Плоский коллектор с селективным покрытием

Блог

Плоский коллектор с селективным покрытием

В качестве покрытия передней стенки коллектора в большинстве случаев используется термически обработанное стекло с низким содержанием железа.

• Защита от охлаждения ветром либо через конвекцию

На сегодняшний день плоский коллектор является самым распространенным. Он состоит преимущественно из поглотителя, прозрачного покрытия и корпуса коллектора. Поглотитель, расположенный внутри коллектора, преобразовывает солнечное излучение в тепло и отдает его теплоносителю.

• Низкая степень отражения солнечных лучей

• Стабильность при механическом воздействии

Задняя стенка коллектора имеет хорошую теплоизоляцию, передняя стороны – стеклянное покрытие. Стекло уменьшает потери излучения и препятствует утечки тепла в окружающую среду, как при парниковом эффекте.

У поглотителя с обыкновенным черным покрытием коэффициент излучения не зависимо от длины волн остается неизменным ε 0, 95 (Рис. 2.2) Следовательно, инфракрасное излучение беспрепятственно излучается, и задерживается только стеклянным покрытием на передней стенке коллектора (парниковый эффект). Т.е. стекло поглощает инфракрасное излучение, в результате этого оно нагревается. Стекло излучает тепло, которое и представляет собой тепловые потери коллектора. Поглотитель с селективным покрытием (Рис. 2.3), в противоположность этому, имеет совершенно другой характер излучения. Красная линия показывает инфракрасное излучение поглотителя с селективным покрытием, что составляет около 10 % инфракрасного излучения, выпущенного поглотителем с обыкновенным покрытием (прерывистая красная линия). Это приводит к меньшим потерям теплового излучения и меньшему нагреву стекла, а, соответственно, и к значительно меньшим потерям тепла.

Рис. 2.2 Коэффициент излучения обычного черного поглотителя.

На рисунках 2.1, 2.2 коэффициент излучения коллектора с обыкновенным черным поглотителем сравнивается с поглотителем, имеющим селективное покрытие. При этом удается установить, что оба абсорбера поглотили относительно одинаковое количество солнечного излучения, однако отданное тепловое излучение у поглотителя с селективным

Попадая на поглотитель тепла, солнечное излучение поглощается и лишь частично отражается. Таким образом, возникает тепло, которое передается во встроенные в металлическую пластину трубы, по которым течет теплоноситель. Теплоноситель поглощает тепло и передает его в накопительный резервуар. Основной акцент делается на том, чтобы поглотитель имел высокую способность поглощать свет и низкую способность излучать тепло в окружающую среду. Это достигается с помощью селективного покрытия, способствующего преобразованию коротковолнового солнечного излучения в тепло и снижающего длинноволновое излучение тепла. Раньше селективное покрытие состояло из черного хрома либо черного никеля.

Рис.2.1 Поглощение и излучение различных поверхностей.

Как видно на рис.1.8, видимое излучение (голубой график) без препятствий проникает сквозь стекло, так как в видимой области стекло имеет высокий коэффициент пропускания (зеленый график). Поглотитель черного цвета преобразовывает видимое излучение в тепло, в результате чего он сильно нагревается. Красный график показывает потери тепла при инфракрасном излучении, которое исходит от любого нагретого тела в соответствии с его температурой. Только малая часть инфракрасного излучения покидает коллектор, т.к. стеклянное покрытие коллектора препятствует этому. Для изготовления поглотителя тепла используется исключительно медь, сталь либо алюминий, причем существуют различные модели поглотителей. На рис. 1.9 изображены некоторые из них:

Температура стагнации (согласно EN 12975), °С171

Плоский солнечный коллектор auroTHERM VFK 145/2 V

  • Предназначены для работы в классических солнечных системах, которые работают под давлением
  • Алюминиево-медный абсорбер и экстра-крепкое рифлёное стекло с селективным покрытием для эффективного поглощения солнечной энергии
  • Вертикальное исполнение. Возможность монтажа на изгибе или на горизонтальной поверхности
  • Изготавливаются в Германии на заводе Vaillant Group в г. Гельзенкирхен
  • 5 лет гарантии

· Высокопрочное рифленое стекло толщиной 3,2 мм

Технические характеристикиПлощадь (брутто / нетто), м22,51 / 2,35

· Установка на наклонную или горизонтальную крышу, на фасад или на землю

Плоский солнечный коллектор Vaillant auro

Гидравлические соединения к трубопроводам, мм (“)16 (R 3/4”)

· Плоский солнечный коллектор с гомогенной поверхностью стекла, площадь брутто 2,51 м2

Нормативный КПД ƞ 0 ( согласно EN 12975), %80,1

· Алюминиево-медный абсорбер с высокоселективным покрытием

· Приготовление горячей воды, нагрев воды в бассейне и поддержка отопления

· Алюминиевая рама, анодированная в черный цвет

Габаритные размеры:Высота, мм1233Ширина, мм2033Глубина, мм80Вес, кг38

В вакуумном коллекторе, в котором используется вакуумные тепловые трубки с 3-мя (100-110 °С), 5-ью (160-180°С) и 7-ью (230-260 °С) слойным селективным покрытием (Al-N-Al, Al-Cu-N-SS-Cu), поглощающее солнечное излучение, теплоизолированное вакуумированным пространством, задерживается 95-98% падающей энергии и практически полностью устранены ее потери в окружающую среду за счет теплопроводности и конвекции, а потери на излучение в значительной степени подавляются за счет применения селективного покрытия. Так как полный коэффициент потерь в вакуумном коллекторе мал (меньше 3%), теплоноситель в нем можно нагреть до температур 100-260°С в зависимости от типа вакуумной тепловой трубки.

4) Кондиционирование – вакуумные коллекторы используются как источник энергии в кондиционерах абсорбирующего типа за счет малых теплопотерь и высокой температуры теплоносителя.

Солнечные тепловые установки на основе вакуумных коллекторов эффективно применяются для горячего водоснабжения, отопления домов, подогрева бассейнов и кондиционирования. Это существует, прекрасно работает на бесплатной энергии, и зависит только от Вас, насколько энергонезависимым Вы строите свой дом, как Вы хотите использовать энергию солнца, и насколько экологически чистые технологии нужны Вам.

Существует несколько конструкций солнечных коллекторов используемых в бытовых водонагревательных и отопительных системах. Круглогодично в климатических условиях Молдовы применимы три основных вида коллекторов:

Высокопрочные стеклянные вакуумные трубки по конструкции являются термосами – одна трубка расположена в другой, между ними вакуум, который представляет совершенную термоизоляцию – сосуд Дьюара.

ВАКУУМНЫЕ ТРУБКИ ДЛЯ СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ

Первые сосуды Дьюара для коммерческого использования были произведены в 1904 году, когда была основана немецкая компания Термос (нем. Thermos GmbH).

Благодаря отличной теплоизоляции вакуумные солнечные коллекторы работают очень эффективно при любых температурах окружающей среды. Преимущество вакуумных коллекторов перед плоскими наиболее очевидно при большей разнице температур теплоносителя в коллекторе и окружающей среды.

Сосуд Дьюара — сосуд, предназначенный для теплоизоляции содержащегося в нём вещества. Сосуд Дьюара был изобретён шотландским физиком и химиком сэром Джеймсом Дьюаром в 1892 году.

2) Нагрев воды и поддержка отопления – система конфигурируется в зависимости от тепловых потерь дома и расхода горячей воды на каждого человека. Больший бак теплонакопитель (800-5000 литров) становится центральным источником энергии, компенсирует погодные изменения, ночное время. Солнечная система работает совместно с котлом и обеспечивает автономность отопления дома в течение 12-30 часов это позволяет сократить время использования котла в межсезонье до 50%, а зимой до 25% при 100% обеспечении горячей водой и подогревом бассейна от солнца.

1) Только нагрев воды от солнца – система конфигурируется в зависимости от предполагаемого расхода горячей воды на каждого человека. Солнечный коллектор становится основным источником нагрева воды, а бак теплонакопитель компенсирует погодные изменения и ночное время. Автономность 1-2 дня. Для бесперебойного снабжения система оборудуется дополнительным источником нагрева. Стандартная солнечная система компенсирует до 80% годовых энергозатрат, а при сезонном использовании летом 100%.

  • Удобство монтажа вакуумных коллекторов:
  • Коллектор поднимается и монтируется по частям.
  • Монтаж трубопроводов и проверка системы проводится до установки вакуумных трубок.
  • Монтаж или замена отдельного элемента не влияет на работу системы в целом.
  • В качестве теплоносителя может быть использована вода и высокотемпературный теплоноситель.

    Наиболее эффективными, долговечными и удобными являются вакуумные коллекторы, поэтому в наших системах мы применяем только их.

    Плоские солнечные коллекторы Atmosfera — это идеальное решение для замещения сезонной нагрузки в теплоснабжении, отлично подходит как для теплого так и умеренного климата.

    Патентованный корпус коллектора выполнен из специального алюминиевого профиля. Для увеличения пропускной способности солнечного излучения коллектор покрыт специальным 4-миллиметровым призматическим стеклом с пониженным содержанием железа. 4 см минеральной ваты минимизируют тепловые потери коллектора, обеспечивая коэффициент теплопроводности в окружающую среду на уровне 0,035 Вт/м К.

    Плоские коллекторы с призматическим стеклом имеют сертификат соответствия стандартам DIN EN 12975-2:2006, TÜV Rheinland Immissionsschutz и получили сертификат Solar Keymark.

    Плоский коллектор с теплообменником в виде арфы для напорных и самосливных систем.

    Плоские солнечные коллекторы Atmosfera®

    Специально разработанные комплекты креплений из нержавеющей стали предназначены для безотказной и надежной установки коллектора на конструкции крыши с различными углами наклона.

    Плоский коллектор SPK-F2M (производство Польша) отличается высокой эффективностью преобразования лучевой солнечной энергии в тепловую благодаря медному абсорберу толщиной 0,3 мм, покрытому немецким высокоселективным покрытием BlueTec Eta Plus. Медный теплообменник в форме арфы соединен с абсорбером методом ультразвуковой сварки, что гарантирует высокую теплопередачу от абсорбера к теплоносителю.

    Компактные плоские коллекторы Termocoppo® легко собирать в сплошные конструкции для непосредственного монтажа в крышу без дополнительных кровельных материалов. Специальные замки по бокам коллекторов соединяют модули в единую поверхность, гарантированную от протеканий осадков.

    Солнечный коллектор увеличенной площади ATMOSFERA СПК- F4M/5,23 предназначен для монтажа на наклонных,

    Большая площадь солнечного коллектора СПК-F4M/5,23 идеально подходит для использования в промышленных солнечных системах.

    К тому же стоимость плоского коллектора более привлекательна по сравнению с вакуумным. В линейке плоских коллекторов Atmosfera представлены две модели, которые полностью соответствуют идеологии компании: оптимальное соотношение «цена-качество-производительность».

    Пластина абсорбера сваривается с помощью ультразвуковой сварки с медным трубопроводом в виде меандра, по которому циркулирует теплоноситель. теплообменник обеспечивает постоянный отвод тепла посредством циркулирующей жидкости. Потери тепла сведены к минимуму за счет применения нижней и боковой изоляции из минеральной ваты с низкой теплопроводностью.

    Коллектор имеет 4 выхода, по 2 на каждую сторону, что позволяет комплектовать им гелиосистемы drain-back.

    Солнечный коллектор подсоединяется трубами к теплообменнику, размещённому в баке с водой. В зависимости от конструкции в систему можно подключить циркуляционный насос, датчики температуры, контроллер, бытовую насосную станцию для подкачки воды в систему.

    Солнечный коллектор (гелиоустановка) – установка, использующая солнечную энергию для нагрева теплоносителя, который в свою очередь нагревает воду для обеспечения горячего водоснабжения, а также отопления помещений. Гелиоустановка позволяет значительно снизить расходы на подогрев воды, что немаловажно при нынешних ценах на энергоносители.

    Солнечные лучи проходят через прозрачную крышку корпуса коллектора, попадают на пластину адсорбер и нагревают её. Адсорбер нагревается и передаёт тепловую энергию жидкости циркулирующей по трубам.

    Нижняя часть ящика состоит из адсорбера – пластины из метала с хорошей теплопроводностью (медь, алюминий) окрашенной в чёрный цвет для наибольшего поглощения солнечной энергии. Чтобы повысить поглощение солнечной энергии пластины дополнительно покрывают селективным покрытием, которое состоит из слоя аморфного полупроводника.

    Замкнутую систему можно использовать круглый год, в зимний период эффективность системы заметно снижается, но при наличии солнца система работает и при минусовых температурах. Наиболее эффективной системой для всесезонного использования считаются трубные вакуумные коллекторы.

    Коллектор представляет собой плоский ящик с прозрачной верхней крышкой из закалённого матового или глянцевого стекла или рифлёного поликарбоната.

    Вакуум между наружной и внутренней трубками значительно снижает потери тепла.

    Охлаждённая часть жидкости опускается в нижнюю часть медной трубки и цикл повторяется.

    Солнечные коллекторы для дома

    Плоские коллекторы менее эффективны, но цена на них в несколько раз ниже вакуумных, к тому же плоский коллектор можно изготовить самостоятельно. Если говорить о подогреве воды в летний период для дачи или летнего дома, то плоского коллектора будет вполне достаточно что бы обеспечить потребности в горячей воде.

    Пластина адсорбер связана с теплопроводящей системой, которая представляет собой трубы в виде змеевика из меди, по которым циркулирует теплоноситель. В зависимости от конструкции коллектора теплоносителем может быть вода, антифриз, масло и даже воздух. Задняя, и боковые части ящика коллектора покрыты теплоизоляционным материалом.

    Но такая система эффективна только в теплое время года, при первых заморозках вода в системе просто замёрзнет, поэтому коллектор с прямой системой используют только в летний период для подогрева воды, на зиму воду из труб нужно сливать.

    Как выбрать солнечный коллектор для своего дома, дачи. Типы солнечных коллекторов. Принцип работы солнечного коллектора.

    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.

    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.

    Дмитрий Тенешев «Сделай сам солнечный коллектор из полимеров»

    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.

    Естественная окись меди имеет поглощающую способность в четыре раза большую, чем у термостойкой краски: 75% поглощения, 33% эмиссии, что дает 42% эффективности.

    Есть подходящие краски не в форме аэрозоля, но которые можно наносить краскопультом. Напоминаю, толщина слоя очень важна для эффективности селективного покрытия.

    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.

    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.

    Энергоэффективный дом

    Химическое меднение (и последующее оксидирование) оцинковки можно провести в гаражных условиях с помощью пентагидрата сульфата меди (медного купороса).

    Прожиг меди газовой горелкой дает на 10-12°С меньше селективности, чем оксидирование химическими способами.

    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).

    Нашел в продаже специализированные краски для солнечных коллекторов с заявленными 99% поглощения.

    Селективное покрытие своими руками

    Несмотря на то, что CuO стоит дешевле заводских селективных покрытий, процесс его нанесения намного сложнее обычной покраски. Но обо всем по порядку.

    На основе реактива можно изготовить электролит, который наносится электрохимически м путем. Одного флакона (стоит примерно 3000 рублей) хватит на:

    • 6 м² при электрохимическо м нанесении;
    • 2 м² при контактном.
    • Отдельно стоит упомянуть о самом популярном, пожалуй, селективном покрытии – а именно о Selective-Сover Silver Mirror. Это один из лучших реактивов, впитывающих солнечную энергию.

      Помимо готовых средств, в качестве избирательного покрытия можно также наносить:

      • оксид меди или любого другого металла;
      • обувной утеплитель, который отдаленно напоминает черную байку (не самый эффективный вариант);
      • черный хром;
      • полупроводниково е покрытие;
      • газовую сажу;
      • матовую краску черного цвета;
      • москитную сетку (как запасной вариант).
      • В целом процедура образование CuO на абсорбере коллектора займет порядка трех дней.

        Ниже рассмотрены основные способы приготовления (точнее, компоненты) раствора для окисления меди.

        Селективное покрытие на поверхности абсорбера позволяет минимизировать потери на излучение

        Не будем распространяться о высокоселективны х веществах. Можно прибегнуть к самому простому способу – окрасить панель черной краской, как это показано на видео.

        В одной из предыдущих статей мы рассматривали солнечные коллекторы (или гелиосистемы, как их еще называют), поэтому особо распространяться по поводу принципа их работы не будем. Отметим лишь, что такие системы не «отдыхают» ни зимой, ни даже в пасмурную погоду – температура воды никогда не падает ниже 60ᵒС.

        Селективное покрытие – это слоистая структура из 3 или более слоев диэлектриков (могут использоваться оксид висмута, оксид титана, нитрид алюминия и т.д.)

        Покрытие вбирает в себя всю солнечную энергию и превращает ее в тепловую (последняя аккумулируется и транспортируется)

        Но для более эффективной работы солнечного коллектора желательно покрыть поверхность оксидом меди CuO, обладающим существенными преимуществами:

        • оно черного цвета;
        • у него низкий показатель теплоизлучения (все зависит от толщины слоя, в пределах 10-20%);
        • высокий коэффициент селективности (75-90%).