczny uzysk energetyczny kolektora słonecznego przekracza wartość 525 kWh z jednego m² powierzchni czynnej kolektora).

Jednak instytucja badawcza nie bada kolektora na przestrzeni całego roku, lecz wykonuje symulację całorocznych warunków pracy kolektora na stanowisku badawczym, a następnie za pomocą stosownego programu komputerowego określa „osiągi referencyjnej instalacji kolektorów”. Pod tym pojęciem kryją się następujące założenia:

• lokalizacja instalacji: Würzburg (położenie 49°47’18” North, 9°53’21” East),
• pogoda: TMY (Typical Meteorological Year) albo ekwiwalentne dane pogodowe,
• usytuowanie kolektorów na południe, nachylenie odpowiednie do szerokości geograficznej, powierzchnia kolektorów jest tak dobrana, aby
• wskaźnik pokrycia solarnego wynosił 40%, parametry kolektorów przyjmuje się z certyfikatu będącego wynikiem badań przez uprawnioną jednostkę, przepływ masowy identyczny jak w trakcie badań, zastępczo 50 l/m²h, medium robocze takie jak w trakcie badań albo mieszanina wody i glikolu polipropylenowego o zawartości 30% glikolu, sterownik włącza pompę przy różnicy temperatur w wysokości 2 K pomiędzy temperaturą medium roboczego u wylotu kolektora a temperaturą zasobnika w obszarze wymiennika ciepła,
• przewody instalacji: zasilanie i powrót po 7,5 m długości wewnątrz i na zewnątrz budynku, na rurze DN 16, w izolacji o grubości 25 mm (λ = 0,04 W/Km); straty ciepła liczone z uwzględnieniem temperatury wewnątrz pomieszczenia oraz temperatury powietrza na zewnątrz budynku,
• wymiennik ciepła: zanurzony wymiennik z gładkimi rurami o znanych parametrach (współczynnik kA wynoszący 400 W/K [±15%] przy temperaturach 42°/40°C na króćcu wlotowym i wewnątrz zasobnika), zasobnik o pojemności 300 litrów, współczynnik strat ciepła włącznie z kołnierzami
• zasobnika: 2,2 W/K, stosunek wysokości do średnicy: 2,5, pojemność dyspozycyjna: 135 l przy 47°C,
• temperatura zimnej wody: 10°C, temperatura
• wewnątrz pomieszczeń: 15°C, standardowy pobór ciepłej wody 200 l/dobę przy 45°C (jeśli temperatura przekracza 45°C, następuje pomieszanie z zimną wodą do temperatury 45°C, odpowiada to energii 2950 kWh/a, przyjęto jednostkowy pobór 10 l/min),
• profil poboru: o godz. 7 i 19 po 40% i 20% o godz. 12.

Instytucje badające kolektory słoneczne mają laboratoria wewnętrzne i zewnętrzne, co oznacza, że kolektory bada się na stanowiskach bezpośrednio wystawionych na działanie promieni słonecznych lub też w budynkach, naświetlając je strumieniem światła symulującym promieniowanie słoneczne. Niektóre instytuty mają stanowiska wewnętrzne i zewnętrzne, co pozwala na uniezależnienie się od warunków pogodowych.

W przypadku tych instytucji (np. niemieckiego instytutu ISFH w Hameln) możliwe jest po wykonaniu testów wewnętrznych uzyskanie certyfikatu tymczasowego do czasu wykonania badań zewnętrznych. Certyfikatem tymczasowym posługiwać się można tak jak certyfikatem końcowym w określonym przez instytut terminie. Termin ten jest identyczny z terminem wydania certyfikatu ostatecznego.

W praktyce parametry podane w certyfikacie tymczasowym nie odbiegają znacząco od podanych w certyfikacie końcowym. Wynika to z tego, że instytucja taka, badając kolektory od wielu lat, ustaliła korelację pomiędzy wynikami badań na obu stanowiskach i może sobie pozwolić na wydanie w pełni rzetelnego certyfikatu tymczasowego.

Solar Keymark

Znak jakości Solar Keymark wprowadzono z myślą o wyróżnieniu producentów kolektorów słonecznych, zgodnych z obowiązującymi w tym zakresie normami europejskimi. Z rozpowszechnianej przez Europejskie Stowarzyszenie Przemysłu Kolektorów Słonecznych (ESTIF) ulotki wynika, że podstawą programu certyfikacyjnego jest kontrola produktów na bazie zgodności z obowiązującymi normami europejskimi oraz kontrola jakości wg ISO 9000.

Instytucją, która zajmuje się przyznawaniem tego oznaczenia, jest między innymi berlińska spółka DIN CERTCO, która została uznana za neutralną, niezależną i kompetentną instytucję certyfikującą. Solar Keymark uzyskać można również w innych instytucjach wyznaczonych przez stowarzyszenie ESTIF: CERTIF (Portugalia), ICIM (Włochy), ELOT (Grecja), KIWA (Holandia) oraz SP (Szwecja).

Aby uzyskać Solar Keymark, niezbędne jest wykonanie pełnego zestawu badań zgodnie z wymaganiami normy PN-EN 12975-2:2006 przez akredytowaną w DIN CERTCO instytucję badawczą. Po pozytywnym przejściu badań DIN CERTCO wizytuje zakład produkcyjny oraz bada typ kolektora, wizytacje te odbywają się regularnie.

Producent powinien legitymować się systemem kontroli jakości produkcji uwzględniającym zalecenia normy EN ISO 9001. System taki podlega całorocznemu nadzorowi, a w odstępach dwóch lat poszerzany jest o kontrolę produktu. Na stronie inetrnetowej Europejskiego Instytutu Normalizacji [3] znaleźć można informacje o Keymarku w kontekście zgodności z normami europejskimi. Natomiast na stronie stowarzyszenia ESTIF [4] znajduje się lista kolektorów słonecznych, które mają znak Solar Keymark.

Kolektory jako element systemu grzewczego

Kolektory słoneczne stanowią element składowy zestawu solarnego, muszą więc spełniać również wymagania całego systemu. Podlegają zatem wymaganiom normy PN-EN 12976-1 [5]. W normie tej znajdują się wymagania ogólne stawiane instalacjom solarnym: przydatność jako element instalacji wody pitnej (zgodność z normą EN 806-1), zabezpieczenie wody przed skażeniem, odporność na zamarzanie i korozję, zabezpieczenie przed zbyt wysokimi temperaturami, zwłaszcza w kontekście możliwego oparzenia się użytkownika, bezpieczeństwo elektryczne oraz ciśnieniowe (konieczność zastosowania armatury zabezpieczającej). Norma opisuje również wymagania wobec elementów składowych zestawu solarnego. W przypadku kolektorów słonecznych dotyczy to oczywiście wymagań objętych normą PN-EN 12975-1.

Producenci konstrukcji mocujących kolektory słoneczne powinni kierować się zaleceniami normy EN 1993-1-1 (konstrukcje stalowe) i EN 1999-1-1 (konstrukcje wykonane z aluminium). Unia Europejska zaleca stosowanie przy projektowaniu tych konstrukcji tak zwanych Eurokodów dla naporu wiatru i ciężaru śniegu. W normie ujęte są także wymagania wobec przewodów rurowych, wymienników ciepła, regulatorów oraz urządzeń zabezpieczających, a także opisów (tabliczki znamionowe, plakietki itd.).

Norma precyzuje również, jaka dokumentacja winna być dostarczana wraz ze sprzedawanym zestawem solarnym. Dokumentacja ta powinna zawierać część przeznaczoną dla instalatora oraz osobną część dla użytkownika instalacji solarnej. Instalacja solarna może być poddana badaniom wydajności zgodnie z PN-EN 12976-2 [6]. Dokument ten opisuje metody badawcze związane z wymaganiami ogólnymi dotyczącymi podzespołów instalacji solarnych.

Norma PN-EN 12976 cz. 1 i 2 dotyczy urządzeń wykonywanych fabrycznie. Są to zwykle gotowe instalacje do użytku domowego służące przygotowaniu ciepłej wody użytkowej. W przypadku gdy instalacje do przygotowania c.w.u. oraz/lub do wspomagania ogrzewania wykonywane są w oparciu o indywidualną dokumentację projektową z indywidualnymi elementami składowymi (najczęściej dotyczy to dużych instalacji), zastosowanie znajdą również przepisy normy ENV 12977 [7] i jej elementy: wymagania ogólne, metody badań i badanie wydajności zasobników ciepłej wody użytkowej.

Podsumowanie

W artykule zestawiono wymagania, które w myśl obowiązujących przepisów stawiane są słonecznym systemom grzewczym, ze szczególnym uwzględnieniem kolektorów słonecznych. Informacje te kierowane są do użytkowników instalacji solarnych i instalatorów. Ustawodawcy uznali, że jedynie zestawy solarne spełniające wszystkie wymagania norm branżowych stanowią gwarancję jakości i bezawaryjnej pracy kolektorów słonecznych. Jednak w praktyce nawet najlepsze unormowania i przepisy prawa nie ustrzegą przed awariami i usterkami.

Literatura

1. PN-EN 12975-1:2004 Słoneczne systemy grzewcze i ich elementy. Kolektory słoneczne. Część 1: Wymagania ogólne.
2. PN-EN 12975-2:2006 Słoneczne systemy grzewcze i ich elementy. Kolektory słoneczne. Część 2: Metody badań.
3. www.cen.eu.
4. www.estif.org/solarkeymark.
5. PN-EN 12976-1 Słoneczne systemy grzewcze i ich elementy. Urządzenia wykonywane fabrycznie. Część 1: Wymagania ogólne.
6. PN-EN 12976-2 Słoneczne systemy grzewcze i ich elementy. Urządzenia wykonywane fabrycznie. Część 2: Metody badań.
7. ENV 12977 Słoneczne systemy grzewcze.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!