W poprzedniej części artykułu wymienialiśmy najczęstsze problemy podczas użytkowania kolektorów płaskich. Zwracaliśmy uwagę na konieczność okresowych przeglądów instalacji oraz kluczowa rolę etapu montażu na sprawność funkcjonowania tych urządzeń. Dziś zajmiemy się wymienionymi już dwoma najczęstszymi przypadkami błędów eksploatacyjnych instalacji opartych o kolektory próżniowe. Są to: pękanie rurek cieplnych oraz uszkodzenia szklanych rur kolektora. Problemy te występują głównie w okresie zimowym i powodowane są niedostatecznym zabezpieczeniem przed działaniem niskich temperatur.

Reklama

W jednym z wcześniejszych tekstów zwracaliśmy uwagę na zabiegi gwarantujące pracę kolektorów również w zimie. Kluczową rolę odgrywa mrozoodporność czynnika roboczego. W przypadku kolektorów słonecznych z bezpośrednim przepływem czynnika grzewczego (glikolu) przez absorbery, odporność na niskie wartości temperatury badana na obiegu glikolowym, potwierdza wprost wytrzymałość kolektora. Jednak pękanie rurek cieplnych występuje w kolektorach typu Heat Pipe z tzw. przepływem pośrednim podczas długotrwałego narażenia instalacji na działanie niskich temperatur. W tym rodzaju kolektora nie ma możliwości wymuszenia obiegu płynu solarnego przy spadku jego temperatury poniżej wartości krytycznych. Nie występuje również bezpośrednie połączenie z instalacją solarną, a wymiana ciepła następuje poprzez wymiennik i polega na odzyskiwaniu ciepła skraplania płynu odparowanego w rurce.

Teoretycznie próżnia w rurce szklanej, a także jedynie niewielkie wypełnienie nośnikiem ciepła rurki cieplnej, powinno zapobiegać zamarzaniu. Jak się jednak okazuje, dość powszechny jest problem uszkodzeń kolektorów próżniowych typu Heat Pipe, wystawionych na długotrwałe działanie niskiej temperatury zewnętrznej. W niektórych przypadkach rurki te ulegają pęknięciom, przez co stają się niezdolne do pracy. Ponadto trudność sprawia fakt, że takie uszkodzenie nie jest widoczne, gdyż oddzielny obieg glikolu pozostaje nienaruszony. Podejrzenie wystąpienia problemu powoduje różnica w efektach pracy instalacji w porównaniu do poprzednich sezonów. Jednak zauważalny jest on dopiero, kiedy uszkodzeniu ulega kilka rurek. Może również wystąpić widoczne zaparowanie uszkodzonej rurki.

Rurki cieplne mogą ulegać uszkodzeniom w wyniku długotrwałego narażenia na temperaturę rzędu -15°C i niższej. Wówczas płyn zgromadzony w rurce nie ma możliwości odparowania, gromadzi się w postaci skroplonej w dolnej części rurki Heat Pipe, a przy silnym mrozie, szczególnie w okresach nocnych, może zamarznąć rozsadzając rurkę. Analizując proces zamarzania cieczy wiemy, że zachodzi ono od lustra –tworząc tzw. „korek lodowy”. W wyniku tego zamarzająca ciecz nie jest w stanie rozszerzać się w górę rurki, zjawisko to potęgują siły tarcia przy ściankach rurki. Dochodzi zatem do deformacji dolnej części rurki, a w wielu przypadkach również do jej pęknięcia. Jest to niezwykle prawdopodobne w tych kolektorach, w których rurki cieplne wypełniane są wodą.

Oprócz wody w kolektorach stosowane są również takie ciecze jak amoniak, aceton, etanol oraz metanol. Jedyną zaletą jest ich niższa temperatura krzepnięcia, jednak to czysta woda pod względem wielu cech fizyko-chemicznych stanowi znacznie korzystniejsze rozwiązanie. Posiada znacznie wyższe napięcie powierzchniowe, ciepło parowania oraz przewodność cieplną, a równocześnie charakteryzuje się niższą od większości wymienionych nośników lepkością par. Ponadto jest czynnikiem nieszkodliwym, tanim i zachowującym swoje właściwości w całym okresie eksploatacji. Problem uszkodzeń rurek cieplnych w niskich temperaturach jest zatem problemem dość powszechnym z uwagi na powszechność stosowania w nich wody jako nośnika ciepła. Jednocześnie poszukiwanie innych nośników jest niezwykle ciężką kwestią, która uniemożliwia zapobieganiu tego typu awariom.

Drugi poważny problem stanowią uszkodzenia rur szklanych w kolektorach próżniowych. Wpływ na ich występowanie ma zastosowany rodzaj szkła oraz szczelność rury. W kolektorach z wyższej półki stosuje się szkło hartowane, zdecydowanie bardziej odporne na uderzenia gradu niż tańsze szkło boro-krzemowe. Ponadto droższe kolektory posiadają szczelne połączenie rury absorbera z korkiem zaślepiającym, np. dzięki zlutowaniu z zaślepką. Jest to dodatkowe ustabilizowanie absorbera w rurce oraz zabezpieczenie przed dostawaniem się do wnętrza zanieczyszczeń i opadów atmosferycznych. Kolektory gorszej jakości nie posiadają takiego połączenia i w związku z tym nie są hermetyczne i szybciej dochodzi do ich uszkodzenia.

Przy wyborze odpowiednich urządzeń należy kierować się nie tylko ceną, ale również jakością kolektorów, co nie zawsze idzie w parze. Niezwykle ważne jest montowanie certyfikowanych urządzeń przez wyspecjalizowanych instalatorów. Dla zapewnienia wydajnej pracy instalacji konieczne jest ponadto monitorowanie uzysków energii cieplnej oraz okresowe przeglądy.