Temperatura stagnacji kolektora słonecznego, a ochrona przed przegrzewaniem instalacji solarnej

Rozwój technologiczny w konstrukcji kolektorów słonecznych, a także stosowanie ich do wspomagania ogrzewania budynku, spowodowało częstsze występowanie w systemach solarnych podwyższonych temperatur pracy. Przede wszystkim podwyższenie sprawności pracy kolektora słonecznego było skutkiem zastosowania szkła o większej transmisyjności (przepuszczalności) dla promieniowania słonecznego, a także skuteczniejszych izolacji cieplnych i korzystniejszych cech pokryć absorbujących promieniowanie słoneczne.

Produkowane obecnie płaskie kolektory słoneczne o wysokich sprawnościach pracy, przeznaczone do zastosowania w warunkach środkowoeuropejskich, mają często określoną temperaturę stagnacji na poziomie 200 i więcej °C. Kolektory próżniowe mogą mieć jeszcze wyższe temperatury stagnacji na poziomie przekraczającym 300°C. Jakie skutki może przynosić przegrzanie instalacji solarnej? Gdyby były one poddane działaniu takiej temperatury, doszłoby do uszkodzenia np. izolacji cieplnej przewodów, membrany naczynia wzbiorczego, czy też wirnika pompy obiegowej. Przede wszystkim jednak w pierwszej kolejności przegrzewanie zagraża trwałości czynnika grzewczego.

Dobrej klasy czynniki grzewcze (glikole) są w stanie wytrzymywać długotrwałe podwyższone temperatury pracy. Instalacje solarne pracują bardzo często z tym samym glikolem przez okres dłuższy niż 10 lat, pod warunkiem dokonywania systematycznych przeglądów.

Glikol propylenowy w próbie temperaturowej w laboratorium był podgrzewany aż do 235°C. Wytrącenie osadów nastąpiło po 42 dobach (1008 godzinach) stałego podgrzewania do 235°C [1]. Zmiana koloru glikolu świadczy o występowaniu podwyższonych temperatur pracy, jednak nie świadczy o konieczności jego wymiany. Należy dokonać pomiaru temperatury krzepnięcia i odczynu pH.

W praktyce jednak temperatury jakim poddawany jest glikol w kolektorach słonecznych, są znacznie niższe. W kolektorach płaskich i próżniowych Hewalex, gdzie absorbery cechują się korzystną konstrukcją do samoczynnego usuwania glikolu w stanie stagnacji, przyrost ciśnienia w kolektorach słonecznych jest nieznaczny. Już we wstępnej fazie stanu stagnacji, glikol przy temperaturze rzędu 140÷150°C będzie wypierany z kolektora słonecznego i przez to nie poddawany przegrzewaniu.

Stan skupienia glikolu propylenowego w zależności od ciśnienia i temperatury. Przykładowo w małej instalacji solarnej o wstępnym ciśnieniu roboczym 1,5 bar (w kolektorze słonecznym), nastąpić może wzrost ciśnienia o około 1,5÷2,0 bar. Dopiero przy temperaturze około 140°C nastąpi wrzenie i parowanie wody zawartej w roztworze z glikolem, co zapoczątkuje wypieranie glikolu z orurowania absorbera.

Jaki jest związek temperatury stagnacji kolektora słonecznego z jego ochroną przed przegrzewaniem? W praktyce… żaden. Oczywiście kolektory słoneczne o bardzo niskiej temperaturze stagnacji nie będą narażać czynnika grzewczego na przegrzewanie, ale także nie będą zapewniać wysokiej sprawności pracy. Niska temperatura stagnacji oznacza wysokie nachylenie krzywej sprawności i obniżenie wydajności kolektora słonecznego przy wyższych temperaturach pracy.