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.
Виды селективных покрытий
Существует три варианта абсорберов:
- Краски.
- Химически обработанный металл.
- Готовые пленки.
Они отличаются тремя показателями:
- Поглощательная способность
- Излучательная способность
- Общая эффективность
Поглощательная способность определяется тем, какое количество солнечного излучения материал может преобразовать в тепловую энергию. Она играет большую роль, но не главную.
Излучательная способность характеризует количество тепла, которое отдает абсорбер в окружающую среду в виде излучения. Чем она выше, тем больше теплопотери и ниже эффективность работы солнечного коллектора.
Общая эффективность – отношение первых двух показателей. Это относительный коэффициент, он не характеризует реальную тепловую производительность, но показывает эффективность селективного покрытия.
Таблица эффективности селективных покрытий для солнечных коллекторов
Selective-cover
Отдельно стоит упомянуть о самом популярном, пожалуй, селективном покрытии – а именно о Selective-Сover Silver Mirror. Это один из лучших реактивов, впитывающих солнечную энергию.
Обладает следующими характеристиками:
- показателем селективности 16;
- надежностью, удобством в применении;
- рабочей температурой до 365ᵒС;
· возможностью нанесения валиком, пульверизатором или даже кистью.
На основе реактива можно изготовить электролит, который наносится электрохимическим путем. Одного флакона (стоит примерно 3000 рублей) хватит на:
- 6 м² при электрохимическом нанесении;
- 2 м² при контактном.
Селективная краска для солнечных коллекторов
Многие считают, что поверхность коллектора достаточно покрыть черной краской – она максимально поглощает солнечное излучение и хорошо нагревается. Такая солнечная панель будет неэффективной потому что:
- Краска поглощает в основном видимую часть спектра, остальное излучение не используется;
- Она излучает тепло в инфракрасном спектре в атмосферу;
- Большинство красок выцветают под воздействием солнечного ультрафиолета и теряют способность поглощать излучение;
- При высоких температурах краска рассыхается, снижая эффективность абсорбера в разы(!);
- Покрытие обычной краской действует как теплоизоляция, не пропуская тепло внутрь панели.
Поэтому для самостоятельного изготовления солнечного коллектора нужно использовать селективные краски, специально для этого предназначенные. Их стоимость зависит от:
- Коэффициента эффективности;
- Термостойкости;
- Срока службы;
- Раскрученности бренда.
Селективная краска для используется как для плоских, так и для воздушных солнечных коллекторов.
Важность селективных стекол в холодное время
На сегодняшний день все знают, что окна являются защитой определенной части стены, препятствуя выходу тепла из комнаты. Однако, если реально смотреть на вещи, то через некачественное стекло будет уходить большее количество тепла, чем через вентиляцию или даже приоткрытую дверь. Вся проблема заключается в том, что выбрать качественный материал для окна будет недостаточно.
Примерно 90% окна занято стеклом, а это значит, что оно также должно быть максимально полезным, в плане сохранения тепла. Именно с этой задачей лучше всего справляются селективные стекла. Особенность напыления заключается еще и в том, что на поверхности имеется тончайший слой атомов серебра.
Они прекрасно пропускают короткие волны, которые излучает Солнце, тем самым пропускают тепло внутрь. Но при этом серебро достаточно сильно блокирует прохождение длинных волн, которые обычно излучают нагревательные приспособления. Таким образом и получается, что тепло максимально хорошо сохраняется внутри помещения.
[custom_ads_shortcode1]
Самостоятельное нанесение селективной краски
Идеальной подложкой для краски является алюминий или медь. Металл является отличным проводником тепла и эффективно отдирает его у абсорбера и отдает внутренней части панели гелиоколлектора.
Перед окрашиванием медные или алюминиевые листы обязательно надо отполировать механическим способом и пастой ГОИ. Чем меньше шероховатости на поверхности металла, тем ниже его излучательная способность – дополнительные неровности увеличивают площадь, через которую уходит тепло.
Самый простой способ нанесения краски – окрашивание краскопультом. Толщина слоя может быть неравномерной, не соответствовать стандартам. Если слой толще указанного производителем – снизится общий коэффициент поглощения, если тоньше – повысится коэффициент теплоотдачи.
Идеальный вариант – заказать окраску листов металла на производстве, где есть оборудование для окрашивания металла путем напыления, гальванической окраской или электромагнитным способом.
Как покрыть стекло панели краской?
Прежде чем приступить к нанесению селективного покрытия на солнечные панели, нужно отполировать лист меди или алюминия. Для этого используется механический способ шлифовки, а также дальнейшее покрытие пастой ГОИ. Здесь важно отметить, что провести работы нужно максимально качественно, так как любая шероховатость – это увеличение потерь тепла, так как будет расти излучательная способность.
Наиболее простой способ покрыть нужные листы – это использовать краскопульт. Наносится краска, как обычная, но есть минус, который заключается в том, что сложно контролировать толщину слоя. Если она будет слишком велика, то снизится качество поглощения тепла, если слой будет слишком тонкий, то увеличится потеря тепла.
Селективные пленки
Альтернатива окрашиванию – использование селективной пленки. Она бывает двух видов – однослойной и многослойной на металлизированной подложке.
Коэффициент эффективности пленки высок и сравним с селективными красками, хотя стоимость в перерасчете на квадратные метры гораздо выше. Качественные селективные пленки имеют излучательную способность 5% и менее.
Однослойная самоклеящаяся пленка наносится на лист металла (меди, цинка, никеля, алюминия). Металлический абсорбер должен быть предварительно подготовлен так же, как для нанесения краски.
Многослойная пленка крепится с натяжением на рабочую поверхность солнечной панели. Отдельные полосы спаиваются между собой с внутренне стороны. При выборе высокоселективной пленки надо учитывать температуру пайки, а при монтаже придерживаться ее. В противном случае образуются мостики холода и панель гелиоколлектора будет терять тепло.
Многослойная пленка не требует подложки или металлического абсорбера для гелиоколлектора.
Мягкие и твердые покрытия
В настоящее время существует два разных вида покрытия стекла. Это может быть мягкое селективное покрытие, или же оно может быть твердым. Отличаются они между собой технологией нанесения. Из-за этого, естественно, будет отличаться и уровень их теплоизоляции. Для сравнения можно привести простой пример. Допустим, температура воздуха внутри комнаты составляет +20 градусов по Цельсию, а температура за окном составляет –26 градусов по Цельсию. Обычный стеклопакет в таком случае будет поддерживать температуру внутри около +5 градусов, твердое селективное покрытие обеспечит температуру в +11 градусов по Цельсию, мягкое покрытие будет поддерживать +14 градусов.
Здесь стоит добавить, что для такой поверхности существует специальная маркировка. Твердые или же пиролитические поверхности будут отмечаться буквой K. Мягкая поверхность, или, как ее еще называют, магнетронная, маркируется буквой I.
Если подводить итог всему выше сказанному, то можно сделать два небольших вывода. Во-первых, селективное покрытие можно наносить самостоятельно, если в наличии имеются солнечные панели. Это может повысить их эффективность. Во-вторых, селективные стекла отлично подойдут для утепления дома.
Селективное покрытие солнечного коллектора медью
Оксидная пленка на меди изначально черного цвета, имеет хороший коэффициент поглощения солнечного излучения (см. таблицу). Чтобы оксид не распадался и не позеленел, его защищают покрытием с хорошим соотношением поглощения и излучения.
Перед началом любых работ с медью, листы абсорбера необходимо очистить. Разводим соль или соду из расчета 1 чайную ложку на 1 литр воды и промываем лист губкой. После всего смываем остатки раствора, желательно дистиллированной водой.
Химическую обработку меди нужно производить максимально равномерно, чтобы толщина окисла была одинаковой по площади абсорбера.
Важно
Температура раствора должна быть 60-65 градусов. Все работы проводить в средствах защиты – перчатках, очках и газопылевом (как минимум) респираторе. При попадании реагенты разъедают кожные покровы и слизистые.
Окисление меди персульфатом калия
Смешать до полного растворения:
- Сода каустическая, химически чистая (едкий натр NaOH) – 50-60 грамм;
- Калия персульфат (K2S2O8) – 14-16 грамм;
- Вода – 1 л.
Чернение медного покрытия аммонием
Смешать до полного растворения:
- Сода Каустическая, химически чистая (едкий натр NaOH) – 50-60 грамм;
- Аммоний надсернистокислый ((NH4)2S2O8) – 14-16 грамм;
- Вода – 1 л.
Образование оксидной пленки хлоритом натрия
Смешать до полного растворения:
- Сода каустическая, химически чистая (едкий натр NaOH) – 100 грамм;
- Хлорит натрия (NaClO2) – 50-60 грамм;
- Вода – 1 л.
Кухонный способ оксидирования
Добавить в готовый щелочной раствор для очистки канализационных труб (продается в любом супермаркете или магазине сантехники) медицинскую перекись водорода. От концентрации зависит скорость образования оксидной пленки, подбирать надо в зависимости от типа раствора для очистки труб.
Наносить раствор губкой или тряпкой на медный лист, после того как выделение кислорода закончится – наносить заново. Повторять до образования черной оксидной пленки.
Каление металла
Качественное и прочное селективное покрытие своими руками можно сделать путем нагревания медного листа до 1200 градусов и быстрого охлаждения в воде. Увы, для этого нужно соответствующее оборудование – неравномерный прогрев не даст однородной пленки одинаковой толщины.
Каление имеет преимущества по сравнению с химической обработкой – пленка образуется равномерная и устойчивая к повреждениям.
Другие способы
- Жидкости для чернения (воронения) меди;
- Обработка газовой горелкой (коэффициент поглощения ниже на 10-12% чем при химической обработке);
- Протравки самостоятельного приготовления.
Если медь не будет обработана должным образом, вскоре после чернения, травки, воронения или доругих работ по образованию оксидной пленки она приобретет такую фактуру.
Способы получения оксида меди
Для получения CuO необходимо окислить саму медь – из нее, собственно, и выполнен абсорбер. Никаких валиков и кисточек здесь быть не может.
Ниже рассмотрены основные способы приготовления (точнее, компоненты) раствора для окисления меди.
Способ первый
- Литр воды.
- 15 г персульфата калия (К₂S₂О₈).
- 50 г каустической соды (NaОН).
Каустическая сода
Способ второй
Все практически так же, как в первом способе, вот только вместо К₂S₂О₈ необходимо использовать надсернокислотный аммоний ((NН₄)₂S₂О₈).
Способ третий
- Литр воды.
- 50 г хлорита натрия (NaСlО₂).
- 100 г каустической соды (NaОН).
Обязательные условия для всех способов окисления
- Все поверхности должны быть обезжиренными.
- Температура раствора должна быть в пределах 62-65ᵒС.
- В процессе реакции будет выделяться кислород, который быстро улетучится, поэтому раствор обязательно должен быть свежим.
- Желательно использовать дистиллированную воду.
Цинковое покрытие для солнечных коллекторов
Цинк – хороший материал в качестве селективной поверхности для солнечных коллекторов. Есть три способа его обработки чтобы достичь максимальной эффективности абсорбера.
Обмеднение и оксидирование
Листы цинка необходимо промыть раствором 20 гр. фосфата натрия и 20 гр. мыла в 1 литре воды. Раствор предварительно подогреть до температуры кипения. После обезжиривания работать с листом можно только в резиновых перчатках.
Для снятия окислов обработать раствором 5 гр. соляной или серной кислоты в 100 мл. воды. Температура раствора должна быть 18-24 градуса, время обработки – 1 минута. После протравки промыть лист водой и высушить.
Для обмеднения готовим раствор:
- Медный купорос (CuSO4) – 10 грамм;
- Серная кислота концентрированная (H2SO4) – 10 мл;
- Вода – 1 литр.
Обработать лист раствором на 2-5 минут (смотреть по результату), после чего промыть его водой. После процедуры обмеднения поверхность можно обрабатывать как обычный медный лист.
Нанесение порошковой краски
В качестве селективной краски для солнечных коллекторов можно использовать тонер для ксерокса или принтера. Лист цинка или оцинковки необходимо прогреть строительным феном, после чего равномерно покрыть его порошком.
Тонер припаивается к цинку не теряя матовости, что обеспечивает хорошие поглощение солнечного света. Если порошок оплавляется и образуется глянцевая поверхность, ее обрабатывают мелкозернистой наждачной бумагой.
Тонер для принтера или ксерокса также используется для повышения качеств цинка как абсорбера.
Чернение оцинковки
Цинк можно чернить химическим способом для повышения поглощающей способности. Химические реактивы собственного приготовления малоэффективны – полученное селективное покрытие быстро разрушается. Аналогом служат готовые смеси и реагенты, доступные в свободной продаже.
Техника безопасности
- Вся органика быстро разъедается NaОН, поэтому не стоит брать раствор голыми руками. Напротив, нужно использовать защитные средства (резиновые перчатки, очки), ведь во время реакции едкий натрий бурно вскипает.
- NaСlО₂ не так опасен, но руками его тоже лучше не брать. Выделяет хлор.
- (NН₄)₂S₂О₈ во время реакции выделяет много аммиака, поэтому нельзя проводить процедуру в закрытом помещении. Желательно пользоваться респиратором.
- Казалось бы, на открытом воздухе респиратора не нужно, но добиться в таких условиях необходимой температуры невозможно даже жарким летом.
- Самым безопасным является К₂S₂О₈, но в то же время он и самый дорогой из реактивов.
