Kolektor dobrej jakości

Przy wyborze kolektorów nie należy się ograniczać do jednego wybranego kryterium, np. ceny, gdyż istotne może być w poszczególnych przypadkach wiele innych czynników. Im więcej uzyska się szczegółowych i potwierdzonych dokumentami informacji, tym wybór staje się łatwiejszy. Do najważniejszych kryteriów doboru należą: wiarygodność dokumentacji technicznej kolektora, jego uzysk energetyczny poświadczony przez renomowaną instytucję badawczą poprzez nadanie znaku jakości, np. Solar Keymark, cena odniesiona do wydajności, jakość elementów kolektora, możliwość integracji urządzeń z istniejącą substancją budowlaną oraz łatwość montażu.

Uzysk energetyczny kolektora słonecznego jest jednym z argumentów decydujących o zakupie. Należy jednak pamiętać, że roczne uzyski energetyczne kolektora oraz ich rozkład na przestrzeni roku kalendarzowego nie mogą być analizowane bez uwzględnienia całego systemu solarnego. Aby porównać działanie różnych urządzeń, niezbędne jest zastosowanie identycznych komponentów instalacji solarnej i wartości rozbioru ciepła, trzeba też użyć tego samego programu obliczeniowego.

Dostawcy starają się pozyskać klientów, prezentując wysoką sprawność oferowanych urządzeń, nie precyzując jednocześnie, o jaką sprawność chodzi. Dlatego stosowanie współczynnika konwersji, czyli sprawności optycznej kolektora jako jedynego kryterium wyboru jest nieporozumieniem.Należy jednocześnie podkreślić, że przeprowadzenie szczegółowych badań kolektora słonecznego przez odpowiednią instytucję jest oceną jedynie egzemplarza dostarczonego do badań, co oznacza, że produkt oferowany klientom może czasem różnić się od badanego. Dlatego tylko rzetelna polityka producentów zmierzająca do uzyskania powtarzalności produkcji kolektorów słonecznych stanowi rękojmię ich jakości.Zdecydowana większość producentów kolektorów dostarcza urządzenia odpowiedniej jakości.

Urządzenia takie charakteryzuje m.in. [1]:

• obudowa zamknięta, chroniąca urządzenie przed przedostaniem się do jego wnętrza zanieczyszczeń i wilgoci,
• konstrukcja zapewniająca wentylację, tj. możliwość ekspansji cieplnej powietrza w urządzeniu (umożliwiającej wyrównanie ciśnień we wnętrzu kolektora i na zewnątrz), co w dużym stopniu zapobiega zaparowywaniu urządzenia,
• absorber wysokiej jakości połączony z rurkami przepływowymi w sposób pozwalający na kompensację wydłużeń (uniemożliwione jest oddzielenie się rurek od absorbera),
• szyba przykrywająca kolektor płaski oraz szkło rur próżniowych ze szkła solarnego, które w momencie rozbicia rozpada się na wiele fragmentów, niestanowiących zagrożenia dla użytkownika,
• izolacja cieplna zgodna z normami i nieemitująca chlorowców podczas procesu wygrzewania.

Cena

Powszechne przekonanie, że kolektor tańszy jest „gorszy” od droższego, jest pewnym uproszczeniem. Aby porównać kolektory pod tym względem, kierować się można cenami jednostkowymi (powierzchni czynnej kolektora lub uzysku energetycznego), ale nie należy zapominać o cenie konstrukcji mocującej kolektor, która może odgrywać niebagatelną rolę. Zawsze warto zastanowić się, czy tani kolektor z zestawem montażowym gwarantuje spełnienie wszystkich wymagań określonych przepisami, czy też został może zbudowany po to, by swoją atrakcyjną ceną przyciągnąć klientów.

Do elementów kolektora płaskiego w największym stopniu decydujących o jego cenie należą:

• blacha miedziana lub aluminiowa z naniesioną powłoką selektywną, czarnym chromem lub inną powłoką,
• sposób łączenia blachy z rurkami przepływowymi (lutowanie, łączenie za pomocą ultradźwięków czy lasera),
• szyba hartowana solarna,
• rury miedziane (układ w kształcie harfy, meandrów),
• rama kolektora z dnem i pokrywą,
• izolacja cieplna.

Z powyższego zestawienia wynikają również jasno możliwości ewentualnego obniżenia kosztów produkcji kolektorów – na przykład przez zastosowanie powłoki absorpcyjnej niemającej cech powłoki wysoko selektywnej czy cieńszej blachy. Tylko nierzetelny producent okaże w takim wypadku certyfikat produktu niebędącego identycznym z tym, który sprzedaje.

Jednym z najniebezpieczniejszych rozwiązań zmierzających do obniżenia kosztów produkcji może być zastosowanie szyby, która nie spełnia wymagań stawianych szybom solarnym (certyfikuje je szwajcarski instytut w Rapperswil) i nie jest bezpieczna. Taka szyba o gorszej jakości może nie wytrzymać np. gradobicia, a jeśli pęknie, stanowić będzie również zagrożenie dla otoczenia.

Nieuczciwi producenci kolektorów mogą obniżać koszty np. przez zastosowanie mniejszej liczby rur miedzianych na jednostkę powierzchni kolektora, zmniejszenie średnic rur lub zmianę grubości ich ścianek. Zdarzały się przypadki budowy ramy kolektora z profilu o zmniejszonej grubości, zastosowania niewystarczającej warstwy izolacji cieplnej, a nawet izolacji niespełniającej wymagań techniki solarnej.

Do ekstremalnych przypadków zaliczyć też można zastosowanie lutu złej jakości, a także przyspieszanie procesu łączenia blachy z rurkami przepływowymi za pośrednictwem ultradźwięków poprzez ustawienie niewłaściwych parametrów. Dużo „zaoszczędzić” można na konstrukcjach mocujących kolektory – zdarzało się nawet, że pod naporem wiatru takie urządzenia spadały z dachów. Dlatego tak ważne jest zwrócenie uwagi na jakość wymienionych elementów.

Jednak nie zawsze niska cena kolektorów powinna od razu budzić uzasadnione podejrzenia klientów. Powszechnie znany jest również fakt, że dużym producentom proponuje się częściej materiały w lepszych cenach, z większymi rabatami, niż firmom, które dopiero zaczynają produkcję. Z tego powodu nie można twierdzić, że kolektor tańszy jest zawsze gorszy od urządzenia kosztowniejszego.

W przypadku kolektorów próżniowych należy rzeczywiście szczegółowo przeanalizować ceny urządzeń, gdyż ich rozrzut jest znacznie większy niż kolektorów płaskich. Trzeba przede wszystkim zastanowić się, czy konsekwencją niskiej ceny kolektora nie będzie jego krótka żywotność, szybka utrata sprawności albo uszkodzenie.

Wbrew pozorom przypisywanie złej jakości solarom produkowanym w Chinach może się często okazać niesprawiedliwe. Wiele renomowanych zachodnich firm sprowadza kolektory słoneczne z tego kraju, a dla zadbania o ich odpowiednią jakość transferuje do Chin swoje technologie i nadzoruje produkcję.

Dzięki temu do naszego kraju trafiają chińskie kolektory, których jakość jest zadowalająca, co pozwala nazwać je atrakcyjnymi cenowo (w odróżnieniu od kolektorów tanich, ale niskiej jakości). Jednak efektem braku nadzoru nad produkcją kolektorów próżniowych mogą być np.: rozszczelnione rury próżniowe, rurki grzewcze wykonane z miękkiej miedzi, niezadowalający poziom „próżni” w rurkach grzewczych, słaba izolacja cieplna komory zbiorczej czy aluminiowe elementy przewodzące ciepło z rurek przepływowych o geometrii niezapewniającej efektywnego przewodzenia ciepła (fot. 1 i 2).

Stagnacja

Stagnacja jest zjawiskiem naturalnym, w przypadku gdy występuje duże nasłonecznienie, a użytkownik instalacji solarnej nie korzysta z energii słonecznej. W takiej sytuacji temperatura ciepłej wody użytkowej w zasobniku osiąga wartość maksymalną, a regulator nie ma stosownych opcji zabezpieczających lub napięcia zasilającego. Nieodbieranie ciepła z kolektorów prowadzi do występowania w nich bardzo wysokich temperatur. Ponieważ znacznie przekraczają one temperaturę wrzenia medium grzewczego, zawierającego zwykle glikol polipropylenowy i wodę, występuje wtedy zjawisko wyparowywania cieczy i wypychania gorącego medium z kolektorów.

Jeżeli urządzenia mają konstrukcję umożliwiającą łatwe wydostawanie się medium poprzez króćce przyłączeniowe (tzw. kolektory łatwo opróżniające się), to niebezpieczeństwo pozostania resztek płynu w kolektorach i w konsekwencji ich rozkładu jest ograniczone. Jednak gdy medium ulegnie rozkładowi, dojść może do zwężenia przekroju rurek przepływowych, a nawet ich zatkania. Rozkładające się medium powoduje zwiększone opory przepływu, zwłaszcza jeśli w instalacji zastosowano np. filtry osadnikowe. Zwiększone opory wiążą się z przyspieszonym zużyciem elementów – problem ten dotyczy szczególnie urządzeń, w których ze względu na koszty zmniejszono średnice rurek przepływowych.

Instalatorzy, którzy decydują się na minimalizację średnicy rur, muszą się liczyć z konsekwencjami takiego kroku. Np. redukcja średnicy z 18 mm (pojemność jednostkowa rur: 0,201 dm³/m) do 15 mm (pojemność: 0,133 dm³/m) prowadzi do zmniejszenia objętości płynu w obszarze stagnacji, a co za tym idzie do powstania znacznie wyższych temperatur i zwiększenia ich zasięgu. Z prostego wyliczenia wynika, że jeżeli temperatura na określonym odcinku rur o średnicy 18 mm wzrośnie o 100 K, to po zmniejszeniu średnicy przyrost ten może przekroczyć 150 K.

Wskutek stagnacji naczynie wzbiorcze znaleźć się może w strefie działania wysokich temperatur i żeby oddzielić je od tej strefy, nie należy stosować zaworu z wkładem z tworzywa sztucznego. Do najprostszych sposobów ochrony naczynia należy zastosowanie np. przednaczynia, chłodnicy powietrznej lub wodnej czy dłuższego karbowanego węża przyłączeniowego.

Producenci kolektorów powinni w dokumentacji technicznej swoich produktów określać, w jaki sposób ich urządzenia zachowują się w przypadku wystąpienia zjawiska stagnacji i jak oferowane przez nich zestawy solarne są przed nią zabezpieczone.

Zastosowanie w systemach drain-back

Kolektory słoneczne stosowane są coraz częściej w systemach drain-back, w których medium roboczym jest woda użytkowa. Praca tych systemów polega w uproszczeniu na tym, że w momencie gdy kolektory słoneczne mają temperaturę niższą od temperatury wody użytkowej w zasobniku c.w.u., woda spływa z nich do specjalnego zasobnika. W kolektorach pozostaje powietrze. Gdy kolektory zostaną ogrzane, uruchamia się pompa solarna, tłoczy wodę z zasobnika ciepłej wody użytkowej do kolektorów i wypycha tym samym powietrze do wspomnianego dodatkowego zasobnika, a woda dostaje się do zasobnika c.w.u. Systemy te wymagają, by możliwe było całkowite opróżnienie kolektorów z cieczy. Ponieważ na przykład w kolektorach z harfą dzieloną lub meandrem pionowym nie jest to możliwe, więc urządzeń tych nie można zastosować w systemie drain-back, co może być uznane za ich wadę. Należy również zaznaczyć, że kolektory te należą do grupy urządzeń nieułatwiających opróżniania, są więc mało odporne na stagnację.

Kolektorów takich nie można także zastosować bez dodatkowych zabezpieczeń w letnich instalacjach basenowych z bezpośrednim podgrzewem wody przez instalację solarną. Po okresie letnim trzeba je opróżnić z wody, aby nie doszło do jej zamarznięcia w środku urządzeń, a co za tym idzie do rozsadzenia rurek przepływowych. Opróżnienie jest możliwe w tym wypadku jedynie poprzez wykonanie przedmuchania kolektorów. Innym rozwiązaniem, które chroni instalację solarną przed tym problemem, a także przed nadmiernym wzrostem ciśnienia w instalacji, gromadzeniem się poduszek powietrznych i zanieczyszczeniem zaworów zwrotnych, jest zastosowanie urządzenia o nazwie drain-master, służącego do efektywnego opróżniania pola kolektorów słonecznych z medium roboczego.

Prace montażowe

Nie wszyscy producenci kolektorów słonecznych dbają o to, by ich urządzenia wyposażone były w uchwyty ułatwiające transport i usytuowanie na miejscu montażu. Standardem powinno być wyraźne oznaczenie „góry” i „dołu” kolektora (jest to wymóg europejski). Również elementy wystające poza obrys kolektora i mogące ulec uszkodzeniu, np. w trakcie montażu lub transportu, powinny być chronione.

W sytuacji, gdy kolektor trzeba w całości przetransportować, montować w miejscach trudno dostępnych lub w warunkach ograniczonej przestrzeni, decydujące znaczenie może mieć jego wielkość i ciężar. W takim przypadku idealny może się okazać kolektor dostarczany w podzespołach. Na tym tle pozytywnie wyróżniają się próżniowe kolektory słoneczne z rurką grzewczą (heat-pipe), gdyż można je zamontować bez konieczności transportu gotowego kolektora na dach budynku.

Umożliwia to nawet małej firmie wykonanie prac instalatorskich bez użycia specjalnych urządzeń, takich jak np. wciągarka. Niebagatelną rolę w przypadku dużych instalacji odgrywać będzie liczba prac montażowych związanych z łączeniem kolektorów w moduły. Kolektory o dużej powierzchni czynnej łączone w szereg mają pod tym względem przewagę. W razie konieczności umieszczenia kolektorów w miejscach wyznaczonych przez architekta lub użytkownika, który sformułował specyficzne wymagania, dużą rolę może odgrywać konstrukcja urządzenia, które trzeba będzie np. zintegrować z połacią dachu, posadowić poziomo lub „wykonać z niego zadaszenie”. Posiadanie w ofercie kolektora w wersji pionowej i poziomej, o różnych gabarytach, to również zaleta dająca możliwość łatwego dopasowania urządzenia do warunków lokalizacyjnych.

Podsumowanie

Wybór i zakup odpowiedniego kolektora słonecznego wiąże się z koniecznością przeprowadzenia pogłębionej analizy techniczno-ekonomicznej. Niejednokrotnie walory techniczne przesłaniane są przez cenę urządzenia, którą zwykle kierują się przy wyborze klienci. Zdarza się, że wymagania użytkownika narzucają wybór kolektora konkretnego typu, inne bowiem nie spełniają tych wymogów. Nie ma racji bytu udowadnianie wyższości kolektora płaskiego nad próżniowym, jeśli instalacja solarna wymaga uzyskania temperatur, których kolektor płaski nie jest w stanie uzyskać. Z kolei nie należy opiewać zalet kolektora próżniowego, którego jakość budzi wątpliwości, a zatem wzrasta prawdopodobieństwo jego przyszłego defektu.

Kupując kolektor słoneczny, nie zaszkodzi również „prześwietlić” handlowca – czy nie udziela on gwarancji na okres znacznie dłuższy, niż istnieje jego firma, i czy ma wystarczająco duże doświadczenie w branży grzewczej lub odpowiednią na ten temat wiedzę. Tak jak w każdym innym przypadku, również przy kupnie kolektora warto zaufać producentom o uznanej marce.

Literatura

1. Centrum Promowania Innowacji w Energetyce, Biuletyn innowacyjny CEPRIN, Wrocław 2007, www.ceprin.wroc.pl.
2. Bundesindustrieverband Deutschland Haus-, Energie- und Umwelttechnik e.V., Informationsblatt Nr. 17.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!