Jednym z istotnych parametrów kolektora słonecznego zawartych w certyfikacie Solar Keymark jest temperatura stagnacji. Określa się ją w ramach szczegółowych badań zlecanych w jednym z certyfikowanych laboratoriów (np. SPF Rapperswil) przez producenta kolektora słonecznego - zgodnie z normą PN-EN 12975-2. Temperatura stagnacji kolektora słonecznego nazywana jest inaczej temperaturą postojową, ponieważ mierzy się ją dla niepracującego kolektora, przy braku przepływu czynnika grzewczego i przy braku odbioru ciepła. W rzeczywistych warunkach pracy instalacji solarnej, pompa obiegu solarnego zostaje wyłączona wskutek przekroczenia maksymalnej temperatury kolektorów słonecznych (np. dla nastawy sterownika 110°C). Ma to na celu chronić elementy instalacji solarnej przed wysoką temperaturą czynnika grzewczego.
Temperatura stagnacji - warunki określania parametru kolektora słonecznego
Temperatura stagnacji jest określana dla warunków słonecznego dnia – przy promieniowaniu słonecznym 1000 W/m2 i temperaturze zewnętrznej +30°C. Jest to temperatura mierzona na powierzchni absorbera kolektora słonecznego, a zatem będzie ona zależna przede wszystkim od właściwości szyby (przepuszczalności promieniowania słonecznego), właściwości absorbera (absorbcja promieniowania słonecznego, emisyjność ciepła) oraz izolacji cieplnej obudowy kolektora.
Temperatura stagnacji kolektora słonecznego jest jego cechą konstrukcyjną świadczącą o uzyskiwanej przez niego sprawności pracy. Wyższa temperatura stagnacji świadczy o zwiększonym dostępie promieniowania słonecznego do absorbera, korzystnych tzw. selektywnych (wysoka absorbcja, niska emisja) cech pokrycia absorbera oraz skutecznej izolacji cieplnej.
Temperatura stagnacji jest nazywana także stanem równowagi cieplnej, ponieważ zyski od energii promieniowania słonecznego są równoważone przez straty cieplne kolektora. Sprawność kolektora słonecznego przy osiągnięciu temperatury stagnacji jest zerowa.
Na wykresie sprawności kolektora temperatura stagnacji będzie punktem przecięcia się krzywej sprawności z osią poziomą (dT – różnica temperatury między absorberem, a otoczeniem) – sprawność w tym punkcie zgodnie z wykresem wynosi 0%. Tak więc im wyższa będzie temperatura stagnacji, tym krzywa sprawności będzie miała wyższy przebieg. Popularnie nazywane solarami, kolektory słoneczne będą uzyskiwać wyższe sprawności.
Producenci kolektorów słonecznych przeznaczonych na rynek południowej Europy stosują w wielu przypadkach szyby o niższej transmisyjności, pokrycia absorberów o wyższej emisyjności ciepła (np. lakierowane), a także izolację cieplną mniejszej grubości. W korzystnych warunkach klimatycznych południowej Europy, wymagania dla popularnych solarów są zdecydowanie niższe od stawianych w Europie środkowej i północnej. Podwyższenie temperatur stagnacji jest konsekwencją rozwoju technologicznego. Przykładem może być wysokiej klasy jak na ówczesne standardy, kolektor płaski ÖKOSOL produkowany przez firmę Hewalex w latach 90-tych z przeznaczeniem na rynek austriacki.
Niższa sprawność kolektora i zarazem jego niższa temperatura stagnacji była skutkiem przede wszystkim zastosowania szyby o niższej przepuszczalności promieniowania słonecznego, a także wyższym stratom ciepła (obudowa, pokrycie absorbera). Dopiero w kolejnych latach producenci kolektorów słonecznych mogli korzystać z nowych rozwiązań, szczególnie szyb ze szkła o niskiej zawartości tlenków żelaza lub z pokryciami antyrefleksyjnymi, a także z pokryć absorberów typu PVD (BlueTec, Tinox).
Ochrona przed przegrzewaniem kolektora słonecznego i całego systemu solarnego nie jest zależna od wartości temperatury stagnacji. Zgodnie ze szczegółowymi badaniami prowadzonymi np. przez Instytut AEE INTEC [1] z Austrii, czy też Universität Karlsruhe [2] kluczowe znaczenie mają:
- zapewnienie możliwości łatwego samoczynnego usuwania czynnika grzewczego z orurowania absorbera – w początkowej fazie stanu stagnacji
- prowadzenie przewodów zasilających i powrotnych układu kolektorów słonecznych umożliwiające wypieranie czynnika grzewczego (glikolu) w stanie stagnacji – brak zasyfonowań powodujących długotrwałe wrzenie glikolu
- dobór odpowiedniej wielkości naczynia wzbiorczego i jego prawidłowe usytuowanie w systemie solarnym
Kolektory słoneczne nazywane popularnie solarami, są przystosowane do pracy w warunkach wysokiego promieniowania słonecznego i okresowych przerw funkcjonowania. W ramach badań opartych o normę PN-EN 12975-2, są one poddawane oddziaływaniu warunków słonecznych dni z wysokim nasłonecznieniem. Test może być prowadzony w okresie 2÷5 miesięcy przez minimum 30 słonecznych dni.
Literatura:
[1] „Entwicklung von thermischen Solarsystemen mit unproblematischem Stagnationsverhalten”, AEE INTEC, austriackie Ministerstwo Transportu, Inowacji Technologii (bmvit) 9/2003
[2] “Experimentelle Untersuchungen zum Stillstandsverhalten thermischer Solaranlagen”, Universität Karlsruhe 06/2002