Абсорбер — это основной теплогенерирующий элемент солнечного коллектора: медный или алюминиевый лист толщиной обычно 0,2–0,5 мм, селективное покрытие которого преобразует в тепло до 95% падающего солнечного света и передает его жидкости в трубках, приваренных к его тыльной стороне. Качество абсорбера и покрытия в значительной степени определяет сертифицированный оптический КПД коллектора.
Что делает абсорбер в солнечном коллекторе?
Абсорбер преобразует солнечный свет в тепло. Это темный металлический лист, видимый за остеклением плоского солнечного коллектора, соединенный с трубками, по которым течет теплоноситель: излучение превращается в тепло на поверхности с покрытием, передается стенкам трубок и уходит вместе с жидкостью. Все остальные детали коллектора существуют ради этого листа — остекление защищает его от потерь на ветру, минераловатная изоляция оберегает его тыльную сторону, корпус не дает ему намокнуть. Именно качество абсорбера и покрытия — главная причина, по которой два коллектора одинакового размера могут заметно отличаться по сертифицированной выработке.
Из каких материалов делают абсорберы?
В производстве абсорберов преобладают медь и алюминий. Лист обычно имеет толщину 0,2–0,5 мм; алюминий в значительной степени вытеснил медь в роли пластины после скачков цен на медь в 2000-х годах, а трубки-стояки, как правило, остаются медными — их удобно паять, и они устойчивы к коррозии. Лазерная сварка соединяет два металла непрерывным швом с высокой теплопроводностью и стала отраслевым стандартом, заменив прежнюю ультразвуковую сварку. Коллекторы Solimpeks Wunder, которые производятся на заводе компании в Конье, имеют именно такую конструкцию: алюминиевый абсорбер с селективным покрытием Almeco-Tinox, лазерной сваркой соединенный с медными трубками.
Арфа или меандр: как схема трубок влияет на характеристики?
Схема трубок определяет, насколько равномерно жидкость снимает тепло с пластины и какая мощность насоса для этого нужна. При неравномерном потоке части пластины остаются горячими, и тепло с них отбирается не полностью, что прямо отражается на измеряемых параметрах эффективности.
| Конструкция | Схема | Лучше всего подходит для |
|---|---|---|
| Арфа (стояки–коллекторы) | Параллельные вертикальные стояки между двумя горизонтальными коллекторами | Термосифонных систем и систем с большим расходом; малые потери давления |
| Меандр | Одна непрерывная змеевидная трубка | Систем с малым расходом и систем Drain-Back; равномерное распределение потока |
| Двойная арфа | Два поля стояков, объединенных вместе | Крупноформатных коллекторов; баланс между расходом и потерями давления |
Почему покрытие абсорбера так важно?
Покрытие определяет баланс между поглощенной и переизлученной энергией. Современные селективные покрытия, нанесенные напылением, поглощают 94–95% падающего солнечного излучения и переизлучают лишь 4–5% в виде теплового инфракрасного излучения; простая черная краска переизлучала бы 85–90%. Именно это свойство поднимает оптический КПД до диапазона 0,75–0,82, сертифицированного для качественных плоских коллекторов, и позволяет абсорберам достигать температуры стагнации 160–200 °C — покрытие должно выдерживать ее десятилетиями без заметной деградации.
Чем различаются абсорберы в разных типах коллекторов?
Каждое семейство коллекторов использует абсорбер по-своему. В плоских коллекторах это один лист полного формата, который дает наибольшую активную площадь на 1 м² общей площади. В вакуумных трубчатых коллекторах покрытие нанесено либо на металлическое ребро внутри каждой стеклянной трубки, либо непосредственно на внутреннюю поверхность стекла, и окружено вакуумом. В гибридных коллекторах PVT фотоэлектрические элементы ламинируются поверх абсорбера, так что одна пластина одновременно дает электроэнергию и тепло — на этом принципе основаны гибридные панели PV-T компании Solimpeks, которые она выпускает с 2008 года. В целом по всем типам на конец 2024 года в мире эксплуатировалось примерно 777 млн м² коллекторов (IEA SHC, Solar Heat Worldwide) — и почти каждый квадратный метр из них — это абсорбер, выполняющий ту же самую задачу.
Как проверяют качество абсорбера?
Абсорберы проверяют в составе готового коллектора по EN ISO 9806: измерение тепловых характеристик, многонедельное испытание под открытым небом, испытания на стагнацию и термоудар с обрызгиванием холодной водой, а также испытания внутренним давлением контура трубок. Для самой поверхности абсорбера существует отдельный стандарт долговечности, ISO 22975-3, по которому образцы покрытия подвергают старению теплом и влажностью, чтобы подтвердить срок службы 25 лет. Сертифицированные результаты — оптический КПД и коэффициенты теплопотерь — публикуются для каждого коллектора в открытой базе данных Solar Keymark, поэтому качество абсорбера можно сравнивать по проверенным цифрам, а не по внешнему виду.
Часто задаваемые вопросы
Что лучше для солнечного абсорбера — медь или алюминий?
Тепловые характеристики при применяемой толщине листа практически одинаковы, потому что теплопроводность по пластине толщиной 0,2–0,5 мм не является ограничивающим фактором. Алюминий выигрывает по стоимости и массе; медь остается стандартом для трубок. Сравнивать следует сертифицированные параметры эффективности, а не металл пластины.
Почему современные абсорберы выглядят темно-синими, а не черными?
Сине-черный оттенок — побочный эффект селективных керметных покрытий, нанесенных напылением и настроенных на максимальное поглощение солнечного излучения и минимальное инфракрасное излучение. Сам по себе цвет ничего не говорит о характеристиках — об этом говорят значения коэффициентов поглощения и излучения в техническом паспорте.
Можно ли восстановить деградировавшее покрытие абсорбера?
Нет. Селективные покрытия наносятся на промышленных линиях вакуумного напыления и не могут быть нанесены повторно на месте. Качественные покрытия разрабатываются и испытываются (ISO 22975-3) так, чтобы пережить расчетный срок службы коллектора в 25 лет, поэтому восстановление покрытия не является обычной операцией технического обслуживания.
Всегда ли больший абсорбер означает большую выработку?
Выработка пропорциональна площади, умноженной на КПД. Меньший коллектор с лучшим покрытием и более низкими коэффициентами теплопотерь может превзойти больший, особенно при более высоких рабочих температурах. Сравнивайте годовые значения выработки из технических паспортов Solar Keymark — они указываются на один модуль коллектора.