INSTALACJE SOLARNE - TEORIA A PRAKTYKA (Adolf Mirowski)

1. Wstęp. Aktualnie na rynku polskim mamy do czynienia z ciągle rosnącym zainteresowaniem duŜymi instalacjami solarnymi. Niestety po analizie bieŜącej sytuacji moŜna stwierdzić, Ŝe tylko nieliczne zespoły projektowe i wykonawcze posiadają stosowną wiedzę i umiejętności do wykonania takich układów kolektorów słonecznych. Ciągle jeszcze brak jest niestety odpowiedniej ilości wysokiej klasy specjalistów. To samo dotyczy audytorów energetycznych i osób opiniotwórczych. W rezultacie końcowym otrzymuje się instalacje, których rzeczywiste parametry pracy drastycznie odbiegają od przyjętych w audycie, projekcie etc. Rys. 1.1. Przykłady duŜych instalacji solarnych

a) Basen Włochy b) Szpital powiatowy

Dąbrowa Tarnowska c) Wojewódzki Szpital

Zespolony - Częstochowa

d) Basen w Morawicy k/ Kielc

a b

c

d

NaleŜy zaznaczyć, Ŝe często mamy do czynienia z rozwiązaniami systemowymi, gdzie instalacje solarne współpracują z pompami ciepła, kotłami, węzłami cieplnymi, modułami kogeneracyjnymi etc. Tylko nieliczni producenci są w stanie wesprzeć w sposób fachowy prace na kaŜdym etapie procesu inwestycyjnego. W przypadku kompleksowej realizacji inwestycji naleŜy zwrócić więc uwagę na doświadczenie i referencje począwszy od projektanta na dostawcy i wykonawcy skończywszy. Na pokreślenie zasługuje fakt, iŜ te dość wartościowe inwestycje często są wspierane finansowo z funduszy publicznych, zatem zobowiązuje to nas wszystkich do zwrócenia wyjątkowej uwagi w jaki sposób są i będą one wydawane.

2. Wykaz istotnych zagadnień w trakcie procesu projektowo-inwestycyjnego. 2.1 Etap audytu i opracowanie koncepcji. W trakcie doboru kolektorów słonecznych naleŜy zwrócić szczególną uwagę na niŜej wymienione aspekty:

• Zapotrzebowanie

NaleŜy bardzo dokładnie zweryfikować zuŜycie c.w.u. oraz precyzyjnie określić zapotrzebowanie przez inne odbiorniki ciepła, które mają współpracować z instalacją solarną. W tym przypadku naleŜy unikać przewymiarowania, poniewaŜ grozi to przegrzaniem instalacji, co powoduje blokadę jej pracy (stagnacja) oraz rozkładem nośnika grzewczego. Zaleca się raczej niedoszacowanie iŜ nadmiar łącznej powierzchni kolektorów słonecznych. • Dobór powierzchni kolektorów

Nie naleŜy nadmiernie rozbudowywać instalacji solarnej gdyŜ ze wzrostem powierzchni kolektorów maleje nam takŜe sprawność całego systemu. Na wykresie poniŜej przedstawiono przykładowy przebiegi tych wielkości.

Rys. 2.1. Przykładowy przebieg stopnia pokrycia potrzeb c.w.u. w skali roku oraz sprawności układu solarnego w zaleŜności od łącznej powierzchni kolektorów.

Jak widać z wykresu obok, optymalny dobór duŜej instalacji solarnej winien zapewniać pokrycie potrzeb w zakresie 30-45 % . Dalsze zwiększanie ilości kolektorów (przy rosnących nakładach inwestycyjnych) nie wnosi spodziewanego rezultatu. Wyniki obliczeń winny być wykonane za pomocą profesjonalnego programu do symulacji pracy instalacji solarnej

• Analiza

Do analizy pracy układów kolektorów słonecznych winno wykorzystywać się wyłącznie uznane i profesjonalne programy przeznaczone do doboru wielkości podstawowych elementów instalacji solarnych, umoŜliwiające takŜe przeprowadzenia symulacji jej pracy (np. T-SOL firmy Valentin lub ESOP firmy Valentin/Viessmann). W swoich bibliotekach posiadają one zweryfikowane (certyfikowane) dane kolektorów uznanych producentów. JeŜeli proponowany kolektor nie jest zawarty w takiej bibliotece programu j.w. to naleŜy go odrzucić. PoniŜej (rys. 2.2.) przedstawiono wykaz podstawowych parametrów pracy instalacji solarnej pozyskanych z programu T-SOL.

a) Analizowany schemat duŜej instalacji solarnej.

b) Wyniki symulacji rocznej duŜej instalacji solarnej. Niekorzystne kąty pochylenia, zła orientacja kolektorów lub nadmierna ilość zewnętrznych przewodów mogą wpłynąć na uzyskanie gorszych wyników. Wymienione obok parametry pracy instalacji solarnej powinny posłuŜyć jako wymagania techniczne zawarte w SIWZ.

Rys. 2.2. Istotne wyniki symulacji pracy instalacji solarnej (np. program T_SOL firmy Valentin).

• Efekty ekonomiczne i ekologiczne.

W trakcie analizy porównawczej róŜnych konstrukcji kolektorów nie naleŜy kierować się wyłącznie jego indywidualnymi parametrami. Winno się wyłącznie analizować spodziewane rezultaty odniesione do instalacji zbudowanej z tych kolektorów np.: - oszczędności roczne paliwa (gazu, oleju) lub ciepła, - roczną oszczędność emisji CO2, - sprawność systemu solarnego. PowyŜsze parametry moŜna uzyskać np. z programu T-SOL - patrz rys. 3b. NaleŜy sobie odpowiedzieć na pytanie czy interesować nas winny parametry pracy całej instalacji solarnej czy tez parametry pojedynczego kolektora. Niestety aktualnie w ponad 90 % przetargów w Polsce wymagania odnoszą się tylko do parametrów kolektora – patrz rozdział 3.

c) Roczny przebieg zapotrzebowania na ciepło oraz udział pozyskanej energii promieniowania słonecznego. d) Istotną weryfikacją jest sprawdzenie maksymalnej temperatury czynnika w kolektorach - naleŜy unikać przekraczania wartości 90

0C.

2.2 Etap projektowania. Podczas prac projektowych wszelkie rozwiązania winny być ustalane z ekspertem, gdyŜ zawsze instalacja solarna współpracuje z podstawowym źródłem ciepła jak kotłownia, pompy ciepła itd. W przypadku niewłaściwego skojarzenia tych systemów inwestor nie uzyska oczekiwanych rezultatów. NaleŜy uzgodnić schemat hydrauliczny oraz współpracę układów sterowania. Zaleca się stosowanie rozwiązań systemowych uznanych producentów i rezygnację ze sterowników programowalnych indywidualnie na potrzeby konkretnej inwestycji. Dzięki temu uŜytkownik nie będzie naraŜony na eksperymenty oraz uzyska niezaleŜność od wąskiej grupy specjalistów zajmujących się programowaniem i serwisowaniem sterowników indywidualnie programowalnych. Zaleca się akceptację projektu oraz wszelkich zmian przez ekspertów nadzorujących.. 2.3 Etap przetargu. W trakcie tworzenia specyfikacji przetargowej popełniane są niŜej wymienione i nagminnie powtarzające się błędy:

- wymagania odnoszą się wyłącznie do konstrukcji pojedynczych kolektorów, - poddaje się ocenie często nieistotne parametry kolektora, - brak jest wymagań odnośnie instalacji solarnej (!!), - nie występują zapisy odnośnie do weryfikacji pracy instalacji solarnej i ponoszenia odpowiedzialności za niedotrzymanie deklarowanych parametrów. - nie wymagane są stosowne gwarancje w odniesieniu do producenta, wykonawcy itd. - często wykonawca i producent kolektorów nie zabezpiecza swoim potencjałem deklarowanej gwarancji na dostarczone kolektory. - brak jest w komisji przetargowej ekspertów potrafiących profesjonalnie zweryfikować oferty.

2.4 Etap wykonawstwa. Po wybraniu oferty naleŜy zwrócić szczególną uwagę na następujące zagadnienia:

- wykonawcy nie mogą samowolnie bez uzgodnień zamieniać elementów instalacji solarnej zawartych w projekcie - wykonawstwo winno być nadzorowane przez projektanta, kierownika budowy, inspektora nadzoru i ww. ekspertów, - wykonawca swoim potencjałem winien zagwarantować odpowiedzialność za wykonane prace.

NaleŜy zwrócić uwagę, Ŝe często dochodzi do naduŜyć wobec inwestora. Dokonywanie np. zamian kolektorów słonecznych bez udziału ekspertów doprowadza do zupełnie innego rezultatu niŜ pierwotnie zamierzony. W tym przypadku wymagana jest wiedza specjalistyczna, którą zazwyczaj sami inwestorzy nie dysponują.

3. Przykładowa analiza duŜych instalacji solarnych PoniŜej dokonano porównania dwóch duŜych instalacji solarnych na podstawie analizy w programie T-SOL. Posiadają one tą samą powierzchnię absorbera i pracują w identycznych warunkach. 3.1. Opis instalacji nr 1. Typ kolektora - płaski

Ilość kolektorów szt. 200

Łączna powierzchnia czynna absorbera m2 465

Łączenie kolektorów - krótkie łączniki boczne

Długość rur łączących na zewnątrz (sieć) m 450

Grubość izolacji rur łączących (sieć) mm 50

Długość rur łączących na zewnątrz (między kolektorami) m 72

Grubość izolacji rur łączących między kolektorami mm 15

Przewodność cieplna izolacji rur W/(m*K) 0,045

Rys. 3.1. Na rys. powyŜej widać zwarta instalację oraz krótkie i właściwie zaizolowane przyłącza hydrauliczne całego zestawu kolektorów.

3.2. Opis instalacji nr 2. Instalacja nr 2 jest łudząco podobna z widoku od czoła do instalacji nr 1. Niemniej jednak waŜne jest to czego zazwyczaj nie widać - tj widok od strony łączenia kolektorów – rys. 3.2.. Typ kolektora - płaski

Ilość kolektorów szt. 200

Łączna powierzchnia czynna absorbera m2 465

Łączenie kolektorów - łączniki górne

Długość rur łączących na zewnątrz (sieć) m 450

Grubość izolacji rur łączących (sieć) mm 50

Długość rur łączących na zewnątrz (między kolektorami) m 700

Grubość izolacji rur łączących między kolektorami mm 15

Przewodność cieplna izolacji rur W/(m*K) 0,045

Rys. 3.2. Na rys. powyŜej widać zwartą instalację ale niestety od drugiej strony mamy rozbudowaną sieć przewodów oraz niezbyt profesjonalną izolację. DuŜa wątpliwość posiadają takŜe słupki wsporcze.

Tak pozostawione przewody łączące , bez dodatkowych zabezpieczeń izolacji skutkuje tym, Ŝe po kilku miesiącach skuteczność izolacji jest bardzo mała (rys. 3.3.a) lub Ŝadna (rys 3.3.b)

Rys. 3.3. Przykłady niewłaściwie wykonanej izolacji oraz jej braku. 3.3. Analiza w programie T-SOL Rezultaty wielokrotnych symulacji zestawiono w tabeli poniŜej. Wynika z nich, Ŝe długość przewodów łączących oraz stan ich izolacji posiada istotne znaczenie w bilansie energetycznym instalacji solarnej. Parametry cieplne kolektorów w instalacji nr 1 i 2 są identyczne.

Analizowana instalacja - Instalacja 1 Instalacja 2*) Porównanie

instalacji 2 do instalacji 1

Roczna oszczędność ciepła MW/rok 216,00 188,0 ÷ 157,0 -(12,96 ÷ 27,08) %

Roczna oszczędność emisji CO2 kg/rok 46 680,00 34000 ÷ 40600 -(13,02 ÷ 27,16) %

Roczny udział IS w przygotowaniu c.w.u. % 37,70 32,90 ÷ 27,50 -(12,73 ÷ 27,06) %

Sprawność instalacji solarnej % 34,20 29,80 ÷24,90 -(12,87 ÷ 27,19) %

*) najmniejsze wartości odnoszą się do instalacji nr 2 przy braku izolacji cieplnej.

Po analizie wyników nasuwa się oczywisty wniosek, Ŝe instalacja nr 2 (wyglądająca pozornie jak instalacja nr 1) drastycznie odbiega od jej parametrów cieplnych. Aby było ona równowaŜna cieplne instalacji nr 1 naleŜy ją powiększyć. Ŝe o kilkadziesiąt kolektorów. Zdarzają się przypadki, Ŝe instalacja nr 2 nie jest w stanie zrównowaŜyć instalacji nr 1 gdyŜ wraz ze wzrostem ilości kolektorów przyrasta nam jednocześnie długość rur łączących generujących straty cieplne.

a b

4. Sugerowany algorytm postępowania w trakcie w trakcie procesu projektowo-inwestycyjnego. MoŜna mieć nadzieję, Ŝe UŜytkownik będzie mógł ustrzec się wielu wręcz strategicznych błędów na kaŜdym etapie procesu inwestycyjnego, jeśli skorzysta z uwag zawartych w poprzednim rozdziale. Niemniej jednak podano poniŜej skrócony zalecany algorytm postępowania.

Rys. 4.1. Uproszczony algorytm procesu inwestycyjnego.

Rozpoznanie potrzeb

Koncepcja Analiza ekonomiczna

Prace nad projektem

Opracowanie specyfikacji przetargowej

Weryfikacja ofert oraz wykonawców

Nadzór nad realizacją

Weryfikacja instalacji pracującej

Ankiety http://www.kaskady.com.pl/projektowanie4.php?pages=projektowanie

Eksperci

Audytorzy energetyczni Projektanci Producenci Wykonawcy Publiczne instytucje finansowe

POZYSKIWANIE FUNDUSZY

W niniejszym opracowaniu przedstawiono równieŜ wykaz specjalistów reprezentujących firmę Viessmann Sp. z o.o., która posiada największe praktyczne referencje na rynku polskim w zakresie duŜych instalacji solarnych oraz systemowych rozwiązaniach bazujących na współpracujących ze sobą takich źródeł ciepła jak między innymi: - kolektory słoneczne płaskie i próŜniowe, - pompy ciepła - kotły kondensacyjne, niskotemperaturowe, na biomasę i przemysłowe, - moduły kogeneracyjne. a takŜe: - kompleksowe rozwiązania układów automatyki i sterowania, - osprzęt i wyposaŜanie.

Tabela 2.0. Wykaz ekspertów.

Eksperci ds. projektów strategicznych w zakresie energetyki odnawialnej.

Imię i Nazwisko Nr tel. kom. Adres e-mail Obszar

Adolf Mirowski + 48 782 756 123 drmr@viessmann.com moa@viessmann.org.pl

Polska

Wojciech Barczak + 48 782 756 787 bcz@viessmann.com Polska

Roman Ciońćka + 48 782 756 738 cior@viessmann.com Polska południowo-wsch.

Marek Rawicki + 48 782 756 718 rwk@viessmann.com Polska południowo-zach.

Karol Szejn + 48 782 756 728 sjl@viessmann.com Polska północno-zach.

Paweł Frankowski + 48 782 756 758 frnp@viessmann.com Polska północno-wsch.

Maciej Zieliński + 48 58 30 08 541 ziem@viessmann.com Polska północno-wsch.

Robert Midera + 48 782 756 748 mrb@viessmann.com Polska centralna

5. Podsumowanie.

1. Przedstawione w tym rozdziale zagadnienia moŜna takŜe odnieść do małych i średnich instalacji solarnych.

2. Podkreśla się konieczność ścisłej współpracy inwestora, audytora, projektanta, wykonawcy z ekspertem branŜowym.

3. Na rynku polskim istnieje pilna konieczność podnoszenia kwalifikacji zawodowych w zakresie energetyki odnawialnej.

4. Niezbędna jest obywatelska postawa wszystkich osób uczestniczących w procesie inwestycyjnym z uwagi na fakt, Ŝe często tego typu instalacje finansowane są z środków publicznych.

5. Istnieje pilna konieczność wprowadzenia wymagań w specyfikacji przetargowej dotyczących instalacji solarnych, weryfikacji parametrów ich pracy i zapisów odnoście ponoszenia odpowiedzialności za ich niedotrzymanie.