ć Absorbery kolektorów słonecznych

ć
Absorbery kolektorów słonecznych - rodzaje stosowanych pokryć i ich własności.
Wprowadzenie.
Powszechnie wiadomo, że odbiór energii cieplnej przez kolektory słoneczne następuje przez
pochłanianie elektromagnetycznego promieniowania słonecznego.
W praktyce budowy i wykorzystania wszystkich rodzajów kolektorów słonecznych
zagadnienia techniczne odbioru energii ograniczają się do tego wycinka, z całego zakresu
widma fal elektromagnetycznych emitowanych przez słonce, które zdolne są pokonać
przeszkody naturalne na drodze od słońca do kolektora i przenikając przez szklaną osłonę
docierają do powierzchni absorbera. Innymi słowy, praktycznie jest to zakres długości fal
elektromagnetycznych od 0,4µm do 2,5µm. W tym zakresie długości fal
elektromagnetycznych mieści się w całości widmo fal widzialnych i podczerwień tylko do
długości zdolnej przeniknąć przez szkło, tj. 2,5µm.
Absorbery promieniowania słonecznego.
Z teoretycznego punktu widzenia najdoskonalszym absorberem promieniowania słonecznego
jest ciało doskonale czarne. W rzeczywistości takich absorberów nie ma. W praktyce,
niezależnie od budowy samego kolektora, znajdują zastosowanie absorbery z różnymi
rodzajami pokrycia powierzchni pochłaniającej promieniowanie słoneczne, a ich nazwy
wywodzą się od techniki i technologii ich wytwarzania. Wielkościami charakterystycznymi
absorberów, występujących na rynku pod różnymi nazwami, są współczynniki absorbcji
promieniowania elektromagnetycznego i emisji wtórnej pochłanianej energii.
Współczynnik absorbcji wyraża zdolność pochłaniania promieni padających na powierzchnię
absorbera ,a jego wielkość wyrażona w procentach dla wszystkich rodzajów pokryć waha się
w granicach 95 ± 2%
Współczynnik emisji wyraża wielkość wypromieniowania wtórnego energii pochłanianej
przez absorber, w warunkach gdy jest on nagrzany do 100ºC. Wielkość ta wyrażona w
procentach na ogół utrzymuje się na poziomie poniżej 10%.
Wielkości obu tych współczynników, według danych z materiałach źródłowych różnych
producentów absorberów, są następujące.
Nazwa pokrycia absorberowego
Absorpcja %
Czarny chrom – pokrycie galwaniczne
α= 95,0 %
TiNOX classic proces temperaturowy
α=95,0 ± 2%
Emisja %
ε= 7,0%
ε=5 ± 3%
Sunstrip
proces plazmowy
α=95,0 ± 2%
ε=5 ± 2%
Sunselekt
proces plazmowy
α=95%
ε=5%
AlOx
aluminium anodowane
α=94%
ε=16%
z pigmentem Ni
Żywotność pokryć absorberowych.
Spośród wszystkich rodzajów pokryć absorberowych , które obecnie mają zastosowanie w
budowie kolektorów słonecznych wytwarzanych przez różne firmy, jedynie absorber z miedzi
pokrytej galwanicznie cienką warstwą czarnego chromu na podłożu błyszczącego niklu ma
kilkudziesięcioletnia tradycję stosowania. Pozostałe rodzaje pokryć absorberowych należą do
stosunkowo młodych osiągnięć naukowych, jako wynik poszukiwań technologii tańszych i
bardziej przyjaznych dla środowiska w stosunku do starej technologii galwanicznej czarnego
chromu.
Badania żywotności pokryć absorberowych wybranych 5 rodzajów pokryć różnych znanych
producentów, przeprowadzono w latach 1994- 1999 w 3 europejskich instytutach techniki
solarnej:
Swedish National Testing and Research Institute, Boras – Szwecja,
SPF Institut feur Solartechnik Preufung Forschung, Rapperswil – Szwajcaria,
Fraunhofer Institut Solare Energiesysteme, Freiburg – Niemcy.
Powszechnie uznaje się, że płaski cieczowy kolektor słoneczny w zastosowaniu do
ogrzewania wody w instalacjach domowych powinien być użytkowany przez 25 lat.
W przeprowadzonych badaniach przyjęto kryterium oceny żywotności pokrycia
absorberowego w ten sposób określone, że wysokiej jakości pokrycie absorberowe, po 25
latach eksploatacji kolektora w warunkach naturalnych, przy występujących rzeczywistych
temperaturach i wilgotności powietrza pod szybą, powinno charakteryzować się degradacją
sprawności optycznej poniżej 5% jej wartości początkowej.
Testy laboratoryjne przeprowadzono w warunkach sztucznych, temperatury otoczenia
,wilgotności powietrza i czasu trwania próby, korespondujących z rzeczywistymi warunkami
przez cały okres 25 lat użytkowania kolektora. Badania przeprowadzono w warunkach
wysokiej wilgotności powietrza w temperaturze otoczenia - 250ºC w czasie 200 godzin .
Wyniki badań można zinterpretować następująco:
1. Sprawność optyczny wszystkich rodzajów pokryć poddanych badaniom uległa
degradacji w stopniu poniżej wielkości dopuszczalnej – 5% wielkości początkowej.
2. Wśród poddanych badaniom pokryć absorberowych tylko 2 reprezentowały pokrycia
stosowane w kolektorach słonecznych popularnych na naszym rynku. Są to: czarny
chrom nakładany na niklowaną miedź i pokrycie typu Sunstrip.
3. Poddane próbie pokrycie absorberowe – czarny chrom uległo degradacji w stopniu
niezauważalnym.
Opracowanie przygotowano na podstawie następujących materiałów źródłowych:
- Publikacje naukowe Instytutów wymienionych w treści opracowania i omawiające
prowadzone badania trwałości pokryć absorberowych.
- Różne inne opracowania z dziedziny techniki solarnej Instytutu SPF Rapperwil, Szwajcaria.
- Informacje techniczne o absorberach kolektorowych różnych producentów.
Opracował Ryszard Śliwiński, HEWALEX.