Диагностика солнечных коллекторов тепловизором

Как оперативно узнать о проблемах солнечных коллекторов? Тепловизионная камера может значительно упростить диагностику.

Владелец водонагревательной установки на солнечных коллекторах обратился за консультацией в сервисную организацию. Компания, производившая монтаж говорила, что владелец ожидал слишком много от установки, а владелец утверждал, что система в первый год работала более эффективно.

Прибыв на место, сервисный инженер начал первоначальную инспекцию системы. Давление жидкости было в пределах нормального рабочего диапазона для антифриза в замкнутой системе. Настройки контроллера были разумными, а расходомер указывал, что насос циркуляции теплоносителя обеспечивал необходимую скоростью потока. После проверки того, что датчики температуры в баке-теплоаккумуляторе также должным образом установлены и работают, инженер направился на улицу, чтобы проверить коллекторы на крыше.

Вид изображения на ИК  камере

Вид изображения на ИК камере

Неисправности солнечных коллекторов

Уменьшение производительности коллектора может быть следствием целого ряда факторов. В системах, в которых питьевая вода нагревается непосредственно коллекторами, может произойти кальцификация (отложение кальция) в коллекторе или трубах  за счет высокого содержания минеральных солей в воде. Также возможно ухудшение поверхности абсорбера, в зависимости от качества покрытия абсорбера и возраста коллектора.

Большинство плоских коллекторов, как правило, довольно прочные, но к концу срока их службы возможны различные проблемы. Эти могут быть утечки, где вертикальные трубки соединены с горизонтальными или разрыв сварочных соединений между трубками и пластинами-поглотителями (абсорбером). Также могут возникать проблемы с разбитием стекла, разгерметизацией корпуса и попаданием влаги внутрь.

Коллекторы с вакуумными трубками по своей природе менее долговечны. Это связано прежде всего с типом используемого стекла (некаленное боросиликатное или натриево-кальциево стекло), а также в необходимости поддержки вакуума для обеспечения надлежащей работы. Трещины в стекле или утечки в  уплотнениях приводят к потере вакуума, при этом трубка становится неэффективной. При изготовлении вакуумных трубок внутри устанавливается «геттер», элемент поглощающий остаточный кислород. Как правило, геттер изготавливается из бария, который выглядит как зеркальное покрытие. Когда геттер поглощает кислород, он становится оксидом бария и зеркальное покрытие превращается в белое. Зеркальная поверхность является показателем целостности вакуума в трубке.

Вид на исправную и неисправную вакуумную колбу

Вид на исправную и неисправную вакуумную колбу

В то время как газопоглотитель из бария обеспечивает визуальное подтверждение наличия вакуума, не всегда возможно оперативно отследить наличие зеркальной поверхности. Например, некоторые производители коллекторов при креплении трубки закрывают бариевый геттер пластиковыми элементами крепления трубки или коллекторы  установлены высоко и издалека трудно оценить наличие зеркала.

Поиск неисправностей с помощью камеры ИК

Инфракрасные камеры особенно эффективны при диагностике проблем с вакуумными коллекторами без необходимости выходить на крышу. Где обычная камера захватывает видимый свет, ИК-камеры получают инфракрасное излучение и отображают теплоту цветом или оттенками серого. Правильно настроенная ИК камера может указывать температуру поверхности различных объектов, в том числе солнечных коллекторов.

Хотя это не распространено, но проблемы плоских коллекторов также могут быть диагностированы ИК камерами. Можно быстро определить неисправный коллектор по температуре теплоносителя, также можно определить изменение протока теплоносителя в коллекторе. Элемент с более высоким потоком будет иметь более низкую температуру, так как тепло удаляется быстрее по сравнению с элементом с более медленной скоростью потока. В больших сборках плоских коллекторов, поток через коллекторы может быть неровным. ИК камера,например,  может диагностировать температуру в центре сборки выше, чем на внешних краях. В старых плоских коллекторах, ИК камера может помочь с диагностикой отделения абсорбера от трубки или проблемы с остеклением, отображая изменения температуры на стекле или более высокую температуру вокруг уплотнений.

Бариевый геттер закрыт пластиковым монтажным элементом

Бариевый геттер часто бывает закрыт пластиковым монтажным элементом

ИК-камеры являются особенно полезными при диагностике проблем с системами на вакуумных трубках, так как трубки, утратившие вакуум будут иметь более высокую температуру поверхности, чем рабочие трубки. Это связано с потерей изоляции, которая происходит при потере вакуума. Если геттер трудно наблюдать в связи с колпачками на трубках или с его неудобным расположением, или если доступ к крыше является проблемой, инфракрасная камера может сэкономить время и избежать рисков, связанных с подъёмом на крышу.

Инфракрасное изображение коллектора

Инфракрасное изображение коллектора показывает проблемные трубки, которые проявляются как более светлые розовато-фиолетового цвета.

Инфракрасная камера также может использоваться для диагностики проблем, которые не видны. Например, в некоторых марках коллекторов с вакуумными трубками обнаружились проблемы долговечности с их тепловыми трубками, тонкими медные трубками внутри, которые содержат небольшое количество жидкости в вакууме. Вакуум позволяет жидкости кипеть при примерно 30 °С. Пар поднимается в конденсатор колбы, где он передает тепло более холодному теплоносителю коллектора. Это конденсирует пар в жидкость, которая стекает в нижнюю части тепловой трубки. Но если тепловая трубка теряет вакуум, жидкость не закипит, пока не достигнет гораздо более высокой температуры, в результате чего эффективность тепловой трубы резко падает.

Темный фиолетовый цвет указывает на меньшую температуру поверхности и значит правильную работу трубки

Темный фиолетовый цвет указывает на меньшую температуру поверхности и значит правильную работу трубки

В результате, вакуумная трубка с неисправной тепловой трубкой выглядит более горячей, чем та, которая работает должным образом. Тем не менее, конденсаторные элементы трубок более холодные, потому что цикл испарения и конденсации не происходит. Это дополнительное тепло легко определяется с помощью ИК камеры.

Визуальный осмотр выявил дефекты целостности тепловой трубки

Визуальный осмотр выявил дефекты целостности тепловой трубки

При диагностике вакуумных коллекторов с тепловыми трубками бывает достаточно снять несколько трубок, выбрав случайным образом, и сравнить их производительность с новой трубкой. Прежде, чем размещать трубки на солнце, желательно обмотать конденсатор каждой тепловой трубки силиконовой лентой, которая не оставит при нагреве следов.

Различные конструкции оголовка трубки: слева с защитой колбы от перегрева кондесатора и справа без защиты

Различные конструкции оголовка трубки: слева с защитой колбы от перегрева кондесатора и справа без защиты

Инфракрасное излучение измеряемое с помощью ИК камеры представляет собой сочетание ИК-излучения от поверхности и отраженного от предметов вокруг. Так как медная тепловая трубка является гладкой и блестящей, она отражает значительное количество инфракрасного излучения. Без силиконовой ленты было бы трудно измерить фактическую температуру конденсатора лампы за счет отраженного инфракрасного излучения от холодного неба. Плоские, черные поверхности являются менее отражающими, следовательно, лучше применять черную силиконовую ленту.

 

Справа температура нормально функционирующей трубки. Слева поврежденная трубка

Справа температура нормально функционирующей трубки. Слева поврежденная трубка

После первоначального визуального осмотра, сервисный инженер может заметить несколько тепловых трубок, которые имеют небольшой разрыв в нижней части тепловой трубки, вероятно вследствие повреждения из-за замерзания. Визуальный осмотр трубок может не показать присутствие проблем. Тем не менее, ИК камеры указывают на иное. После того как трубки прогрелись на солнце в течение 15 минут, было произведено измерение их температуры с помощью ИК-камеры. Конденсатор новой тепловой трубки разогрелся почти до 150 °С. Конденсатор проблемных трубок разогрелись всего до температуры от 45-50 °С . Огромное различие в температуре иллюстрирует важность вакуума в тепловой трубке. Без вакуума, жидкость в тепловой трубе не кипит и не может обеспечить передачу тепло в конденсатор.

При фотографировании трубок ИК камерой важна правильная настройка. Можно вручную регулировать продолжительность экспозиции и уровня. Также можно уменьшать излучательное значение поверхности до 0,60, чтобы сравнить отдельные трубки. В то время как этот параметр не обеспечивает абсолютные данные о температуре поверхности стекла, это бывает достаточным для сравнения относительной температуры вакуумных трубок. ИК-камеры позволяет определить неисправные трубки без поднятия на крышу.

Измерение температуры трубопровода системы

Измерение температуры трубопровода системы

Применение ИК камеры не ограничиваются проверкой массива коллектора. Также она может помочь определить проблемы в смесительной арматуре, трубопроводах и теплоизоляции.

Измерение и выявление проблем регулирующей арматуры

Измерение и выявление проблем регулирующей арматуры

Добавить комментарий


Почитать ещё по теме:


Топ производителей вакуумированных солнечных коллекторов.
Солнечные водонагреватели: повреждения и ремонт. Часть3
Селективный поглотитель солнечной энергии из наноматериалов
Новый тип солнечных коллекторов
концентрирующая солнечная установка
Малые концентрирующие солнечные установки

Template design by Joule Watt © 2014 Домашняя энергетика