USZKODZENIA KOLEKTORÓW SŁONECZNYCH

1. Wprowadzenie.

W przypadku kolektorów słonecznych, oprócz łatwo dostrzegalnych uszkodzeń mechanicznych, może dojść do uszkodzeń, które wynikają z tzw. „błędu w sztuce” podczas ich montażu lub zużywania się poszczególnych elementów co w wielu przypadkach powoduje, że wykrycie ich stanowi istotny problem. W większości przypadków wpływ tych uszkodzeń w znaczącym stopniu zakłóca poprawną pracę kolektora słonecznego, a ich wykrycie korzystnie wpływa na jego uzysk energetyczny oraz chroni zarówno sam kolektor jak i całą instalację przed poważniejszą awarią.

2. Typy uszkodzeń.

Bez względu na rodzaj kolektora słonecznego, powinien on być w pełni odporny na uderzenia kulek gradowych oraz odpryski kamieni spowodowane przejeżdżającymi w pobliżu samochodami. Jednakże nie są to jedyne uszkodzenia, na które są narażone kolektory słoneczne, a znaczące różnice w ich konstrukcji powodują różne ich przyczyny i skutki.

W przypadku kolektorów płaskich wszelkie uszkodzenia mechaniczne szklanej osłony absorbera są widoczne gołym okiem i wykrycie ich nie sprawia problemu. Jednakże wpływ czynników zewnętrznych (wilgotność, wysoka temperatura) może okazać się destrukcyjny dla samego absorbera, od którego w głównej mierze uzależniony jest uzysk energetyczny kolektora. Spowodowane jest to uszczelnieniem kolektora słonecznego, które podczas całego okresu eksploatacji narażone jest na wpływ wysokiej temperatury i promieniowania UV. Mimo iż producenci przewidują takie warunki pracy kolektora, istnieje możliwość zużywania się uszczelnień powodująca przedostawanie się wilgoci do jego wnętrza. Prowadzi to nieuchronnie do korodowania oraz gnicia poszczególnych elementów absorbera co w znaczącym stopniu obniża jego sprawność cieplną. W tym miejscu należy zaznaczyć, że większość kolektorów słonecznych obecnych na rynku instalacyjnym przechodzi testy w akredytowanych laboratoriach m. in. na penetrację deszczu, jednakże badania te dotyczą wyłącznie nowych urządzeń, nie uwzględniając procesu ich zużywania podczas dłuższej ich pracy w warunkach rzeczywistych.

W kolektorach płaskich mogą również wystąpić uszkodzenia orurowania absorbera (harfowego lub meandrycznego) spowodowane niewłaściwym wykonawstwem czyli tzw. błędem w sztuce instalatora. Zbyt mocne (niezgodne z zaleceniami producenta) dokręcenie śrubunku do króćców kolektora może spowodować początkowo niewielkie uszkodzenia harfowego lub meandrycznego orurowania absorbera. W efekcie tego może nastąpić niewielki wyciek czynnika grzewczego do wnętrza kolektora słonecznego. Jest on trudny do wykrycia w początkowej jego fazie, jednakże po upływie określonego czasu (w zależności od skali uszkodzenia orurowania) doprowadzi on do znaczącego spadku ciśnienia w instalacji spowodowanego ubytkiem czynnika grzewczego. W tym przypadku należy bezwzględnie wymienić kolektor słoneczny na nowy, gdyż próba naprawy takiego uszkodzenia wymaga ingerencji do wnętrza urządzenia, co wiąże się z jego rozszczelnieniem i utratą gwarancji.

Uszkodzenia kolektorów próżniowo-rurowych mogą wystąpić w wyniku niewłaściwego obchodzenia się ze szklanymi rurami próżniowymi. W efekcie procesu technologicznego podczas produkcji rur próżniowych ich dolna część zakończona jest krótkim szpicem. Wszelkie jego uszkodzenia podczas przenoszenia czy montażu rur próżniowych wiążą się z przedostaniem się powietrza do ich wnętrza, co powoduje utratę próżni. Ze względu na małe rozmiary szpica, wykrycie jego uszkodzenia jest niezwykle trudne i w wielu przypadkach może zostać zidentyfikowane jedynie na podstawie utraty próżni w rurze. Przedostanie się powietrza do wnętrza rury możliwe jest do wykrycia poprzez kontrolę wskaźnika próżni, który stanowi warstwa baru pochodząca z pierścienia dystansowego znajdującego się w dolnej części rury. W warunkach próżni warstwa ta ma barwę metaliczno-srebrzystą, jednakże podczas wychwytywania przedostających się wnętrza rury cząsteczek gazu obecnych w powietrzu, warstwa ta ulega zmatowieniu oraz zmianie barwy na mleczno-białą, co zostało przedstawione na rysunku 1. Utrata próżni w rurze kolektora próżniowo-rurowego oznacza znaczący spadek jego sprawności cieplnej, szczególnie przy dużej różnicy temperatur kolektor-otoczenie.

W przypadku gdy w kolektorach próżniowo-rurowych została zastosowana technologia heat-pipe (rurki ciepła) należy zwrócić szczególną uwagę na rodzaj czynnika roboczego w nich wykorzystywanego. Należy bezwzględnie unikać rurek ciepła w których czynnik roboczy stanowi woda. W warunkach klimatycznych, w których może występować okresowo znaczny spadek temperatury poniżej 0⁰C istnieje możliwość zamarznięcia wody, powodująca uszkodzenie struktury rurki ciepła, uniemożliwiając tym samym odbiór i przenoszenie ciepła z absorbera do czynnika grzewczego w obiegu solarnym. Dzieje się tak dlatego, że wewnątrz rurki ciepła znajduje się podciśnienie, które pomimo iż obniża temperaturę odparowania czynnika roboczego, nie obniża jego temperatury zamarzania. Dlatego też, należy zwrócić szczególną uwagę w specyfikacji technicznej kolektora słonecznego aby zastosowany w rurkach ciepła czynnik roboczy był niezamarzający.

Często spotykanym problemem zarówno kolektorów płaskich jak i próżniowo-rurowych jest nadmierne zużycie absorbera jak i innych elementów wynikające z przegrzewania się instalacji. Osiągane wówczas temperatury stagnacji kolektorów przekraczają 200⁰C. Powoduje to znacznie szybszą eksploatację absorbera wpływając na znaczący spadek mocy cieplnej kolektora. Dlatego, też istotny jest dobór odpowiedniej powierzchni kolektorów słonecznych, dostosowany do zapotrzebowania na ciepło przez odbiorniki. Należy unikać niepotrzebnego przewymiarowania instalacji solarnej, co pozwoli na poprawną pracę kolektorów słonecznych w odpowiednim zakresie temperatur, nie przyśpieszającym starzenia się ich elementów. Dodatkowo okresowo prowadzone kontrole stanu czynnika grzewczego polegające na sprawdzeniu jego ubytków (ewentualnym uzupełnieniu) oraz odczynu (pH powinno wynosić ok. 7 co wskazuje na odczyn obojętny) pozwoli na prawidłowy odbiór ciepła i pozwoli uchronić poszczególne elementy instalacji przed korozją.

3. Podsumowanie

Większość kolektorów słonecznych dostępnych na rynku instalacyjnym przechodzi badania wytrzymałościowe (szok termiczny, obciążenie mechaniczne, penetracja deszczu, kulki gradowe itd.) przeprowadzone przez akredytowane laboratoria zgodnie z obowiązującą normą EN 12975. Jednakże, należy zwrócić uwagę na fakt, że kolektory słoneczne narażone są na intensywne działanie czynników środowiska zewnętrznego, co znacząco przyśpiesza proces starzenia się ich poszczególnych elementów. Dodatkowo, błędy w sztuce instalatorów mogą doprowadzić do poważnych uszkodzeń, których naprawa w wielu przypadkach nie będzie możliwa. Dlatego też, należy bezwzględnie stosować się do zaleceń producentów w celu uniknięcia problemów z uruchomieniem i późniejszą eksploatacją instalacji zasilanej kolektorami słonecznymi.