Park Naukowo-Technologiczny Euro-Centrum przy współpracy Fundacji na rzecz Efektywnego Wykorzystania Energii opracowali autorską metodologię i porównali kolektory polskich producentów. Wyniki badania zestawiono w rankingu kolektorów.

Analizie poddano 68 kolektorów płaskich, dziesięciu polskich producentów. Wszystkie urządzenia posiadały aktualny certyfikat Solar Keymark, który potwierdza spełnienie europejskich norm jakości przez te produkty. Motywem do przeprowadzenia badania był fakt, że rynek kolektorów słonecznych w Polsce znajduje się obecnie w okresie stagnacji. Zmniejsza się liczba producentów i wielkość produkcji tych urządzeń. Dodatkowo, w opinii klientów pojawia się argument o braku obiektywnej informacji o wydajności - pod względem produkcji energii - dostępnych na rynku kolektorów słonecznych, montowanych we wskazanej lokalizacji.

Na potrzeby przeprowadzenia badania przyjęto dane klimatyczne dla miasta Katowice, w okresie obejmującym 12 miesięcy od stycznia do grudnia. Wybór tej lokalizacji był powodowany umiejscowieniem siedziby Parku Naukowo-Technologicznego Euro-Centrum, autora opracowania. Na jej korzyść przemawiał też fakt, że w Parku mieści się stacja klimatyczna zbierająca i przetwarzająca dane z otoczenia m.in. na potrzeby przygotowania rekomendacji dla optymalnego doboru instalacji solarnych.

Kryteria wyboru i ranking kolektorów

Prowadzący badanie skoncentrowali się na porównaniu efektywności pojedynczego kolektora, a nie całego pola kolektorów. Dla uzyskania możliwie najbardziej rzetelnych wyników porównawczych, z analizy wyłączyli parametry pracy całej instalacji, w tym działanie pompy obiegowej lub izolacyjności cieplnej przewodów, którymi przesyłany jest tzw. czynnik roboczy, czyli ciecz. Zaznaczyli przy tym, że aby zmierzyć ostateczne zyski energetyczne dla użytkownika, trzeba wziąć pod uwagę całość, czyli projekt, wykonanie oraz działanie instalacji. Jak zaznaczył dr Stanisław Grygierczyk, koordynator zespołu badawczego: „Dobór najlepszego kolektora według opracowanej przez nas metody nie zagwarantuje wysokich uzysków energii i zadowolenia użytkownika danego kolektora, bez właściwego doboru pozostałych elementów instalacji, optymalnego położenia względem słońca oraz poprawnie wykonanej instalacji urządzeń.”

Jako materiał badawczy, autorzy porównania przyjęli dane z certyfikatów Solar Keymark dla poszczególnych kolektorów, deklaracje producenta zamieszczone na kartach produktów oraz dane z katalogów dostępne na stronach internetowych lub wydawane na życzenie klienta. Na podstawie zebranych informacji przygotowali autorską metodologię porównawczą i przeprowadzili przegląd rynku kolektorów słonecznych. W jego efekcie powstał ranking dziesięciu najbardziej efektywnych energetycznie kolektorów spośród dostępnych na rynku w momencie prowadzenia oceny.

RANKING KOLEKTORÓW SŁONECZNYCH 2017

Z analizy zostały wyłączone kolektory, których certyfikaty nie zawierały danych o powierzchni apertury, a współczynniki strat oraz sprawność optyczna liczona była względem powierzchni brutto. Ponadto gdy jeden certyfikat obejmował kilka modeli kolektorów, a dwa lub więcej posiadały takie same parametry istotne z punktu widzenia przyjętej metodologii (sprawność optyczna, współczynniki strat, powierzchnia apertury oraz powierzchnia brutto), do porównań zostało wytypowane tylko jedno urządzenie, ponieważ pozostałe osiągnęłyby te same wyniki.

Według autorów przyjętej metodologii oraz porównywanego okresu najistotniejszą rolę odgrywa roczny współczynnik jakości energetycznej kolektora, tzw. współczynnik F. Jego maksymalna wyliczona wartość, dla kolektora idealnego, wynosi 12. W zestawieniu kolektory zostały uszeregowane alfabetycznie, przy czym najlepszy oznacza kolektor cechujący się największym współczynnikiem F, a najgorszy najmniejszym.

Wnioski i rekomendacje

Na podstawie przyjętej metodologii eksperci dowiedli, że wysoka sprawność optyczna nie gwarantuje najwyższych możliwych uzysków energii. Parametr ten określa sprawność kolektora w sytuacji , gdy temperatura otoczenia i temperatura czynnika w kolektorze są takie same, a więc kolektor nie wykazuje strat energii. W praktyce taka sytuacja właściwie się nie zdarza. Sprawność optyczną można zatem traktować jako sprawność maksymalną, którą może uzyskać dany kolektor. Należy przy tym pamiętać, że realna sprawność kolektora jest znacznie niższa niż jego sprawność optyczna.

Kolejny, ciekawy wniosek wynikający z przygotowanego zestawienia dotyczy ogólnych możliwości do pozyskiwania energii ze światła słonecznego przez kolektory. Otóż wspomniany wcześniej kolektor idealny, który opisuje sytuacje, w której zamieniane na ciepło jest 100% energii słonecznej może uzyskać F równe 12. Porównując współczynniki F realnie istniejących kolektorów okazuje się, że nawet najlepszy z nich jest w stanie osiągnąć współczynnik F na poziomie niecałych 40% jakości energetycznej kolektora idealnego. Zauważyć trzeba też fakt, że najgorszy z porównywanych kolektorów osiągnął współczynnik F = 15,5%.

Istotnym parametrem przy wyborze kolektora słonecznego są również tzw. współczynniki strat a1 oraz a2, które wpływają na to, o ile zmniejszy się sprawność kolektora, jeżeli występuje (a występuje zawsze) różnica pomiędzy temperaturą otoczenia, a temperaturą czynnika roboczego w kolektorze. Wybierając kolektor najlepiej decydować się na taki, którego współczynniki strat są jak najmniejsze.

Innym parametrem pomagającym dobrać kolektor powinna być temperatura stagnacji. Parametr ten określa maksymalną temperaturę jaką osiągnie absorber kolektora przy braku odbiorów ciepła. Gdy kolektor nagrzeje się do tej temperatury, następuje stan równowagi – absorber oddaje ciepło do otoczenia, w takim samym tempie, w jakim je uzyskuje pochłaniając promieniowanie słoneczne. Należy zatem przyjąć wniosek, że im większa temperatura stagnacji, tym lepiej.

Istotnym zagadnieniem jest także kąt montażu kolektora. Często spotykaną praktyką monterską jest kąt równy 45⁰.

Jak pokazały obliczenia, znacznie bardziej efektywny pod względem wykorzystania promieniowania słonecznego, byłby montaż układu nadążnego, podobnego do tego, jaki zdarza się spotykać przy instalacjach fotowoltaicznych. Układ taki automatycznie poruszałby kolektorem i ustawiał go w pozycji gwarantującej największą efektywność. W praktyce takie rozwiązania nie są jednak stosowane ze względu na konieczność poniesienia wysokich kosztów inwestycyjnych, znacznie przewyższających zyski.

Bezwzględnie konieczne przy montażu kolektora jest natomiast unikanie zacenienia, a także montowanie możliwie blisko budynku, a wręcz zasobnika ciepłej wody użytkowej. Duże straty pozyskanej przez kolektor energii słonecznej (zamienionej w ciepło) pojawiają się w trakcie przesyłu, szczególnie przy źle wykonanej izolacji cieplnej rur przesyłowych.

Autorzy opracowania nie lekceważą aspektu ekonomicznego zakupu kolektora. Jak zauważyli w swoim raporcie niektóre kolektory są do siebie mocno zbliżone efektywnością. Eksperci rekomendują, by w sytuacji gdy kolektory charakteryzują się taką zależnością, przy czym ten minimalnie bardziej efektywny jest znacznie droższy, radzą rozważyć zakup tańszego.

METODOLOGIA RANKINGU KOLEKTORÓW 2017

Raport Parku Naukowo-Technologicznego Euro-Centrum powstał na zlecenie Fundacji na Rzecz Efektywnego Wykorzystania Energii w ramach realizacji projektu „TOPTEN ACT – Enabling consumer action towards top Energy-efficient products, który uzyskał finansowanie z unijnego programu Horizon 2020 na podstawie umowy dotacji nr 649647.

Źródło: pnt.euro-centrum.com.pl

FOTO: Alba Energy