ODRŽAVANJE SOLARNIH KOLEKTORA

MAINTENANCE OF SOLAR COLLECTORS

Mr Ljiljana Radovanović

Prof. dr Živoslav Adamović

Jasmina Pekez, dipl.ing

 

Rezime

U raduje prikazano održavanje solarnih kolektora.

Ključne reči: solarni kolektor, održavanje

 

Abstract

This paper  presents maintenance of solar collectors.

Key words: solar collector, maintenance

 

UVOD

 

Za razliku od toplotnih pumpi koje koriste sekundarnu energiju sunčevog zračenja akumuliranu u zemlji, kolektori su uređaji koji koriste primarnu energiju sunčevog zračenja.

Prema konstrukciji i načinu rada, razlikujemo dve osnovne vrste prijemnika : ravne i fokusirajuće.

Ravni panelni kolektor  (sl. 1) koristi se za primenu u stambenim objektima. Tehnički se izvode kao zasebne celine u čiji sklop ulaze neophodni elementi kao što su: transparent, apsorber, termička izolacija i odgovarajuće kućište koje hidroizoluje unutrašnjost prijemnika od dejstva spoljne sredine. Sunčevo zračenje se u njima apsorbuje pomoću ravne ploče, obojene tamnom bojom.

Integralni prijemnici se direktno aplikuju na južno orijentisanu površinu objekta (krovište, fasada) i ne zahtevaju posebno kućište.

Fokusirajući kolektori postižu temperaturu zahvaljujući koncentrisanju sunčevog zračenja pomoću optičkog sistema. Zahtevaju stalno usmeravanje prema suncu.

 

Sl. 1. Ravni panelni kolektor 

 

Kod prijemnika sa tečnim rashladnim sredstvom (nosiocem toplote), radni medijum može biti voda ili neka druga tečnost (antifriz, ulje i sl.).

Kod prijemnika sa vazduhom kao radnim medijumom toplotu sa apsorbera odnosi vazduh, te mu je konstrukcija znatno jednostavnija.

ućište, pošto površina objekta predstavlja zadnju graničnu površinu prijemnika.

Apsorber je kod svih tipova PSE zatvoren u odgovarajućem kućištu, tako da se na određenom rastojanju sa njegove prednje - prijemne strane nalazi najčešće jedna ili dve transparentne pokrivke, a sa njegove zadnje i bočnih strana nalazi se termička izolacija.

Asorber tipa cev - ploča predstavlja reprezantativan model koji se može primeniti za analizu većine tipova apsorbera, obzirom na prednosti vezane za njihovu mehaničku i vremensku izdržljivost i postojanost.

 

 

POSTUPCI ODRŽAVANJA KOLEKTORA

 

Solarni kolektori predviđeni su da rade na otvorenom prostoru u svim vremenskim prilikama.

Održavanje solarnih kolektora obuhvata postupke preventivnog održavanja.

U osnovne postupke preventivnog održavanja kolektora spadaju:

§         Osnovno održavanje od strane rukovaoca,

§         Preventivni periodični pregledi,

§         Tehnička dijagnostika,

§         Traženje i otklanjanje slabih mesta,

§         Preventivne zamene delova,

§         Preventivne periodične opravke,

§         Popravljanje i obnavljanje delova kolektorai dr.

 

Osnovno održavanje od strane rukovaoca

 

Osnovno održavanje (stalni tehnički nadzor) obuhvata sve one postupke koje po pravilu obavlja u najvećem obimu, sam rukovalac (ili korisnik) tehničkog sistema, odnosno to su postupci koji mogu da obave na licu mesta, prilikom preuzimanja tehničkog sistema (primopredaje smene) od strane prethodnog rukovaoca, ili u toku smene (korišćenja), bez nekih posebnih uređaja i alata. U osnovno održavanje spadaju  postupci:

–        snabdevanje gorivom, mazivom i drugim tečnostima,

–        pranje i čišćenje,

–        zamena tehničkih tečnosti (izrađeno ulje, otpadne vode i dr.),

–        kontrola (dijagnoza) osnovnih sastavnih delova sistema, vizuelno ili pomoću jednostavnih instrumenata (ili preko ugrađenih instrumenata),

–        antikoroziona zaštita,

–        pritezanje olabavljenih spojeva,

–        primopredaja tehničkih sistema u toku rada,

–        kontrola (nadzor) procesa funkcionisanja tehničkog sistema preko komandnih tabli i sl.

Treba naglasiti da je značaj osnovnog održavanja od strane rukovaoca vrlo izražen i da od kvaliteta ovih postupaka u velikom stepenu zavisi sigurnost funkcionisanja posmatranih tehničkih sistema. Vrlo često se u našoj praksi i industriji o ovome malo vodi računa, pa se događa da su rukovaoci tehničkih sistema često sasvim usko obučeni, pre svega za upravljanje, a znatno manje (ili potpuno neobučeni) i za održavanje sistema (u prvom redu za osnovno održavanje).

Postupcima održavanja koji se sprovode na višem nivou (tehnička dijagnostika, opravke i dr.), na licu mesta i u radionicama i uz učešće specijalizovanih radnika, obično ne mogu da se nadoknade propusti u osnovnom održavanju.

 

 

 

 

Preventivne periodični pregledi

 

Potrebno je povremeno kontrolisati ispravnost da bi se sprečile eventualne havarije na kolektorima i konstrukciji. Treba posebno kontrolisati da li su stakla oštećena ili prljava. Ona se čiste prema potrebi,  pri čemu se peru samo u ranim jutarnjim satima dok kolektori nisu još zagrejani, da ne bi došlo do prskanja stakla.

Najmanje dva puta godišnje, posle leta i posle zime treba  detaljno pregledati stakla. Takođe treba proveriti zaptivenost svih spoljnih mesta, obzirom da zaptivni i spojni elementi obezbeđuju hidrozaptivnost i čvrstinu sklopa svih elemenata koji sačinjavaju konstrukciju prijemnika.

Sve labave veze treba pritegnuti. U toku rada povremeno proveriti kvalitet vode koja cirkuliše kroz kolektor, a koja mora biti kvalitetna voda za piće.

Ukoliko postoji automatski sistem za ispuštanje vode kada kolektor ne radi, proveriti njegovu ispravnost.

 

Tehnička dijagnostika

 

Dijagnoza je procedura ili skup procedura kojom se određuju otkaz ili otkazi koji odgovaraju simptomu ili skupu simptoma.

Dijagnostikom se : proverava ispravnost (tehničko stanje sistema pri kome on odgovara svim zahtevima ispravnosti, propisanim normativno-tehničkom dokumentacijom),

proverava radna sposobnost (stanje tehničkog sistema pri kom je on sposoban da izvrši svoju funkciju sa parametrima utvrđenim zahtevima tehničke dokumentacije).

 

Traženje i otklanjanje slabih mesta

 

Ovaj postupak tehnologije održavanja je usko povezan sa tehničkom dijagnostikom. Slaba mesta se mogu sama otkloniti pojavom otkaza, pa ih onda ne treba tražiti.

Uzrok pojave slabih mesta kod solarnih kolektora može biti slabo konstrukciono rešenje (slaba izolovanost, pojava viših temperatura od predviđenih itd.). Takođe uzroke pojave slabih mesta možemo tražiti u slabom rukovanju i održavanju solarnog kolektora.

Solarni kolektor je takođe direktno izložen različitim spoljnim i unutrašnjim uticajima.

Transparentna pokrivka PSE je izložena taloženju prašine i drugih čestica aerozagađenja na njenu spoljnu površinu. Ovo dejstvo se otklanja ispravnim i redovnim pranjem transparenta. Na unutrašnju stranu transparenta se deponuje prašina i druge čestice aerozagađenja. Otklanjanje ovih nečistoća se vrši rasklapanjem sklopa PSE.

Apsorber je izložen pojavi korozije usled dejstva vlage Takođe je izložen taloženju prašine i čestica aerozagađenja.

 

Preventivne zamene delova

 

Preventivne zamene delova kolektora se izvode radi zadržavanja eksploatacije i pouzdanosti sistema na potrebnom nivou. Kada je sastavni deo kolektora odradio veći deo svog životnog veka i kada je verovatnoća pojave njegovog otkaza relativno visoka, treba da se sprovode zamene tih delova. Za rad solarnog kolektora je bitno da ima pouzdan rad zbog energetskog kontinuiteta.

Kod zamene oštećenih elemenata treba voditi računa da su novopostavljeni elementi zaštićeni kao i ranije konstrukcije. Na mestima gde se pojavila korozija na gvozdenim delovima, treba je očistiti žičanom četkom i premazati sredstvom za skidanje korozije (aktivnom ili antirostam) i nakon 6 do 10 časova premazati zaštitnom bojom kojom je gvožđe prvobitno zaštićeno. U toku revizije obratiti posebnu pažnju na veze između kolektora i sabirne cevi.

Ako se predviđa rad kolektora i u zimskom periodu tada najkasnije u oktobru zameniti vodu antifrizom. Kada se u prolećnom periodu sistem ponovo puni vodom, nakon pregleda cele instalacije, obavezno ispustiti vazduh iz najviših delova instalacije i to ručno. Kod sistema punjenih antifrizom proveriti kvalitet tečnosti u vreme zamene, slično kao kod automobila.

Ukoliko je došlo do bilo kakvih oštećenja delova čelične konstrukcije ili kolektora, delove treba zameniti samo odgovarajućim, a najbolje originalnim delovima.

Kod zamene stakla kolektora, nakon skidanja rama potrebno je sve površine očistiti od trajnog kita i pri tom paziti da se ne oštete površine apsorbera. Potrebno je pregledati unutrašnje elemente (apsorber, veze, izolacije i drugo) i oštećene delove zameniti. Ukoliko je apsorber oštećen, bilo da je posledica razbijanja stakla zbog uticaja atmosfere, bilo da je oštećenje došlo prilikom opravke, postupa se prema posebnom uputstvu proizvođača, a prema vrsti apsorbera i njegovom premazu. Ukoliko ne postoji posebno uputstvo proizvođača, zaštitu od korozije vršiti jednim od klasičnih načina. Na očišćenu površinu postavlja se čisto staklo i trajno elastični kit. Zatim se postavlja ram držača stakla i vezuje sa vijcima. Višak kita se čisti formiranjem ivice.

 

Preventivne periodične opravke

 

Sistemom preventivne opravke naziva se celokupnost organizacionih i tehničkih mera za održavanje i nadzor koje se sprovode preventivno i obezbeđuju pouzdanu eksploataciju sistema. Ove mere sprečavaju porast nastajanja otkaza, habanja, a takođe ostvaruju obnovu tačnosti rada opreme, koja se gubi u procesu eksploatacije.

Sistem preventivnih opravki predviđa sledeće postupke:

-           preventivne periodične - tekuće opravke (male i srednje) - profilakse,

-           preventivne generalne opravke (remont sa modernizacijom).

Glavni oblik opravke je tekući remont - profilaksa, koji pri pravilnom korišćenju obezbeđuje pouzdan rad sistema i dozvoljava za duži period odlaganje skupe preventivne generalne opravke.

Mala preventivna periodična opravka vrši se obično, na mestu ugradnje kolektora.

To su: delimično rasklapanje kolektora, tehnička dijagnostika, čišćenje i revizija delova, zamena delova, podešavanje sklopova, zamena zaptivača, provera učvršćenja i zazora, čišćenje radnih površina, a takođe i radovi, koji se izvršavaju prilikom preventivnog periodičnog pregleda, kontrolnih pregleda, i tehničke dijagnostike.

Srednja preventivna periodična opravka obuhvata zamenu ili opravku sastavnih delova kolektora sa dužim radnim vekom. To je širi zahvat u odnosu na male opravke. Kolektor se obično pomera sa temelja. Nekada je racionalnije opravku izvesti na licu mesta. Tu spadaju:

-           dijagnostika stanja delova pre demontaže,

-           demontaža sastavnih delova sistema (posle demontaže),

-           pranje i čišćenje rastavljenih delova,

-           dijagnostika stanja rastavljenih delova,

-           regeneracija sastavnih delova sistema (popravka i obnavljanje istrošenih delova),

-           obezbeđenje novih sastavnih delova neophodnih za zamenu dotrajalih rezervnih delova,

-           motnaža sasavnih delova sistema,

-           funkcionalna regulacija i provera funkcionisanja sastavnih celina višeg reda,

-           montaža i regulacija celina višeg reda u okviru tehničkog sistema,

-           dijagnostika stanja delova posle montaže,

-           dokazivanje radne sposobnosti u toku probnog rada,

Generalna preventivna periodična opravka tehničkih sistema je najviši nivo obnove - regeneracije sistema u celini. Ona obuhvata opravku ili zamenu sastavnih delova sistema koji imaju najduži radni vek. Ovom se preventivnom intervencijom obnavlja (vraća) izgubljena radna sposobnost sistema na nominalni nivo, koji je sistem imao kad je bio nov (na nivo bazne pouzdanosti).

Kod generalne (velike) preventivne opravke vrši se totalna demontaža tehničkog sistema do nivoa elementarnih celina - delova. Ostale radnje su analogne kao i kod srednje preventivne opravke, s tim što su ovde obimnije i detaljnije. Zbog toga se ova opravka u praksi, najčešće zove generalni remont sa modernizacijom.

U celini posmatrano, ova preventivna opravka, tj. investiciono održavanje tehničkih sistema je najskuplja radnja održavanja, pa treba voditi računa da se one ne obavljaju češće nego što je potrebno. Obim generalne preventivne opravke se definiše na bazi prethodne dijagnostike stanja kolektora, izvedenih preventivnih pregleda, kontrole sistema i dr.

Generalna preventivna periodična opravka uključuje:

-           tehnička dijagnostika pre demontaže,

-           potpuno rasklapanje kolektora,

-           čišćenje i ispiranje svih delova,

-           zamena ili opravka osnovnih (baznih) delova (stakla kućišta, itd.),

-           potpuna zamena ili obnova pohabanih delova,

-           tehnička dijagnostika za vreme demontaže,

-           remont fundamenta i zamena delova za pričvršćenje,

-           otklanjanje slabih mesta na kolektoru,

-           po potrebi uraditi rekonstrukciju osnovnih delova ili modernizaciju celog kolektora koja menja tehnološke ili mehaničke karakteristike kolektora,

-           podešavanje i regulisanje kolektora,

-           antikoroziona zaštita kolektora i obnova svih vrsta zaštitnih pokrivača,

-           tehnička dijagnostika posle montaže i dr.

 

Popravljanje i obnavljanje delova sistema

 

Ovaj vid preventivnog održavanja predstavlja skup aktivnosti koji služi da jednom sstavnom delu solarnog kolektora, koji je postao neupotrebljiv, ponovo vrate svojstva upotrebljivosti odnosno vrati projektovani nivo pouzdanosti.

Prilikom oštećenja rama solarnog kolektora, zavarivanjem i obradom vraćamo sistem u prvobino stanje.

Kod pločastih kolektora ploče se spajaju različitim tehnikama spajanja kao što su:  elektrootporno zavarivanje, zavarivanje hladnim postupkom, ultazvukom i tvrdo lemljenje.

Elektrootpornim zavarivanjem, dva lima se spajaju pritiskom i toplotom. Karakterišu ga veliki učinak i kratko vreme zavarivanja, pa je pogodno za automatizaciju procesa i za industrijski način proizvodnje kolektora. Limovi prethodno moraju biti očišćeni od masnoća i površinskog oksidnog sloja.

Zavarivanje hladnim pritiskom izvodi se uzajamnom plastičnom deformacijom metala. Ovim postupkom moguće je zavariti metale koji se lako plastično deformišu. Dobri rezultati su postignuti na spojevima bakarnih i aluminijumskih limova. Zavarivanje hladnim pritiskom u proizvodnji apsorbera može biti tačkasto i šavno.

Tačkasto zavarivanje se postiže utiskivanjem okruglog ili pravougaonog žiga a šavno utiskivanjem oboda točka između kojih se nalaze preklopljeni limovi.

Pomoću ultrazvučnog zavarivanja frekvencije od 18 do 25 KHz formira se spoj na dodirnoj površini između dva lima, tako da se zavaruju samo preklopni spojevi. Ovom metodom se najbolje zavaruju bakar i aluminijum, ali se mogu variti i plastične mase.

Ukupna energija zavarivanja ultrazvukom je oko 10 puta manja nego pri elektrootpornom zavarivanju. Nije potrebno čistiti oksidnu skramu pre zavarivanja, nego samo odmastiti limove.

Lemljenjem je moguće spajati polomljene delove od ugljeničnih i legiranih čelika, sivog i temper liva, i njihovih legura i plemenitih metala.

Struktura i mehaničke osobine osnovnog materijala se ne menjaju jer je temperatura pri zagrevanju niska. Mana lemljenja u odnosu na zavarivanje je manja jačina lema, koja zavisi od vrste lema, difuzionih procesa i temperature lemljenja. Suština procesa lemljenja objašnjava se: kvašenjem metala pomoću istopljenog lema, kapilarnošću lema koja omogućava da se istopljeni lem podigne i ispuni svaku prslinu reda veličine 0,012 do 0,05 mm, difuzijom delića rastopljenog lema u osnovni materijal i delimičnom erozijom osnovnog materijala.

U procesu lemljenja pored dodatnih materijala upotrebljava se na mestu lemljenja i topitelj, čija je osnovna uloga da rastvori oksidnu skramu sa površina predviđenih za lemljenje i da površinu zaštiti od ponovne oksidacije.

Kod tvrdih lemova, tj. teško topljivih, temperatura topljenja je iznad 450oC, a  čvrstoća od 500 N/mm2. Za tvrdo lemljenje se koristi najčešće čisti bakar (Cu), legure bakra sa srebrom (Cu-Ag).

Lemljenje se, zavisno od oblika i veličine lemljenih delova, veličine serije, vrste osnovnog materijala itd. izvodi: lemilicom, gasnim plamenom, u peći, indukciono, i potapanjem.

Da bi došlo do spajanja materijala lemljenjem, potrebno je i da lem kvasi osnovni materijal, jer se samo u tom slučaju stvaraju i održavaju međuatomske veze između lema i osnovnog materijala.

Za poboljšavanje kvašenja osnovnog materijala lemom, zaštita metala i rastopljenog lema od oksidacije za vreme procesa zagrevanja i za rastvaranje oksidne skrame pri lemljenju upotrebljavaju se specijalni dodaci - dezoksidatori.

Prema agregatnom stanju, dezoksidatori mogu biti čvrsti, tečni i gasoviti. Čvrsti dezoksidatori su smeše različitih soli (npr. boraks) i koriste se pri lemljenju teškotopljivih lemova.

Izbor oblika spoja ima veliki značaj za obezbeđenje dobre čvrstoće, hermetičnosti elektro provodljivosti i drugih osobina zalemljenog spoja.

 

Varijante strategije odrŽavanja

 

Ako se pretpostavi da postoje mogućnosti da se koncepcija održavanja reši kao preventivno održavanje, i to sa preventivnim zamenama posle Tp1 ili Tp2 časova, ili kao korektivno održavanje, tj. tako da se postupci održavanja obavljaju tek pošto dođe do otkaza, i da, osim toga, postoje i mogućnosti izbora različitih tehnologija održavanja, koje daju pogodnost održavanja Pop1(t) ili Pop2(t) za preventivno Pok1(t) i Pok2(t) za korektivno održavanje, dolazi se do zaključka da za strategiju održavanja postoji u načelu više varijanata, od kojih se jedna može definisati u obliku [5].

 

s = {Tp2, Pop1(t), Pok1(t)}

To znači da strategija održavanja u ovom slučaju propisuje koncepciju preventivnog održavanja, s tim da se preventivne zamene vrše posle vremena Tp2, tehnologijom koja daje pogodnost održavanja Pop1(t), dok se korektivno održavanje (za delove koji otkažu ranije) vrši po tehnologiji koja daje pogodnost održavanja Pok1(t) (pogodnost održavanja je verovatnoća da će projektovani postupak održavanja biti izveden u datom vremenu, datim uslovima okoline i pri minimalnim troškovima).

Druga varijanta strategije održavanja može da bude rešena kao

 

s = {Tp1, Pop2(t), Pok2(t)}

 

odnosno samo sa promenjenim periodom preventivnih zamena i drugačijom tehnologijom korektivnog održavanja, ali sa svim drugim elementima kao i u prethodnoj varijanti, treća u obliku

 

s = {Tp2, Pop2(t), Pok2(t)}

i tako dalje.

Znači, pre upoređenja mogućih varijanata strategije održavanja treba precizno odrediti šta se traži, koje vrednosti pojedinih karakteristika se moraju (ili ne smeju) ostvariti, šta su bitni kriterijumi za upoređenje, a šta ograničenja. To istovremeno znači da će, na primer, sa stanovišta troškova jedna varijanta biti najbolja, odnosno “optimalna”, dok će sa stanovišta gotovosti “optimalna” biti verovatno neka druga varijanta [5].

 

 

LITERATURA                  

 

  1. Adamović, Ž., Golubović, D., Totalno održavanje tehničkih sistema, Tehnički fakultet “M. Pupin”, Zrenjanin, 2000.
  2. Lambić, M., Termotehnika sa energetikom, Tehnički fakultet »Mihajlo Pupin«,   Zrenjanin, 1998.
  3. Lambić, M., Termoenergetika prijemnika sunčeve energije, Tehnička knjiga, Beograd.
  4. Lambić, M., Inženjerstvo i inovacije, Tehnički fakultet “M. Pupin”, Zrenjanin, 1996.
  5. Todorović, J., Inženjerstvo održavanja tehničkih sistema, Jugoslovensko društvo za motore i vozila, Beograd, 1993.
  6. www.gkt.co.yu
  7. http://tesla.rcub.bg.ac.yu/~danis/
  8. www.fyrogenis.co.yu