Селективное покрытие для солнечного коллектора. Пленка селективная
Селективное покрытие своими руками для солнечного коллектора
Самодельный солнечный коллектор это едва-ли не самая интересная тема в контексте энергоэффективного дома. Для изготовления солнечного коллектора не требуется высокотехнологичного производства и если разобраться в теории и не бояться практики — можно обеспечить семью горячей водой, подогретой солнцем.
Изготовление коллектора проходит в несколько этапов, один из которых — выбор и нанесение селективного покрытия на поглощающие панели (абсорберы). Отмечу, что затраты на селективное покрытие незначительно увеличивают общую стоимость проекта, но играют важную роль.
Абсорберу (поглощающей панели) нужно покрытие, которое будет эффективным теплоприемником, прозрачно для инфракрасного излучения.
На какие характеристики селективных покрытий нужно ориентироваться?
Мерилом эффективности селективного покрытия является:
- Коэффициент поглощения солнечной энергии(α)
- Относительная излучающая способность (ε)
- Отношение способности поглощения к излучению
Начнем с самого простого и доступного селективного покрытия: краски.
Селективная краска
Обычные черные краски не годятся, так как являются теплоизоляторами и не обладают термостойкостью. Матовая автокраска не обладает необходимой термостойкостью, хотя светопоглощение у них хорошее (в испытаниях дают 65-70°С при 70-80°С у коллектора с покрытием тонером по лаку).
Лаки, посыпанные тонером для лазерных принтеров, дают правильное покрытие с точки зрения матовой поверхности, но так же плохо проводят тепло. Смешивать лак и тех. углерод — идея еще хуже, так как получается очень толстый слой покрытия с глянцем. Нам нужно добиться толщины селективного покрытия в несколько микрон.
Подходят аэрозольные и баночные термостойкие матовые краски для мангалов, печей, каминов черного цвета. Под некоторые краски требуется нанесение специального антикоррозийного грунта, кислотного грунта.
Есть подходящие краски не в форме аэрозоля, но которые можно наносить краскопультом. Напоминаю, толщина слоя очень важна для эффективности селективного покрытия.
Нашел в продаже специализированные краски для солнечных коллекторов с заявленными 99% поглощения.
Готовая селективная пленка или металлическая лента
Селективными пленками пользуются мелкие производители коллекторов. Это термопленки для наклеивания на абсорбер или рулонная медь/алюминий с готовым селективным покрытием, нанесенным в условиях вакуума. Достать такой материал в розницу сложно.
Селективное покрытие на алюминий
Идеального тонкого покрытия графитового цвета на алюминии добиваются тем же методом, что и с оцинковкой — чернение купоросом/хлоридом натрия. Это спорный вариант самодельного селективного слоя, так как истончает металл.
Промышленные доступные абсорберы в основном алюминиевые, толщиной 0,2 мм, крашеные матовой термокраской. Учитывая это, мудрить с чернением алюминия всяким хлорным железом и анодированием не имеет смысла в масштабах самодельного солнечного коллектора. Наиболее быстро окупаемым в самоделках является именно крашеный алюминий, который уступает в теплоотдаче и только черненой меди. Но у алюминиевого абсорбера есть свои недостатки.
Селективное покрытие на медный абсорбер
Перед оксидированием медную поверхность нужно тщательно очистить кислотой (горячий уксус, лимонная кислота, сульфаминовая кислота). Шкурить перед чернением щетками по металлу или какими-либо абразивами не дает никаких преимуществ в абсорбции энергии в дальнейшем.
Очистить медь можно солью/содой по чайной ложке на 100 г. воды.
Прочную оксидную пленку можно получить температурой красного каления — 1200°С с последующим охлаждением. Делать такое оксидирование нужно до момента спайки. В домашних «каминных» условиях такое не провернуть, нужно нести медь к кузнецу.
Оксидирование меди серной мазью дает рыхлое неустойчивое селективное покрытие.Естественная окись меди имеет поглощающую способность в четыре раза большую, чем у термостойкой краски: 75% поглощения, 33% эмиссии, что дает 42% эффективности.
Чернение меди делают также электролитическим способом, рецепты и технологический процесс есть в сети.
Жидкости для воронения (чернения) хорошо работают, но дорогие. Протравки можно делать самостоятельно, рецепты есть по этой ссылке. Хочу отдельно остановиться на паре способов. В способе с серной печенью — оксид меди в составе полученного покрытия может быть в меньшей концентрации, чем сульфид меди, а это может влиять на селективную способность покрытия, но я не химик и не уверен.
Промышленный метод оксидирования меди с помощью едкого натра опасен для здоровья, не применяйте его в гаражных условиях. Вместо NaOH+NaClO2 пользуются содой, которая в промышленных масштабах неудобна и дорога для чернения меди.
Хотя образцы, черненные NaOH показывают лучший результат (подробнее о тестах самодельных селективных покрытий на меди и алюминии здесь) чернение содой — процесс медленный, на глубокий черный цвет уходит около 2-х суток в растворе без подогрева. Концентрация раствора: 2 чайные ложки на 100 грамм воды.
Формирование оксида проходит медленно, поэтому нужный оттенок и равномерность получить гораздо проще таким методом. Раствор нужно периодически помешивать а детали переворачивать.
Солнечный свет ускоряет процесс оксидирования меди. Толщина покрытия в несколько микрон, что нам и нужно. Очень стабильное, не смывается и не сцарапывается.
Встречал советы с парами аммиака (нашатырного спирта), якобы приводят к быстрому потемнению меди в закрытой емкости. Однако это скорее патинирование, придающее меди синеву, нестойкое покрытие.
Прожиг меди газовой горелкой дает на 10-12°С меньше селективности, чем оксидирование химическими способами.
Для коллектора лучше выбрать медь. Простая пайка, долговечность работы даже при утрате селективного покрытия (с алюминием все в разы сложнее), хотя медь и получится раза в 4 дороже алюминия.
Термокраска на медь тоже наносится, но раз уж вы теперь знаете, как ее оксидировать, то браться за покраску точно не стоит.
Селективное покрытие на оцинковку
Химическое меднение (и последующее оксидирование) оцинковки можно провести в гаражных условиях с помощью пентагидрата сульфата меди (медного купороса).
Химическое чернение раствором медного купороса и натриевой соли соляной кислоты (хлорид натрия) получается не стойким. Чернить оцинковку лучше готовым промышленным чернителем, с которым можно работать без гальваники холодным способом, он создает на поверхности прочную оксидную хроматную пленку. Оксидный слой поглощает максимум излучения в пасмурный день.
Вариант нанесения на оцинковку порошковой краски для лазерных принтеров (технического углерода) не менее популярен. Пластины оцинковки прогреваются строительным феном и посыпаются тонером. Слой краски получается тонким, матовым, прочным — порошок приплавляется к металлу сам. Если пластина слишком горячая и порошок оплавился — обрабатывают мелкозернистой наждачной бумагой. В солнечную погоду такое селективное покрытие более чем эффективно.
Другие технологии селективных покрытий:
- Гофрированная селективная поверхность
- Углеродный войлок
- Селективное бархатное (флок) покрытие, нанесенное плазмой
Несколько обобщающих моментов о селективных поглощающих покрытиях:
- Коллекторы для сезонного пользования прекрасно греют воду с любым самодельным селективным покрытием.
- Абсорбер с матовым черным покрытием и двумя стеклами поверх имеет примерно те же температуры, что и теплоприемник с селективной краской и одним стеклом.
- Чернение меди гораздо долговечнее красок, а стоимость оксидирования не дороже покрытия термостойкой краской. Красить медь не стоит.
- Быстрее всех окупается крашеный алюминиевый абсорбер.
Книги по солнечным коллекторам:
Дмитрий Тенешев «Сделай сам солнечный коллектор из полимеров»Н. В. Харченко «Индивидуальные солнечные установки»
Целый архив документации по технологии производства селективных покрытий скачивайте тут (ссылка на яндекс.диск)
Поделиться с друзьями
Похожее
Похожие записи
ehome.ironws.com
Селективные пленки | | Mensh.ru
В последнее время поверхности тепловоспринимающих панелей большинства солнечных коллекторов стали покрывать селективно-поглощающими пленками с целью улучшить поглощение солнечных лучей и снизить теплопотери в результате излучения. Благодаря этому достигается значительное повышение коэффициента полезного действия солнечного коллектора. Раньше обработка поверхности тепловоспринимающих пластин солнечных коллекторов состояла в окрашивании их в черный цвет, причем особенно удачным считалось покрытие предварительно полированных металлических плит слоем газовой сажи, вследствие чего коэффициент поглощения солнечного излучения возрастал до значений более 0,96.
Как известно, всякое физическое тело, имеющее собственную температуру, излучает тепло в окружающую среду, причем количество излучаемого тепла пропорционально коэффициенту излучения поверхности тела. Абсолютно черное тело имеет коэффициент излучения 1, а у черной краски коэффициент излучения близок к 1. По мере нагревания солнечной панели увеличивается количество тепла, теряемого панелью за счет теплового излучения с ее поверхности в окружающее пространство, и снижается коэффициент усвоения тепла.
Однако, если отполировать поверхность медной или алюминиевой пластины, то при той же температуре теряется лишь 1/10 часть энергии, испускаемой черным теплом, и коэффициент излучения становится равным весьма малой величине — около 0,1. Следовательно, если создать такую поверхность, которая обладала бы, подобно черному телу, коэффициентом поглощения 1 только в спектральной области солнечного излучения (0,3...3 мкм), а само излучало бы немного, подобно отполированной металлической пластине, имеющей малый коэффициент излучения в длинноволновой области спектра с максимумом излучения при длине волны 10 мкм, то мы получили бы идеальную тепловоспринимающую поверхность, которая обладала бы нужными селективно-поглощающими свойствами. Несколько десятков лет тому назад проф. Табор в Израиле впервые создал подобную селективно-поглощающую пленку.
Для получения таких свойств на металлическую полированную поверхность с низким коэффициентом излучения наносится тонкий слой оксида меди, черного хрома или оксидов других металлов, либо покрытие из полупроводников. Коротковолновое солнечное излучение активно поглощается черной пленкой и на поверхности металлической плиты преобразуется в тепловую энергию, с другой стороны, вследствие наличия под тонкой пленкой поверхности с малым коэффициентом излучения длинноволновое излучение практически не испускается тепловоспринимающей пластиной и лишь незначительная его часть отражается от полированной поверхности.
Следует отметить, что в структуре селективной пленки обязательно должна присутствовать металлическая полированная подложка, т.к. одной лишь пленкой желаемый тепловой эффект не может быть достигнут.
В настоящее время при изготовлении селективно-поглощающих пленок для медных пластин используют черный хром и оксид меди, для алюминиевых пластин — оксид алюминия. Многие из этих материалов имеют коэффициент излучения 0,1...0,15. Кроме того, в последнее время используются красители с селективно-поглощающими свойствами, позволяющие получить коэффициент излучения около 0,3.
www.mensh.ru
Спектрально-селективные пленки
Использование спектрально-селективных фильтров в окнах существенно повышает комфорт в помещениях, поскольку теплопотери зимой и перегрев летом препятствуют запотеванию стекол, уменьшают конвективные потоки в помещениях вблизи окон, экранируют электромагнитные излучения, предотвращают от выгорания элементы интерьера, стимулируют рост растений внутри помещений, смотрите окна рехау официальный сайт.
Комфорт-зона - это оптически прозрачная спектрально-селективная энергосберегающая и солнцезащитная пленка, предназначенная для установки в межстекольное пространство (рис. 77). В качестве основы комфорт-экранов используется полимерная полиэтилентерефталатная (ПЭТ) пленка толщиной 36 или 50 мкм. На нее методом магнетронного распыления в вакууме наносят послойно диэлектрик (30 нм), металл (10-20 нм), диэлектрик (30 нм). Двойной комфорт-экран имеет многослойное спектрально-селективное покрытие с двух сторон пленки.
Тип металла и его толщина определяют интенсивность пропускания видимого света и отражение инфракрасного теплового излучения. Прозрачные слои диэлектрика обеспечивают защиту металлического слоя от окисления, а также выполняют просветляющие функции.
Спектр излучения солнца охватывает ближний УФ-диапазон (300-400 нм), где содержится примерно 1 % солнечной энергии, видимый диапазон - 53 % солнечной энергии и ближний ИК-диапазон (760-2500 нм) - 46 % солнечной энергии. Максимум теплового излучения, выходящего из помещения с температурой около 20 °С, располагается в диапазоне 10 000 нм.
Идеальный теплосберегающий фильтр должен пропускать всю энергию солнечного излучения и полностью отражать тепловую энергию помещения, т.е. граница пропускания фильтра должна располагаться в области 2500 нм.
Рис. 77. Стеклопакет со спектрально-селективным фильтром
Идеальный солнцезащитный фильтр должен полностью пропускать видимое излучение солнца и иметь граничную длину волны около 760 нм и совершенно не пропускать тепловую энергию солнца. Следует отметить, что солнцезащитный фильтр всегда выполняет функции теплосберегающего. Реальные комфорт-экраны занимают промежуточное положение между идеальными солнцезащитными и теплосберегающими фильтрами. Интенсивность пропускания в видимой области варьирует от 80% для теплосберегающего и до 40 % для солнцезащитного экрана при одновременном увеличении отражения в ИК-области от 90 до 97 % соответственно.
Выбор оптимального комфорт-экрана должен производиться с учетом числа слоев стекла, ориентации окна по отношению к сторонам света и естественных климатических условий. В этом случае применение комфорт-экранов обеспечит оптимальные условия в помещении и позволит максимально сэкономить энергию как на отопление, так и на кондиционирование.
Использование разных металлов и изменение толщин диэлектрических слоев позволяют изменить оттенки остекленных оконных проемов.
Пленочные комфорт-экраны используются при производстве энергоэффективных стеклопакетов.
При сборке стеклопакетов пленка устанавливается между дистанционными рамками или на дополнительной рамке, натягивается механическим или термическим способом и закрепляется по периметру. Стеклопакеты могут быть собраны из простого, тонированного или низкоэмиссионного стекла.
Такие стеклопакеты обладают существенно более высоким сопротивлением теплопередаче по сравнению как с обычными однокамерными или двухкамерными стеклопакетами, так и со стеклопакетами с низкоэмиссионными стеклами, существенно уступая им в цене. Установка комфорт-экрана разделяет объем стеклопакета на две части, уменьшая конвективный теплообмен. Кроме того, из-за прозрачности ПЭТ-пленки в ИК-диапазоне успешно работает в качестве теплоотражающей и другая (ненапыленная) поверхность пленки.
Диаграмма сравнительных характеристик сопротивления теплопередаче (рис. 78) подтверждает преимущества стеклопакетов с комфорт-экранами.
Рис. 78. Диаграмма сравнительных характеристик сопротивления теплопередаче:
1-1 -камерный стеклопакет; 2 - 2-камерный стеклопакет; 3 - Low-E; 4 - комфорт-экран; г.
5 - двойной комфорт-экран; 6 - два комфорт-экрана
В табл. 12 приведены коэффициенты сопротивления теплопередаче центральной части стеклопакетов с обычными низкоэмиссионными стеклами и комфорт-экранами.
Таблица 12
Сопротивление теплопередаче, м²- С/Вт
Стеклопакет с комфорт-экраном без газозаполнения обеспечивает коэффициент сопротивления теплопередаче 0,59-0,81 м2-°С/Вт, что подтверждено испытаниями, проведенными в НИИСФ.
Это существенно выше сопротивления теплопередаче обычных однокамерных и двухкамерных стеклопакетов и стеклопакетов с низкоэмиссионными стеклами.
Для повышения теплозащитных свойств окон и балконных дверей со спаренными и раздельными переплетами можно устанавливать комфорт-экраны в межрамное пространство.
Комфорт-экран монтируют на оконной раме напыленной поверхностью к стеклу, что обеспечивает работоспособность покрытия около трех лет.
С целью увеличения срока службы разработана низкоэмиссионная пленка с защитным покрытием, которое обеспечивает ее сохранность в межстекольном пространстве в течение 5-10 лет и практически не ухудшает эмиссионную характеристику.
С обратной стороны пленки для удобства монтажа наносят липкий слой с антиадгезионной защитой. Такой материал можно наклеивать на внутреннюю сторону стекла, повышая его энергоэффективность и безопасность. Стойкость пленки, приклеенной к стеклу, составляет 5-10 лет в зависимости от условий эксплуатации.
С точки зрения потребителя любое повышение энергоэффективности окон должно быть экономически выгодно, причем чем быстрее окупаемость, тем лучше.
По нашим расчетам, цена комфорт-экрана с установкой равна 15 USD/м2. При сопротивлении теплопередаче конструкции около 0,7 м2- К/Вт срок окупаемости за счет экономии только на отоплении в средней полосе России составит менее двух отопительных сезонов.
Здесь следует еще учесть экономию на кондиционирование летом и существенное повышение комфортности помещения зимой, поскольку исключается явление «мнимого» сквозняка, т.е. потока воздуха внутри помещения от более прогретой зоны к холодной поверхности окна.
Комфорт-зоны имеют ряд преимуществ перед стеклами: 1. Доставка и хранение стекла существенно дороже, чем пленки. Пленка шириной 1250 мм, толщиной 35 мкм и длиной 2000 м (площадь 2500 м2) имеет диаметр рулона 350 мм и массу 130 кг Стекло толщиной 4 мм и такой же общей площади имеет массу 25 т при площади каждого стекла 1 м2 и общем объеме более Юм3. 2. Утилизация отходов пленки существенно дешевле, чем стекла. 3. Стоимость 1 м2 пленки примерно в 2 раза меньше, чем стекла, аналогично по эмиссионной способности. 4. Применение пленок между стеклами дает больший эффект энергосбережения, поскольку у пленки «работают» обе поверхности.
Так, если между двумя стеклами окна с раздельным или спаренным переплетом (расстояние между стеклами 50 мм) установить низкоэмиссионную пленку с защитным покрытием или без него, то сопротивление теплопередаче увеличится с 0,39 до 0,81 м2К/Вт. Если же на одно стекло наклеить пленку с прозрачным атмосферо-стойким лаком и липким слоем, то сопротивление теплопередаче возрастает до 0,51 м2-К/Вт.
Имеется множество конструктивно-технологических решений монтажа первых двух типов пленки в реально существующих окнах. Например, пленка может быть установлена между стеклами на одну из рам окна. При этом ее натяжение осуществляется термически (за счет термоусадки) или механически. Очевидно, что процесс монтажа пленки в производственных условиях дешевле.
Комфорт-экран может быть установлен между стеклами и на специальной дополнительной рамке, которая, в свою очередь, крепится шурупами или винтами к внешней или внутренней створке окна. Процесс изготовления таких рамок и монтаж пленок также экономичнее осуществлять в производственных условиях.
В зависимости от конструкции и габаритов существующих оконных рам дополнительные рамки могут быть изготовлены из дерева или стального трубчатого профиля прямоугольного сечения. В некоторых случаях следует применять так называемый замок, представляющий собой ПВХ-профиль с адгезивным слоем, который закрепляется непосредственно на стекле или раме, а последующее натяжение пленки осуществляется механически за счет установки в замок уплотняющей ПВХ-прокладки по типу монтажа антимоскитных сеток (рис. 79).
Рис. 79 Установка пленки с использованием пластикового замка:
1 - рама; 2 - стекло; 3 - пленка; 4 - замок
Применение низкоэмиссионных пленок в парниках и теплицах, кроме энергосбережения, дает и другой положительный эффект. Известно, что атмосфера имеет несколько «окон» прозрачности теплового излучения. Наиболее широкое «окно» расположено в интервале длин волн 7-12 мкм, т.е. в той области, где находится максимум спектра излучения абсолютно черного тела при температуре -20.. .+50 °С. Именно это объясняет сильное охлаждение почвы ночью.
Использование низкоэмиссионных пленок позволяет ночью задерживать тепло от земли, так что температура в теплице днем и ночью отличается очень мало, но по абсолютной величине будет всегда выше, чем без пленки. Более высокая и практически постоянная температура в течение суток создает наиболее благоприятные условия для роста растений.
Низкоэмиссионные пленки с защитным покрытием напыленного слоя позволяют модернизировать существующие окна практически любых конструкций при минимальных затратах.
По материалам справочника «Зимние сады» Издательство «Стройинформ»
Назад в раздел
stroyinform.ru
Селективные пленки
Селективные пленки
В последнее время поверхности тепловоспринимающих панелей большинства солнечных коллекторов стали покрывать селективно-поглощающими пленками с целью улучшить поглощение солнечных лучей и снизить теплопотери в результате излучения. Благодаря этому достигается значительное повышение коэффициента полезного действия солнечного коллектора. Раньше обработка поверхности тепловоспринимающих пластин солнечных коллекторов состояла в окрашивании их в черный цвет, причем особенно удачным считалось покрытие предварительно полированных металлических плит слоем газовой сажи, вследствие чего коэффициент поглощения солнечного излучения возрастал до значений более 0,96.Как известно, всякое физическое тело, имеющее собственную температуру, излучает тепло в окружающую среду, причем количество излучаемого тепла пропорционально коэффициенту излучения поверхности тела. Абсолютно черное тело имеет коэффициент излучения 1, а у черной краски коэффициент излучения близок к 1. По мере нагревания солнечной панели увеличивается количество тепла, теряемого панелью за счет теплового излучения с ее поверхности в окружающее пространство, и снижается коэффициент усвоения тепла.
Однако, если отполировать поверхность медной или алюминиевой пластины, то при той же температуре теряется лишь 1/10 часть энергии, испускаемой черным теплом, и коэффициент излучения становится равным весьма малой величине — около 0,1. Следовательно, если создать такую поверхность, которая обладала бы, подобно черному телу, коэффициентом поглощения 1 только в спектральной области солнечного излучения (0,3...3 мкм), а само излучало бы немного, подобно отполированной металлической пластине, имеющей малый коэффициент излучения в длинноволновой области спектра с максимумом излучения при длине волны 10 мкм, то мы получили бы идеальную тепловоспринимающую поверхность, которая обладала бы нужными селективно-поглощающими свойствами. Несколько десятков лет тому назад проф. Табор в Израиле впервые создал подобную селективно-поглощающую пленку.
Для получения таких свойств на металлическую полированную поверхность с низким коэффициентом излучения наносится тонкий слой оксида меди, черного хрома или оксидов других металлов, либо покрытие из полупроводников. Коротковолновое солнечное излучение активно поглощается черной пленкой и на поверхности металлической плиты преобразуется в тепловую энергию, с другой стороны, вследствие наличия под тонкой пленкой поверхности с малым коэффициентом излучения длинноволновое излучение практически не испускается тепловоспринимающей пластиной и лишь незначительная его часть отражается от полированной поверхности.
Следует отметить, что в структуре селективной пленки обязательно должна присутствовать металлическая полированная подложка, т.к. одной лишь пленкой желаемый тепловой эффект не может быть достигнут.
В настоящее время при изготовлении селективно-поглощающих пленок для медных пластин используют черный хром и оксид меди, для алюминиевых пластин — оксид алюминия. Многие из этих материалов имеют коэффициент излучения 0,1...0,15. Кроме того, в последнее время используются красители с селективно-поглощающими свойствами, позволяющие получить коэффициент излучения около 0,3.
Интересно почитать
ecoteco.ru
Селективная краска для солнечных коллекторов, как сделать покрытие своими руками
Важнейшей частью любого коллектора – плоского, вакуумного, воздушного – является абсорбер. Именно абсорбер преобразует энергию солнечного излучения в энергию тепловую. В плоских водяных и в воздушных коллекторах абсорбер в общем случае представляет собой металлический лист, покрашенный в черный цвет селективной краской для солнечных коллекторов. Причем в воздушном коллекторе абсорбер может быть выполнен с ребрами для увеличения площади нагреваемой поверхности. В вакуумных коллекторах абсорберы представляют собой тонкие пластины в вакуумных трубках. В плоских водяных и в вакуумных коллекторах абсорберы передают накопленное тепло теплоносителю. В воздушных коллекторах просто нагревают до высокой температуры воздух, находящийся в коллекторе. Но в любом случае важнейшую роль в процессе нагрева играет покрытие абсорбера.
Черный цвет - черному цвету рознь
Некоторые умельцы наносят селективное покрытие для солнечных коллекторов своими руками, наивно полагая, что, покрасив металлический лист черной краской, они решат все проблемы. Но черная краска бывает разная. И как эффективно будет работать коллектор, в огромной степени зависит от того, какой именно краской покрыт абсорбер. Дело в том, что черные краски различных составов по-разному реагируют на солнечный свет. Какая-то часть солнечной энергии поглощается, а какая-то отдается в виде теплового излучения, а результирующая эффективность будет очень низкой. Так, например, эффективность абсорбера, покрытого обычной черной краской, составляет всего 11%, в то время, как при покрытии другими типами красок эффективность может превышать 90%. Кроме того, обычные черные краски не обладают термостойкостью и при длительном нагревании начинают слоиться, отставать от основы.
Как работают различные покрытия
Главных показателей, которые характеризуют ту или иную черную краску для покрытия абсорбера, всего два. Это, во-первых, способность поглощения солнечной энергии и, во-вторых, способность покрытия поверхности к излучению энергии в длинноволновом диапазоне. Чем выше первый показатель и ниже второй, тем эффективнее покрытие. Так, например, два слоя покрытия «Черный никель» поверх гальванопокрытия из никеля на мягкой стали (согласно технологии деталь была погружена на шесть часов в кипящую воду) показали способность поглощения, равную 0.94. При этом способность излучения составила всего 0.07. Или «Черный никель», содержащий окиси и сульфиды никеля и цинка, нанесенный на полированный никель, имеет способность поглощения, равную 0.910, при способности излучения 0.11.
Новые составы, новые методы получения высокоэффективных абсорберов
Над поиском составов термостойких красок, способных по максимуму поглощать солнечную энергию, работают многие ученые. В Германии в 1980 году доктор Вольфганг Цезиаль и инженер Густав Кроз получили патент на «Способ получения селективно поглощающих площадей поверхности для солнечных коллекторов и устройство для реализации этого способа». Их работа получила дальнейшее развитие и была подкреплена патентами, полученными в 1998 и в 2001 годах. Целью этих и других аналогичных разработок являются, во-первых, достижение высокой степени поглощения, а следовательно, и высокой степени конверсии падающего солнечного света в полезное тепло, а во-вторых, достижение минимальной излучательной способности, то есть низкое тепловое излучение.
Для изготовления высокоэффективных абсорберов с нанесенным покрытием разрабатываются специальные технологии получения селективных красок и методы их нанесения на поверхности абсорберов, которые, к тому же, могут изготавливаться из различных материалов. К концу девяностых годов прошлого века это были, в основном, гальванически нанесенные слои так называемых «черного хрома» или «черного никеля». При этом были получены достаточно обнадеживающие результаты для указанных покрытий, а именно качество поглощения до 96%, процент излучения около 10%. Это были очень хорошие показатели.
Разработанные в середине девяностых годов в Германии методы нанесения селективного покрытия использовали процесс вакуумного напыления на основу. Были проведены эксперименты с нанесением на медную основу титаново-оксинитридных, а также керамических покрытий. Позднее были проведены эксперименты с алюминиевыми листами. Эти покрытия при контрольных замерах показали значение поглощения солнечного излучения, превышающее 95%, а значение излучательной способности - в пределах от 3% до 5%. Но, несмотря на такие высокие показатели, которые были получены для «Черного никеля» и «Черного хрома», эти покрытия не нашли применения на европейском рынке, так как при производстве этих напылений происходило довольно заметное загрязнение окружающей среды от использования гальваники в производственном процессе. Та же участь постигла и разработанное в США селективное покрытие «Черный кристалл».
Селективные покрытия в домашних условиях
Прежде чем решиться на самостоятельное нанесение селективного покрытия на абсорбер, нужно тщательно изучить характеристики доступных покрытий и взвесить свои возможности. Если вас что-то не устраивает, лучше отказаться от этой идеи и купить уже готовые коллекторы. Способов нанесения покрытий достаточно много, но не все они могут подойти. Например, некоторые умельцы, не вдаваясь в детали, просто покрывают металлический лист обычной черной краской только потому, что эта краска, во-первых, черная, а во-вторых, дешевая. Но такая краска принесет мало пользы, так как она не термостойкая, а при высыхании становится еще неплохим теплоизолятором. Черная матовая автомобильная краска обладает достаточно неплохим светопоглощением, достигающим 70%. Недостатком этой краски является слабая термостойкость.
Лакокрасочной промышленностью выпускаются черные матовые краски, обладающие повышенной термостойкостью. Такими красками покрывают грили, мангалы, изготавливаемые различными фирмами. Эти краски могут быть как в банках, так и в аэрозольной упаковке. Предпочтительнее, конечно, краски в аэрозольной упаковке, так как в этом случае можно нанести селективное покрытие, не превышающее нескольких микрон по толщине. При покупке нужно особо обращать внимание на способ нанесения покрытия, так как применение некоторых видов красок требует предварительной обработки поверхности, на которую они будут наноситься. В некоторых случаях требуется антикоррозийная обработка поверхности, а в некоторых случаях и кислотная грунтовка.
Краска Iliolac
В настоящее время наибольшей популярностью для нанесения селективного покрытия пользуется краска «Iliolac» («Илиолак») производства греческой компании Stancolac. Производители утверждают, что эта краска обладает поглощающей способностью, равной 99%. Краска эта выпускается в баночной фасовке, поэтому для нанесения ее на поверхность абсорбера лучше пользоваться краскопультом, чтобы получить слой не толще пятидесяти микрон.
Селективная пленка в рулонах
И, наконец, для покрытия абсорбера можно использовать селективную пленку. Эта тонкая термостойкая пленка, выпускаемая в рулонах, наклеивается на предварительно обезжиренную и очищенную поверхность абсорбера. Пленка эта представляет собой медную или алюминиевую фольгу с готовым селективным покрытием, нанесенным на нее методом вакуумного напыления.
Особых сложностей в нанесении селективных покрытий нет, и если вы решились сделать солнечные коллекторы своими руками, то добротно выполненное устройство будет работать ничуть не хуже своего промышленного собрата.
solarb.ru
Селективное покрытие для солнечных коллекторов: виды и типы работы.
Речь в этой статье пойдёт не столько о самом коллекторе, как о селективном покрытии для солнечного коллектора. Что это вообще такое, зачем применяется и как сделать своими руками селективное нанесение.
Для чего применяется селективное покрытие?
Слой такого типа в солнечных батареях является едва ли не самым важным элементом в системе. Смысл в том, чтобы поглощать как можно больше солнечного света, излучения. Такое покрытие не только притягивает полный спектр освещения, но и превращает в тепло и помогает делать это более эффективно. Название селективного покрытия происходит из того смысла, что правильный состав напыления или нанесения, позволяет накапливать и поглощать тепло, прямо как это делают в солнечной панели специальные диоды.
Как правило, химикат для нанесения селективного покрытия купить можно плюс-минус за 1$ на один квадратный метр. в общем-то такую процедуру увеличения КПД солнечного коллектора можно проделать самому, своими руками. Но важно знать как. Если правильно подойти к делу, можно не только сэкономить средства, но и добиться большего толка от вашей системы нагрева теплоносителя.
Селективное покрытия для солнечного коллектора — как сделать своими руками?
Во-первых давайте разберёмся что такое коэффициент селективности. По сути это соотношение поглощённой энергии и отданной энергии солнца. Именно этот показатель важен при выборе готовой продукции для нанесения селективного покрытия. Что можно выбрать в качестве такого покрытия:
- Готовый специальный химикат, который продаётся в соответствующих магазинах
- Оксиды различных металлов
- Специальный утеплительный тонкий материал
- Можно просто покрасить принимающую поверхность чёрной краской(матовой) или накрыть чёрной плёнкой или просто использовать газовую сажу. Но толку от такого нанесения будет в разы меньше, чем от специального напыления
- Также есть специальная селективная краска для солнечных коллекторов
- Специальное селективное покрытие с антиконвекционным эффектом. Такое нанесение уменьшает конвективную теплоотдачу. Для того чтобы покрытие подобного типа работало на максимум, необходимо подготовить поверхность, отполировать её и выготовить таким образом, чтобы она хорошо отражала солнечные лучи.
Как бы там ни было, при выборе материала покрытия необходимо учитывать коэффициент селективности: от 8,5 до 16. Селективное покрытие для солнечных коллекторов обладает и другими параметрами, но этот один из самых важных.
солнечный коллекторwww.solnpanels.com
Селективные поглощающие плёнки для солнечных коллекторов поглощают солнечный свет и пропускают инфракрасное излучение.
Селективные поглощающие пленки
В последнее время поверхности тепловоспринимающих панелей большинства солнечных коллекторов стали покрывать селективно-поглощающими пленками с целью улучшить поглощение солнечных лучей и снизить теплопотери в результате излучения. Благодаря этому достигается значительное повышение коэффициента полезного действия солнечного коллектора. Раньше обработка поверхности тепловоспринимающих пластин солнечных коллекторов состояла в окрашивании их в черный цвет, причем особенно удачным считалось покрытие предварительно полированных металлических плит слоем газовой сажи, вследствие чего коэффициент поглощения солнечного излучения возрастал до значений более 0,96.
Как известно, всякое физическое тело, имеющее собственную температуру, излучает тепло в окружающую среду, причем количество излучаемого тепла пропорционально коэффициенту излучения поверхности тела. Абсолютно черное тело имеет коэффициент излучения 1, а у черной краски коэффициент излучения близок к 1. По мере нагревания солнечной панели увеличивается количество тепла, теряемого панелью за счет теплового излучения с ее поверхности в окружающее пространство, и снижается коэффициент усвоения тепла.
Однако, если отполировать поверхность медной или алюминиевой пластины, то при той же температуре теряется лишь 1/10 часть энергии, испускаемой черным теплом, и коэффициент излучения становится равным весьма малой величине — около 0,1. Следовательно, если создать такую поверхность, которая обладала бы, подобно черному телу, коэффициентом поглощения 1 только в спектральной области солнечного излучения (0,3...3 мкм), а само излучало бы немного, подобно отполированной металлической пластине, имеющей малый коэффициент излучения в длинноволновой области спектра с максимумом излучения при длине волны 10 мкм, то мы получили бы идеальную тепловоспринимающую поверхность, которая обладала бы нужными селективно-поглощающими свойствами. Несколько десятков лет тому назад проф. Табор в Израиле впервые создал подобную селективно-поглощающую пленку.
Для получения таких свойств на металлическую полированную поверхность с низким коэффициентом излучения наносится тонкий слой оксида меди, черного хрома или оксидов других металлов, либо покрытие из полупроводников. Коротковолновое солнечное излучение активно поглощается черной пленкой и на поверхности металлической плиты преобразуется в тепловую энергию, с другой стороны, вследствие наличия под тонкой пленкой поверхности с малым коэффициентом излучения длинноволновое излучение практически не испускается тепловоспринимающей пластиной и лишь незначительная его часть отражается от полированной поверхности.
Следует отметить, что в структуре селективной пленки обязательно должна присутствовать металлическая полированная подложка, т.к. одной лишь пленкой желаемый тепловой эффект не может быть достигнут.
В настоящее время при изготовлении селективно-поглощающих пленок для медных пластин используют черный хром и оксид меди, для алюминиевых пластин — оксид алюминия. Многие из этих материалов имеют коэффициент излучения 0,1...0,15. Кроме того, в последнее время используются красители с селективно-поглощающими свойствами, позволяющие получить коэффициент излучения около 0,3.
progmat.eskirf.ru
.jpg)
