Селективное покрытие для солнечных коллекторов

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.