Kwestia równoważności kolektorów słonecznych w przetargach publicznych

Do parametrów tych należą najczęściej: rodzaj, sprawność optyczna kolektora słonecznego, współczynnik liniowy i kwadratowy strat cieplnych kolektora, wymiary, masa kolektora nienapełnionego cieczą, układ hydrauliczny czy rodzaj ramy. Jak ocenić, czy dany kolektor słoneczny można uznać za równoważny i spełniający wymagania specyfikacji?

Parametry cieplne kolektora słonecznego

Zdecydowana większość przetargów dotyczy instalacji przygotowania ciepłej wody użytkowej w budynkach indywidualnych. Przetargi takie organizowane są przede wszystkim przez gminy. Wyboru dokonuje się głównie pomiędzy kolektorami słonecznymi płaskimi i rurowymi (próżniowymi), płaskie kolektory próżniowe wybierane są bardzo rzadko.

W ogłoszeniach przetargowych oraz specyfikacjach istotnych warunków zamówienia wyraźne jest preferowanie przez zamawiającego konkretnego rodzaju kolektora słonecznego. Przetarg ogłaszany jest albo na kolektory płaskie, albo na rurowe (próżniowe).

Czy ograniczanie liczby konkurentów z uwagi na rodzaj zastosowanego kolektora słonecznego jest słuszne? Gmina, zakładając zastosowanie kolektorów płaskich, nie dopuszcza oferentów mających w swojej ofercie kolektory rurowe (próżniowe), i odwrotnie – preferując kolektory rurowe, odrzuca płaskie. Czy takie postępowanie nie narusza zasady dopuszczalności zastosowania kolektorów równoważnych?

Zadaniem kolektora słonecznego jest przetworzenie energii promieniowania słonecznego na energię cieplną czynnika grzewczego w instalacji solarnej. Dobierać więc należy kolektor, który w określonej lokalizacji na terenie naszego kraju osiąga najwyższą wydajność cieplną. Dzięki wprowadzeniu do załącznika do certyfikatu Solar Keymark karty osiągów energetycznych kolektora słonecznego (rys. 1 patrz: rysunek główny) istnieje możliwość porównania wydajności energetycznej tych urządzeń.

Z karty odczytać można uzyski energetyczne kolektora słonecznego dla wybranych czterech miejscowości położonych w różnych strefach geograficznych. Umożliwia to porównanie wydajności energetycznej kolektorów słonecznych i wybranie urządzenia mającego najwyższą wartość tego parametru. Należy przy tym zauważyć, że podane w karcie uzyski określane są dla identycznych warunków, to znaczy dla takich samych podzespołów instalacji solarnej oraz rozbiorów ciepłej wody użytkowej. Tym samym ocenia się jedynie same kolektory słoneczne, a nie całe zestawy solarne.

Czy w związku z tym należy automatycznie uznać, że kolektor słoneczny mający najwyższą wydajność w wymienionej karcie należy uznać za najlepszy? Żeby odpowiedzieć na to pytanie, należy po pierwsze sprawdzić, czy wchodzące w grę kolektory słoneczne badane były w identycznych warunkach. Dane zawarte w karcie uzysków energetycznych otrzymano, wykorzystując charakterystykę cieplną kolektora słonecznego uzyskaną w trakcie jego badań w autoryzowanym laboratorium. A badania te mogą być prowadzone na zewnątrz, przy wykorzystaniu naturalnego promieniowania słonecznego, lub w zamkniętym pomieszczeniu laboratorium podczas naświetlania zespołem lamp (tak zwanym sztucznym słońcem).

Ponieważ badania prowadzone są przez autoryzowane laboratoria, może się wydawać, że taka możliwość porównania istnieje i wybrać należy kolektor słoneczny mający najlepszą charakterystykę cieplną pozwalającą na uzyskanie najwyższej wydajności cieplnej. Tymczasem badania kolektorów w autoryzowanych laboratoriach prowadzi się w „różnych warunkach słonecznych”.

Co to oznacza?

Kolektory słoneczne badane są zgodnie z normą PN-EN 12975-1:2007 Słoneczne systemy grzewcze i ich elementy. Kolektory słoneczne. Cz. 2. Metody badań. Norma stawia wymóg badania kolektorów słonecznych przy określonej globalnej wartości natężenia promieniowania słonecznego, nie precyzując, jaki powinien być udział promieniowania rozproszonego w promieniowaniu całkowitym.

Dochodzi więc do sytuacji, gdy kolektory słoneczne badane w laboratorium poddane są działaniu praktycznie w całości promieniowania bezpośredniego, a kolektory badane na zewnątrz testowane są co prawda przy podobnej wartości promieniowania całkowitego, ale przy różnej wartości promieniowania rozproszonego, w zależności od położenia geograficznego laboratorium. Dla przybliżenia problemu na rys. 2 pokazano, jak kształtuje się udział promieniowania rozproszonego w promieniowaniu całkowitym (D/G) w miejscowościach, w których zlokalizowane są wybrane laboratoria badawcze.

Na rys. 2a pokazano dane za Photovoltaic Geographical Information System [1] dla laboratorium usytuowanego w Portugalii (Almeda), na rys. 2b dla laboratorium w Szwajcarii (Rapperswil), na rys. 2c dla laboratorium w Niemczech (Hameln), a na rys. 2d w Hiszpanii (Madryt). Jak widać, udział promieniowania rozproszonego jest mocno zróżnicowany. Niezależnie od tego, w jakiej porze roku badane będą kolektory słoneczne, udział promieniowania rozproszonego w laboratoriach na południu Europy jest najniższy. O tym, że promieniowanie rozproszone znacząco wpływa na wydajność energetyczną kolektorów słonecznych, nikogo nie trzeba przekonywać. Z powyższego wynika jasno, że bezpośrednie porównanie wyników badań charakterystyki cieplnej prowadzić może do błędnych decyzji. Brak równoważności parametrów badań uniemożliwia zatem sformułowanie wniosku o równoważności parametrów kolektorów słonecznych.

Dla przykładu pokazać można wyniki badań dwóch wybranych kolektorów słonecznych, które zaoferowano w jednym z przetargów publicznych. Kartę uzysku energetycznego pierwszego kolektora słonecznego ilustruje rys. 1 , drugiego rys. 3 (usunięto dane testu oraz typ kolektora).

Widać, że kolektor słoneczny oznaczony nr 2 ma wyższe wartości uzysku energetycznego we wszystkich wybranych lokalizacjach na różnych szerokościach geograficznych.

Wysnuć można zatem wniosek, że kolektor nr 2 będzie uzyskiwał wyższe uzyski energetyczne również w Polsce.

Jak wspomniano powyżej, dla umożliwienia niebudzącego wątpliwości porównania kolektorów słonecznych pod kątem wydajności cieplnej należy jeszcze ustalić, czy kolektory słoneczne badane były w porównywalnych warunkach. W tym celu należy przeanalizować dane zawarte na stronie 1 załącznika do certyfikatu Solar Keymark. Dane te przedstawiono (po usunięciu cech identyfikacyjnych) na rys. 4.

Kolektor nr 1 badany był w Hameln w laboratorium, użyto więc „sztucznego słońca”, a stosunek promieniowania rozproszonego do całkowitego GDIF/GTOT mieścił się pomiędzy 0,1 a 0,2. Przepływ ustalony w trakcie badań wynosił 0,07 kg/(s m²), a medium roboczym była woda. Kolektor nr 2 badany był w pomieszczeniach laboratorium Cener w Hiszpanii, użyto „sztucznego słońca”, a stosunek promieniowania rozproszonego do całkowitego mieścił się pomiędzy 0,13 a 0,15. Przepływ ustalony wody w trakcie badań wynosił 0,03 kg/(s m²).

Porównując udział promieniowania rozproszonego do całkowitego, uznać można, że badania przeprowadzono w porównywalnych warunkach. Zakres 0,13–0,15 mieści się w dolnej części przedziału 0,1–0,2, a nie podano dokładnie, jak kształtował się rozkład procentowy poszczególnych wartości promieniowania rozproszonego w promieniowaniu całkowitym.

W przypadku obu laboratoriów w badaniach charakterystyki cieplnej zastosowano identyczne medium robocze w postaci wody, kolektory badano jednak przy różnych wartościach przepływu. Przeliczając przepływ na l/min, w odniesieniu do powierzchni apertury obu kolektorów otrzymamy wartość 9,6 l/min dla kolektora nr 1 oraz 4,2 l/min dla kolektora nr 2. W obu przypadkach kolektory słoneczne badane były przy przepływach znacznie większych niż zalecane przez ich producentów w warunkach eksploatacyjnych (zalecana wartość maksymalna przepływu to 1,8 l/min).

Dlaczego producenci kolektorów słonecznych zlecają laboratorium wykonanie badań przy tak wysokich wartościach przepływu? Może dlatego, że uzyskuje się wówczas najlepsze charakterystyki cieplne kolektorów i łatwiej można wygrać przetarg? W badaniach na „sztucznym słońcu” kolektor poddany jest przede wszystkim działaniu promieniowania bezpośredniego, a co za tym idzie większa część energii promieniowania przekazywana jest blasze absorbera. Żeby odebrać tą energię, niezbędny jest duży przepływ cieczy roboczej zapewniający przepływ turbulentny. Przepływ turbulentny konieczny jest do uzyskania efektywnego odbioru ciepła przez rurki absorbera kolektora słonecznego [2]. Zwykle nikt nie zwraca już uwagi, że charakterystyka cieplna kolektora, który „wygrał” przetarg i będzie eksploatowany, znacznie spadnie w wyniku zastosowania innych niż w badaniach parametrów (praca z mieszaniną wody z glikolem, inny przepływ).

Bardzo ważnym zagadnieniem jest usytuowanie kolektora słonecznego w trakcie badań charakterystyki cieplnej. Urządzenia te w naszej szerokości geograficznej montowane są pod kątem 45° do poziomu, tymczasem w trakcie badań w laboratorium kąt ten może być inny. Dane o nachyleniu nie są niestety dostępne w certyfikacie Solar Keymark, a próby uzyskania pełnego sprawozdania z badań kolektorów są nieskuteczne.

Badania na „sztucznym słońcu”, kiedy udział promieniowania rozproszonego w całkowitym jest ekstremalnie mały, kojarzyć można z pracą kolektora słonecznego w pełni lata.

Na rys. 5 przedstawiono uzysk solarny kolektora słonecznego w lecie w zależności od jego usytuowania i nachylenia

Na południu Europy kolektory badane są często przy nachyleniu rzędu 30^o. Jak wynika z wykresu, uzysk kolektora słonecznego badanego w takich warunkach jest o ok. 4% wyższy od uzysku kolektora ustawionego pod kątem 45^o. Wpływa to oczywiście na charakterystykę cieplną kolektora. 

Wybrane parametry techniczne kolektorów ograniczające konkurencję

W specyfikacji istotnych warunków zamówienia wielu przetargów publicznych znajdujemy sformułowania, które służą ograniczeniu konkurencji.

Organizator przetargu wprowadza ograniczenie w postaci układu hydraulicznego kolektora słonecznego, np. w postaci harfy, harfy dzielonej, meandra poziomego lub pionowego itd. Zwykle po protestach i arbitrażu ograniczenie to zostaje wycofane.

Należy jednakże zauważyć, że w przypadku gdy konkurujące kolektory słoneczne o różnym układzie hydraulicznym mają identyczną charakterystykę cieplną, a więc z tego punktu widzenia są równoważne, trzeba jeszcze uwzględnić opory przepływu w nich występujące.

Przykładowo układ z tradycyjną harfą generuje znacznie mniejsze opory od harfy dzielonej czy meandra, a co za tym idzie, mniejszy pobór mocy pompy solarnej. Sprzyja to efektowi ekologicznemu i powinno być w opisywanym przypadku brane pod uwagę.

Wymóg w postaci ograniczenia masy/ciężaru kolektora nienapełnionego medium roboczym do określonej wartości to również zdaniem autora zabieg zmierzający do zmniejszenia liczby konkurentów. Przekroczenie masy kolektora o 0,1 kg nie powinno bowiem odegrać znaczącej roli w obciążeniu dachu budynku. Parametr ten może być jednak uznany za rozstrzygający, jeśli konkurujące kolektory słoneczne mają równoważne charakterystyki cieplne, a dużą różnicę masy.

Podobnie autor ocenia wymóg małej grubości kolektora słonecznego uzyskanej dzięki zastosowaniu specjalnej izolacji cieplnej czy giętego profilu aluminiowego lub stali nierdzewnej do ramy kolektora słonecznego.

Nieporozumieniem jest zaś konieczność zastosowania szyby antyrefleksyjnej, podana obok wymagań dotyczących charakterystyki cieplnej. Jeśli zastosowano szybę antyrefleksyjną dobrej jakości, będzie się to wiązać z korzystniejszym przebiegiem charakterystyki cieplnej. Zdarzają się jednak szyby antyrefleksyjne mające niższy lub porównywalny wskaźnik efektywności szkła niż szyby niepoddane zabiegowi naniesienia powłoki antyrefleksyjnej.

Podsumowanie

Do rzeczywistego porównania kolektorów słonecznych niezbędny jest dostęp do pełnej dokumentacji technicznej analizowanych urządzeń. Niektóre informacje nie są podawane w certyfikacie Solar Keymark ani w dokumentacji technicznej. W efekcie stwierdzenie, czy dane kolektory słoneczne są równoważne, jest niemożliwe lub bardzo utrudnione.

Literatura

1.  Photovoltaic Geographical Information System – Interactive Maps, http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php.
2. Chodura J., Analiza możliwości porównania wyników badań sprawności cieplnej kolektorów słonecznych w kontekście wymagań przetargowych, „Fachowy Instalator” nr 1/2011.
3. Chodura J., Turbulencja na dachu, „Magazyn Instalatora” nr 11/2010.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!