Změna normy pro zkoušení solárních kolektorů

Úvod

Pro mnohé výrobce a dodavatele v oblasti solární tepelné techniky proběhla docela nenápadně změna normy pro zkoušení výkonových charakteristik a spolehlivosti solárních tepelných kolektorů. V červenci 2014 byla zrušena původní norma ČSN EN 12975-2 [1] z roku 2006 a nahrazena novou normou ČSN EN ISO 9806 [2]. Současný stav je takový, že norma ČSN EN 12975-1 [3], která stanovuje požadavky na zkoušení, odkazuje na normu ČSN EN 12975-2, která již není v platnosti. Zároveň však měla vstoupit v platnost nová verze ČSN EN 12975-1, ale pozdržela se kvůli připomínkám jednoho ze států Evropské unie. Na tuto novelu se netrpělivě čeká, neboť nová verze ČSN EN 12975-1 bude mít harmonizační doložku, na základě které se bude možné dávat na solární kolektory značku evropské shody CE [4]. Tu v současnosti solární kolektory nemohou získat, neboť neexistuje žádná jiná harmonizovaná norma nebo evropská směrnice, podle které by bylo možné shodu posoudit [5]. Dodavatelé solárních kolektorů se značkou CE se v současnosti vystavují riziku pokuty od České obchodní inspekce.

Změny v nové normě

Nová norma ČSN EN ISO 9806 pro zkoušení solárních tepelných kolektorů rozšiřuje svou působnost z čistě kapalinových solárních kolektorů (nezasklených, zasklených) i na teplovzdušné kolektory. Zároveň je již možné zkoušet podle nové normy i koncentrační kolektory nebo například solární kolektory s externím přívodem energie. Dále se rozsah normy rozšířil o hybridní fotovoltaicko-tepelné kolektory schopné produkovat jak elektrickou energii, tak i tepelnou. Norma však není využitelná pro testování elektrické bezpečnosti nebo ostatních specifických vlastností týkající se produkce elektrické energie. Tepelný výkon hybridních kolektorů je možné testovat jak v režimu s odběrem elektrické energie (s využitím sledovače výkonového maxima), tak bez odběru elektrické energie (naprázdno). V protokolu je pak nutné explicitně uvést, v jakém režimu byl hybridní kolektor testován. Odběr elektrické energie z kolektoru má samozřejmě vliv na tepelný výkon a tedy i na křivku tepelné účinnosti kolektoru.

Z hlediska metodických postupů zkoušení solárních kolektorů nedošlo k výrazným změnám, u některých zkoušek došlo k mírné změně okrajových podmínek zkoušky. Zásadní změnou oproti předchozí normě je vztažení účinnosti k hrubé ploše kolektoru. V předchozí normě byla účinnost solárního kolektoru vztažena k ploše apertury a absorbéru. Plochou apertury se podle definice v ČSN EN ISO 9844 [6] rozumí plocha, kterou vstupuje do solárního kolektoru sluneční záření, zjednodušeně ji lze označit jako plochu zasklení. Apertura byla vždy považována za vztažnou plochu nejen samotných solárních kolektorů, ale i celých solárních soustav. Hrubá plocha či obrysová plocha solárního kolektoru je vymezena vnějším obrysem kolektoru. Je to plocha, kterou solární kolektor skutečně zabírá v prostoru a v podstatě u všech zasklených solárních kolektorů je větší než plocha apertury. U plochých solárních kolektorů je rozdíl mezi hrubou plochou AG a plochou apertury Aa okolo 10 %, nicméně například u trubkových vakuových solárních kolektorů bez odrazných zrcadel je rozdíl až 40 % (viz obr. 1).

Obr. 1 – Porovnání plochy apertury (modře šrafovaná) a hrubé plochy (černě šrafovaná) pro různé druhy kolektorů
(A – plochý, B – trubkový s plochým absorbérem, C – trubkový s válcovým absorbérem bez reflektoru, D–trubkový s reflektorem)

Vztažení účinnosti k větší hrubé ploše významně posune křivku účinnosti trubkového kolektoru v grafu dolů (viz obr. 2) oproti křivce účinnosti vztažené k apertuře. Samozřejmě, křivka účinnosti má pouze informativní charakter, protože důležitější křivka výkonu solárního kolektoru je pouze jediná (nevztahuje se k žádné ploše). Pro výpočet výkonu solárního kolektoru ze součinitelů křivky účinnosti podle vztahu

(1)

je irelevantní, zda se výkon stanoví z křivky účinnosti podle hrubé plochy AG nebo podle plochy apertury Aa (při použití příslušných vztažných ploch). Proto je také možné samotné součinitele křivky účinnosti vztažené k jedné ploše (např. apertury) přepočítat na součinitele vztažené k ploše jiné (např. hrubé) podle následujících vztahů

(2)

(3)

(4)

Obr. 2 – Porovnání křivek účinnosti kolektoru vztažených k ploše apertury a k hrubé ploše

Každopádně platí, že změna vztažení křivky účinnosti z plochy apertury k hrubé ploše se nijak neprojeví na výpočtech solárních soustav, jejich bilancích, apod., za předpokladu, že se samozřejmě sada součinitelů křivky účinnosti používá správně s příslušnou vztažnou plochou. Nicméně z hlediska marketingového porovnání křivek účinnosti kolektorů je i z obr. 2 patrné, že dodavatelé trubkových kolektorů si musí zvyknout, že křivky podle nové normy leží poněkud níže a průsečík s křivkou účinnosti plochého kolektoru se posouvá do oblasti provozních podmínek procesního tepla.

Je to tak správné. Vztažení křivky účinnosti k ploše, kterou solární kolektor zaujímá na střeše domu, dává zjednodušenou informaci (porovnání kolektorů pouze podle křivek účinnosti je vždy velice zjednodušené) o potenciálu produkce tepla kolektorem z dané střechy. Je to zároveň zkušenost z instalací solárních soustav v bytových domech s omezenou plochou střech, kdy z výpočtů a bilancí často vyplývá, že při instalaci plochých solárních kolektorů s velkým podílem apertury na hrubé ploše lze získat vyšší solární pokrytí potřeby tepla než při instalaci kvalitních trubkových kolektorů bez reflektoru s velkou „balastní“ plochou kolektoru, která se nijak nepodílí na konverzi slunečního záření na teplo.

Vliv na použití kolektorů

V tuto chvíli se na trhu vyskytují solární kolektory, které mají protokol o zkoušce v souladu s původní normou a zároveň kolektory zkoušené již podle nové normy. Jak bylo uvedeno výše, z hlediska postupu zkoušky kolektoru se normy neliší. Zároveň lze vyhodnocené součinitele křivky účinnosti, se kterými se počítá v bilancích solárních soustav, použít pro výpočty společně s hrubou plochou.

Přechod mezi normami bude dlouhodobý, jak ukazuje například vyjádření v oblasti udělování značky Solar Keymark [7] solárním kolektorům přezkoušeným podle staré normy ČSN EN 12975-2. Certifikát Solar Keymark se od 1. 1. 2016 bude vydávat pouze solárním kolektorů odzkoušeným podle normy ČSN EN ISO 9806. Pro solární kolektory odzkoušené před více než 10 lety může být certifikát obnoven opětovným odzkoušením podle ČSN EN ISO 9806. Pro ostatní kolektory zůstává zachován certifikát podle staré normy.

Zavedení nové normy zásadně neznamená nutnost podle ČSN EN ISO 9806 přezkoušet všechny solární kolektory, i když by se to zajisté líbilo zkušebnám. Nicméně je třeba upozornit na dvě oblasti, kde může nastat pochybení nebo zmatení v použití součinitelů křivky účinnosti podle staré a nové normy. Obě oblasti souvisí s dotačními programy na solární tepelné soustavy.

Vyhláška 441/2012 Sb. [8] stanovuje minimální účinnost solárního kolektoru, kterou musí kolektor prokázat, pokud má být investičně podpořen z veřejných zdrojů. Přestože na jediné stránce vyhlášky věnované solárním kolektorům jsou tři věcné chyby, přejal tento požadavek například program Nová Zelená úsporám s eliminací nejzásadnějšího nedostatku doplněním chybějící hodnoty slunečního ozáření 1000 W/m². Pro ploché solární kolektory je vyhláškou požadována účinnost 60 % pro rozdíl teplot mezi kolektorem a okolním vzduchem 30 K, pro trubkové kolektory 55 % pro rozdíl teplot 50 K. Požadovaná účinnost je vztažena k ploše apertury a je nutné ji vypočítat s pomocí součinitelů vztažených k ploše apertury!

Druhou oblastí možných zmatků jsou požadavky programů podpory – nastavená kritéria, která musí solární soustavy splnit. Měrné zisky solárních soustav se tradičně vztahují k ploše apertury, podobně měrné investiční náklady. Je tedy nutné dbát na přesnost ve vyjadřování a vyhodnocování. Je nutné na jedné straně znát k jaké ploše je vztažena křivka účinnosti, resp. její součinitele a s tou počítat v bilanci solární soustavy a zároveň znát jaká je plocha apertury solárního kolektoru pro správné stanovení měrného srovnávacího kritéria.

Zavedení nové normy tedy zásadně neznamená ani nutnost přepracování legislativních dokumentů ani dokumentů v oblasti dotačních programů (Nová Zelená úsporám, Operační program Životní prostředí).

Závěr

Nová norma nepřináší pro 99 % solárních tepelných kolektorů (kapalinové) na trhu žádnou revoluci. Způsobí však na trhu zajisté zmatek. Působnost dvou verzí protokolů o zkoušce podle staré a nové normy s jinými číselnými hodnotami součinitelů křivky účinnosti a jinak položenými křivkami v grafu bude matoucí při zjednodušeném porovnávání kolektorů. Toto přechodové období bude vyžadovat přesné vyjadřování, která z ploch kolektoru je v daném případě tou vztažnou. Podobně i při výpočtech a hodnocení solárních soustav je potřeba dbát na přesnost.

Literatura

• [1] ČSN EN 12975-2 Tepelné solární soustavy a součásti – Solární kolektory – Část 2: Zkušební metody. ČNI, 2006.
• [2] ČSN EN ISO 9806. Solární energie - Solární tepelné kolektory – Zkušební metody, ČNI, 2014.
• [3] ČSN EN 12975-1 Tepelné solární soustavy a součásti – Solární kolektory – Část 1: Všeobecné požadavky, ČNI, 2006.
• [4] prEN 12975-1 Thermal solar systems and components – Solar collectors – Part 1: General requirements, draft z května 2013.
• [5] CE-marking related to Pressure Equipment Directive (PED), dokument ESTIF dostupný z
  http://www.estif.org/solarkeymark/ce-solarcollectors_ped.php, 2007.
• [6] ČSN EN ISO 9488 Solární energie – Slovník, ÚNMZ 2014.
• [7] FERNANDEZ, J., SKN_N0106 Annex H. Transition from EN 12975-2:2006 to EN ISO 9806:2013 to Specific Solar Keymark Scheme Rules, dostupné z http://www.estif.org/solarkeymark.
• [8] Vyhláška č. 441/2012 Sb. o stanovení minimální účinnosti užití energie při výrobě elektřiny a tepelné energie

Poděkování

Tento příspěvek vznikl za podpory Evropské unie, projektu OP VaVpI č. CZ.1.05/2.1.00/03.0091 – Univerzitní centrum energeticky efektivních budov.