Teho ja tuotto

Miten tunnistaa hyvä keräin?

Joskus aurinkokeräimistä kiinnostuneen maallikon on vaikeaa ymmärtää, mihin ominaisuuksiin kannattaisi kiinnittää huomiota aurinkokeräintä valittaessa. Kauppateksteissä vilisee runsaasti teknisiä termejä kuten pinta-ala (brutto-, apertuuri- ja absorbaattoripinta-ala), hyötysuhde, absorptio, emissiokerroin sekä keräimen maksimilämpötila ja vuosituotto (joka saattaa kuulostaa huiman suurelta, usein yli 700 kWh/m²/vuosi). Samat arvot voidaan ilmoittaa monin eri tavoin, mikä hämmentää kuluttajaa entisestään. Lisäksi ilmoitetut arvot on saatettu mitata tarkoitushakuisesti eivätkä ne siten vastaa keräimen todellista tehoa tavallisessa käytössä. Aurinkokeräimen ostamista harkitsevalta puuttuvatkin yhteismitalliset suureet, joiden avulla hän voisi vertailla keräinten tuottoa eri olosuhteissa.

Me laskemme aina asiakkaillemme mahdollisimman realistisen tuottoarvion. Suomessa maksimituotto on yleensä korkeintaan 400 kWh/m²/vuosi (tasokeräin) ja 500/m²/vuosi (tyhjöputkikeräin). Meidän valikoimissamme on vain laadukkaita tasokeräimiä, koska uskomme tasokeräinten toimivan varmemmin ja olevan pitkäikäisempiä Suomen olosuhteissa.

Parhaita työvälineitä keräinten vertailuun on keräimen hyötysuhdekäyrästä riippuva tehokäyrä. Se ilmoitetaan yleensä W/keräinmoduuli, mutta vertailun helpottamiseksi sen voi ilmoittaa myös W/m². Kohdepinta-alana on tällöin apertuuripinta-ala.

Keräimen tehokäyrä voidaan laskea viiden arvon avulla, joista kolme on ilmoitettu valmiiksi suurimmassa osassa Euroopassa myytävistä keräimistä. Saksalaiset ja sveitsiläiset tutkimuslaitokset kuten esim. SPF Rapperswil (www.solarenergy.ch), ISE Frauenhofer (www.ise.fhg.de) ja ISFH Hameln (www.isfh.de) varmistavat, täyttävätkö aurinkokeräimet EU-normin DIN EN 12975. Ne mittaavat sitä varten keräinten optisen hyötysuhteen (eta 0), lineaarisen lämmönläpäisykertoimen (k₁(a₁)) ja toisen potenssin lämmönläpäisykertoimen (k₂ (a₂)). Näiden mittaustulosten lisäksi tehokäyrän laskemiseen tarvitaan enää aurinkosäteilyn teho (W/m²) sekä keräimen ja ympäristön välinen lämpötilaero DT (K).

Keräimen pinta-alat
1. bruttopinta-ala (keräimen ulkomitta: pituus x leveys)
2. apertuuripinta-ala (lasiaukon pinta-ala)
3. absorbaattoripinta-ala (tasokeräimessä toimiva pinta-ala)

Keräimen tehovertailuun käytetään yleisesti apertuuripinta-alaa.

Tasokeräimissä pinta-alan laskeminen on hyvin yksinkertaista: leveys x pituus = pinta-ala.
Jos tyhjiöputkikeräimen absorbaattori on sylinterinmuotoinen, pinta-ala on laskettava eri tavalla. Heijastimeton putkikeräin ei pysty käytännössä tuottamaan energiaa koko pinta-alallaan, koska aurinko ei tietenkään yllä varjon puolelle. Sen takia sen pinta-ala lasketaan näin:
Bruttopinta-ala: leveys x pituus = bruttopinta-ala.
Apertuuripinta-ala heijastimettomassa tyhjiöputkikeräimessä: putken pituus (- varjostavat osat, kuten putkipidikkeet) x putken ulkohalkaisija x putkien lukumäärä.
Apertuuripinta-ala heijastimella varustetussa tyhjiöputkikeräimessä: heijastimen leveys x pituus (- varjostavat osat, kuten putkipidikkeet).
Absorbaattoripinta-ala sylinterinmuotoisessa absorbaattorissa: absorbaattorin halkaisija x p x absorbaattorin pituus x putkien lukumäärä.

Myös monesti mainittu ajatus 360° keräyskulmasta on käytännössä hyödytön. Aurinkosäteilyä pohjoisen suunnasta ei yleensä voida hyödyntää, koska talon katto on keräimen ja auringon välissä. Myöskään aamu- ja ilta-aurinko eivät tuota merkittävää lisähyötyä, sillä aurinko osuu ainoastaan yhteen keräimen putkista.

Hyötysuhde
Esim. Wagner & Co Euro C20 AR -keräimen tärkeimmät tekniset tiedot ovat:
Apertuuripinta-ala: 2,373 m²
Keräimen optinen hyötysuhde eli eta 0: 0,854
Lämmönläpäisykerroin  k: 3,37 W/m²*K
Toisen potenssin lämmönläpäisykerroin k²: 0,0104 W/m²*K²

Hyötysuhde lasketaan seuraavan kaavan avulla:

Hyötysuhde kannattaa laskea monella eri säteilyn voimakkuudella ja lämpötilaerolla, jotta saadaan useampi hyötysuhdekäyrä, jotka yhdessä selittävät keräimen suorituskyvyn eri olosuhteissa.

Neliömetriteho
Seuraavassa kuvassa esitetään keräimen neliömetritehokäyrät eri säteilyn intensiteeteillä.
Neliömetritehon laskemiseen käytetään seuraavaa kaavaa:
P=? * Ee

Moduuliteho
Keräinmoduulin tehokäyrät lasketaan seuraavan kaavan mukaan:
3. moduulitehokaava
P = ? * Ee * m²  (kohdepinta on aina keräimen apertuuripinta-ala)

Tästä voit ladata Euro L20 AR -keräimen hyötysuhteen. LINKKI

Onko valitsemani keräin hyvä?
Tämä aurinkokeräinten vertailemisen työkalu ei kerro suoraan, onko jokin keräin hyvä, vaan se kertoo keräimen suorituskyvystä eri säteilyolosuhteissa.
Tietyn keräimen laadukkuudesta saa aika hyvän kuvan osittain keräimen valmistajan myöntämän takuun pituuden sekä keräimen kokoonpanon ja materiaalien laadukkuuden perusteella. Esimerkiksi lasin paksuus kertoo jo jonkin verran, miten keräin kestää lumikuormaa. Moduulin paksuus puolestaan kielii eristeiden tasosta.
Jotta tästä vertailutyökalusta olisi hyötyä, sinun pitää tietää vertailtavista keräimistä muutama muuttuja. Jos et ole löytänyt näitä arvoja mistään, käänny maahantuojan puoleen ja pyydä virallisten keräintestien tuloksia. Jos maahantuoja ei tiedä näitä arvoja, syynä voi olla, ettei keräintä ole lainkaan testattu Euroopassa. Tällaisen keräimen toimivuuden ja tavoitteisiisi soveltuvuuden onnistunut arvioiminen vaatii tiukkaa asiantuntemusta. Euroopassa testaamattoman keräimen hankkiminen voikin olla melkoista sian säkissä ostamista ? tuskin ostaisit tyyppihyväksymätöntä autoakaan! 

Keräimen tuotto
Keräimen hyötysuhde ja tehokäyrät ovat puhtaita matemaattisia suhteita, joka kertovat täsmällisesti keräimen ominaisuudet ja suorituskyvyn. Nämä tulokset ovat toistettavissa, koska kaavat ja lähtötiedot pysyvät samoina. Pelkästään niiden avulla ei voida kuitenkaan päätellä keräimen todellista tuottoa. Järjestelmiä on niin monenlaisia, että esimerkiksi reilusti ylimitoitetussa käyttövesijärjestelmässä tietyn keräimen neliömetrituotto on vain 250 kWh/m²/a, vaikka alimitoitetussa esilämmitysjärjestelmässä sama keräin tuottaa 450 kWh/m²/a.
Keräimen tuottoa voi arvioida myös tietokonesimulaation avulla. Käytämme Getsolar-nimistä simulaatio-ohjelmaa, joka antaa melko tarkan kuvan siitä, mihin tietty aurinkolämpöjärjestelmä pystyy. Tuloksia on vaikeampi toistaa toisella ohjelmalla, koska simulaation käyttämä WetSyn-generaattori luo yhdeksi arvioinnin muuttujaksi satunnaisen paikallisen sääprofiilin. Luotu profiili on ainutlaatuinen eikä toistu. Sen voi kuitenkin tallentaa ohjelmaan, jolloin sitä voidaan käyttää jokaisessa simulaatiossa eri keräimiä vertailtaessa.
Vertailukelpoisten simulaatioiden kannalta pitäisi ensin luoda standardit, joiden mukaan määritellään energiankulutus, energiankäyttöprofiili, keräimen ja varaajan koko, taustahäviöt varaajasta ja putkilinjasta sekä muut oleelliset seikat.
Keräimet ovat eri kokoisia ja siksikin tuloksissa on eroa. Jotta simulaation tuloksia voitaisiin verrata keskenään yhteismitallisesti, kaikkien keräinten apertuuripinta-alaksi muutettiin 2,5 m². Tuloksia kannattaa joka tapauksessa tulkita varovaisesti.

Seuraavassa taulukossa on lueteltu järjestelmän lähtökohdat:

Tehokäyrät eri keräimistä