Nietypowa wada płaskich kolektorów słonecznych

Jesienią 2016 roku poproszono mnie o wymianę uszkodzonych 16 płaskich kolektorów słonecznych, które usytuowane były na dachu budynku wielorodzinnego jednej ze spółdzielni mieszkaniowych w Gdańsku. Instalacja, w której doszło do uszkodzenia tak znacznej ilości kolektorów, składa się z 58 sztuk, a więc jest to niemała ilość kolektorów pracująca w jednej instalacji. Władze Spółdzielni mocno zaniepokoiła tak duża ilość uszkodzonych kolektorów praktycznie w jednym sezonie.

Kolektory słoneczne we wspomnianej powyżej instalacji pracowały jedynie przez 10 lat, czyli okres gwarancji na nie właśnie się skończył, a przecież zakładana żywotność kolektorów słonecznych wynosi około 30 lat! W normalnie pracującej instalacji solarnej czynnik transportujący ciepło nie ma prawa wydobywać się na zewnątrz kolektora.

Kapiący czynnik z kolektorów wskazuje wyraźnie na uszkodzenie kolektorów wewnątrz jego konstrukcji. Po zdemontowaniu z konstrukcji wsporczych 18 sztuk i przewiezieniu ich do firmy, gdzie wybrano losowo 3 kolektory słoneczne i poddano je badaniom w celu odnalezienia przecieków wewnątrz konstrukcji kolektorów. Niniejsza ekspertyza miała nie tylko stwierdzić nieprzydatność zdjętych kolektorów, ale głównie posłużyć jako środek zaradczy przed dalszą degradacją reszty instalacji solarnej.

Płaski kolektor słoneczny – rozebrany

Po rozebraniu pierwszego kolektora słonecznego oględzinom poddano jego absorber, tzn. blachę z przymocowanymi rurkami, przez które to tłoczony jest czynnik chłodzący. Ponieważ zastosowano kolektor słoneczny o budowie harfowej, ale przystosowanej do poziomego układu pracy, w środku kolektora zastosowano dodatkową rurkę, tak aby „wyjścia” do podłączenia dalszej instalacji znajdowały się po jednej stronie kolektora, u góry.

Perforacja w płaskim kolektorze słonecznym

Na rysunku kolorem czerwonym zaznaczono element usztywniający zewnętrzną rurę.

 element usztywniający zewnętrzną rurę kolektora słonecznego płaskiego

Jest to kawałek cienkiej rurki wspawanej między dwie rury zbiorcze, tak by rura zewnętrzna z jej częścią zewnętrzną wychodzącą poza obudowę kolektora była sztywna i stężona z całością kolektora w taki sposób, aby gięcie nie następowało na kolanach tych rur.

Aby można było połączyć tak zbudowane kolektory, trzeba było zastosować między kolektorami tak zwane złączki kompensacyjne po to, by na tych złączkach niwelować rozszerzalność liniową rur miedzianych, z których to składa się najważniejsza część kolektora – absorber. W omawianej instalacji zastosowano jednak złączki sztywne, które prawdopodobnie doprowadziły do uszkodzenia rur zbiorczych (na rysunku zaznaczono jako pionowe).

We wszystkich trzech badanych kolektorach słonecznych perforacja nastąpiła w tym samym miejscu, a więc w miejscu przyspawania na lut twardy złączki usztywniającej (zaznaczonej na czerwono) z rurkami zbiorczymi.

Próby szczelności

Podczas prób szczelności przeprowadzonej wodą o ciśnieniu około 5 barów wykonano zdjęcia pokazujące, w którym miejscu doszło do perforacji (fot. 1).

Kolektory słoneczne płaskie - próba szczelności i perforacja

Po wyłamaniu rurki usztywniającej zaznaczonej na rysunku kolorem czerwonym okazało się, że w miejscu spawania materiał jest tak „zmęczony”, że powstała po tym wyłamaniu wręcz dziura. Po otwarciu kolektora nr 2 ukazał się obraz pokazany na zdjęciu 2.

Kolektory słoneczne płaskie - zmęczony materiał

Rurka usztywniająca musiała już wcześniej pęknąć od naprężeń mechanicznych, a po podłączeniu wody pod ciśnieniem widać, że perforacja nastąpiła w tym samym miejscu jak przy pierwszym kolektorze, a więc w miejscu wspawania złączki usztywniającej. Co prawda woda nie wydobywa się z taką siłą jak na zdjęciu powyżej, niemniej jednak zabrudzenia rur po lewej stronie wyraźnie wskazują, skąd następował przeciek. Podobnie rzecz miała się z badanym kolektorem numer 3 (fot. 3).

Kolektory słoneczne płaskie - zmęczony materiał

Widać na zdjęciu wyraźnie zbierające się krople wody wyciekające spod miejsca wlutowania rurki usztywniającej. W tym miejscu nastąpiło tak duże zmęczenie materiału, że rurka pękła.

Przyczyna – naprężenia

Na podstawie badań tylko tych trzech kolektorów z dużą dozą prawdopodobieństwa można powiedzieć, że w tych miejscach dochodzi do tak dużych naprężeń mechanicznych na skutek ciągłego rozszerzania się i kurczenia materiału, że w końcu materiał, z którego jest wykonana rura, nie wytrzymuje i pęka. Na ten proces degradacji rur narażona jest cała instalacja we wspomnianej spółdzielni mieszkaniowej.

W następnych dniach rozebrano wszystkie kolektory słoneczne i omawiana wada potwierdziła się w tylko jednym i tym samym miejscu. A więc z dużą dozą prawdopodobieństwa można powiedzieć, że cała instalacja, a jest przecież niemała, jest narażona na tego typu degradację.

Witold Jabłoński

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij