logo  

Strona poświęcona technicznym aspektom instalacji

solarnych i nie tylko

 

 

 

 

Certyfikat Solar Keymark a badania mechaniczne

Certyfikat Solar Keymark potwierdza zgodność kolektora z normą PN EN 12975-1:2007 oraz  stawiane są dodatkowe wymagania wobec producenta, tzn. przeprowadzana jest ocena zachowania standardów jakości produkcji a w tym obliguje się producenta do wprowadzenia do Zakładu Sytemu ISO 2001. Posiadanie tego certyfikatu jest wymogiem do 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 wybiera kolektor, lub wskazuje swojego przedstawiciela która ma wybrać, i odpowiednio oznaczyć a także zatwierdzić laboratorium, które będzie go badało.  Oprócz tego dodatkowo przeprowadzana jest ocena potwierdzająca zdolności i możliwości  zakładu produkcyjnego 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 podlegające te samej procedurze badawczej co kolektory płaskie.

W laboratorium, zgodnie z normą, przeprowadza się następujące badania:

  1. Ciśnienie wewnętrzne w absorberze (patrz pkt. 5.2 normy) - przeprowadzany jest dwukrotnie, na początku i na końcu cyklu badań jakościowych, polega na napełnieniu płyty absorbera po ciśnieniem 1,5x 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 bary to próbę przeprowadza się przy ciśnieniu 3 bary.  Ponieważ takie próby przeprowadza się tylko dwa razy i to w bardzo krótkim czasie to trudno jest jednak 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 cieknącego kolektora nie skieruje do sprzedaży.

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

W kolektorze płaskim bada się głównie czy warstwa absorpcyjna na skutek działania temperatury stagnacji ( 180-200 stopni a nawet powyżej 200 st.) 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 a przez bardzo wyspecjalizowane firmy tylko tym się zajmujące.  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" przez co nie wydziela 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 paro krotnie 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 ( patrz budowa kolektorów próżniowych
http://www.słoneczny.com.pl/wady.php ) 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.

  1.  Ekspozycyjność (patrz pkt 5.4 normy) - polega na badaniu ekspozycji kolektora przez minimum 30 dni o naświetleniu > 14MJ/m kw. 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, lub cokolwiek innego. Jedynie w kolektorach próżniowych opartych na zasadzie heat pipe mogło by dojść do rozszczelnienia  pojedynczej ciepłej rurki ze względu na wytworzenie stosunkowo dość 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.

  1.  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 nadje sztywność całej konstrukcji kolektora. Szyba do ramy czy wanny kolektora na ogół jest 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 ulegnie niewielkim odkształceniom.  Ponieważ kolektor wprowadzany jest  w stan stagnacji i absorber osiąga swoją największą temperaturę to wcale nie znaczy, że tą temperaturę osiągnie wanna czy rama kolektora i szkło, którym jest przykryty kolektor.  Szkło kolektora osiąga w tej sytuacji temperaturę ok. 80 stopni i polewanie zimną wodą nie jest tu w stanie nic zmienić, szkło nie pęknie bo jest ono w  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 degradująca tylko na zewnętrzne elementy a nie na jego wewnętrzne.
Natomiast kuriozum jest takie badanie dla kolektora próżniowego. Doprowadzenie do stanu stagnacji kolektora próżniowego nie spowoduje rozgrzanie żadnego zewnętrznego elementu ( tylko rurki wystające z uszczelki na bocznej ściance będą gorące )

  1. Wewnętrzny szok termiczny (patrz pkt 5.6 normy) - polega na wprowadzeniu kolektora w maksymalną temperaturę stagnacji a następnie na gwałtownym schłodzeniu poprzez przepływ zimnej wody przez absorber. Powoduje wystąpienie naprężeń obudowy, jej przykrycia oraz naprężeń w samej płycie absorbera. Nie jest dozwolone wystąpienie żadnych deformacji ani pęknięć badanego produktu  

Ponieważ kolektory płaskie o harfowej budowie oraz kolektory próżniowe z u-rurką posiadają wiele spawów rurek przymocowanych do siebie takie badanie ma na celu do doprowadzenia naprężeń na spawach i wykazania czy metoda spawania czy użytego spoiwa jest wytrzymała na zastosowany szok termiczny. Ale aby zbadać czy tak jest faktycznie nie wystarczy przeprowadzić jedną próbę tylko 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 ultradzwiękową lub spawania laserowego.  Wykonują to automaty i trudno się spodziewać aby przy jednorazowej próbie coś się stało. I 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.

  1. Przeciekanie wody deszczowej, dotyczy tylko kolektorów z osłonami (patrz pkt 5.7 normy) - polega badanie odporności kolektora na intensywne opady deszczu. Nie jest dozwolone wnikanie wody do wnętrza. Badanie polega na przeprowadzeniu symulacji deszczu przez 4 godziny we wszystkich kierunkach na obudowę kolektora.

Dla kolektorów płaskich, gdzie rama kolektora i plecy są składane jako pojedyncze elementy i takie badanie ma sens. Natomiast jeżeli 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 dot. wymagań. Producenci kolektorów znają te wymagania i tak umieszczają otwory wentylacyjne by nie dopuścić do przenikania wody.  Jednak  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 by woda nie wnikała do wewnątrz. Natomiast w kolektorach próżniowych takie badanie sprawdza czy nie zostanie nasiąknięta wełna w magistrali zbiorczej. To samo się tyczy 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 się może jednak zdarzyć, że po wielomiesięcznej eksploatacji dojdzie do zaparowania kolektora to jest on wymieniany bo na takie usterki producent daje wieloletnią gwarancję, a czterogodzinne intensywne polewanie kolektora wodą jest jednak zbyt krótkie.

  1. Wytrzymałość na obciążenie mechaniczne (patrz pkt 5.9 normy) - polega na przeprowadzeniu symulacji możliwych występujących nacisków na kolektor i jego obudowę. Obciążenie jest rzędu 100kg/m kw., 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 nie wielka a więc przykładane siły o tej wielkości proporcjonalnie do powierzchni obudowy skutkuje położeniem odważnika 1kg na nią.

  1. 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 to badanie jest tylko powieleniem tego co już dawna sprawdził sam producent.

  1. Odporność na zamarzanie, tylko w przypadkach określonych w pkt 5.8 normy
  2. 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 temp 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 nie możliwe.

  1. Przegląd końcowy (patrz PN-EN 12975-2:2007, 5.11).

Kolektor po przejściu przez 10 stanowisk badawczych jest jeszcze raz oglądany czy aby nie umknęły nam jakiekolwiek usterki.  Następnie jest wystawiany zbiorczy protokół badań i kolektor może uzyskać znak handlowy Solar Keymark.

 

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 nie zasadne 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 nie niszczące a więc właściwie nie wiadomo jak daleko można posunąć się do przykładanych sił, stosowania wysokich jak i niskich temperatur, czasu polewania wodą. Śmiem twierdzić, że te badania są tak ustawione aby każdy kolektor przeszedł te badania. 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 nie mały 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 do kolektorów próżniowych ), tym bardziej, że uzyskanie znaku wiąże się z kosztami na poziomie ok. 10 tyś 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. A więc w sprzeczności wydaje się twierdzenie o jakości kolektorów ze znakiem Solar Keymark  do metod badań jakie są zastosowane w stosunku do nich.
Najbardziej dobitnym tego przykładem jest bardzo duża ilość kolektorów produkcji chińskiej, które bez problemu przechodzą te badania ( obecnie wszystkie ) a po krótkim czasie eksploatacji okazuje się, że są miernej jakości.
Myślę, że już nadszedł czas na zastanowienie się czy nie należy wprowadzić innych badań, w tym niszczących, które to odzwierciedlały by rzetelne badania mechaniczne jak i cieplne kolektorów słonecznych. Inne dla kolektorów płaskich, inne dla próżniowych oraz postawić nie co większą poprzeczkę  kolektorom miernej jakości.
Duże pole do działań  ma nowopowstały Związek Pracodawców Energetyki Odnawialnej w skład którego wchodzą Polscy producenci kolektorów dbający jakość swoich wyrobów.

powrót