Селективное покрытие — это оптическая поверхность, наносимая на солнечный абсорбер, которая поглощает 94–95% падающего солнечного света, а переизлучает в виде теплового инфракрасного излучения лишь 4–5%. Подавляя потери на излучение, такое покрытие сохраняет эффективность коллектора по мере его нагрева и является самым значительным отличием современного коллектора от окрашенного черной краской.
Как работает селективное покрытие?
Селективное покрытие использует тот факт, что солнечное и тепловое излучение лежат в разных диапазонах длин волн. Солнечное излучение приходит в основном между 0,3 и 2,5 мкм; горячий абсорбер переизлучает в тепловом инфракрасном диапазоне, примерно от 2,5 до 50 мкм. Покрытие рассчитано так, чтобы быть почти черным в солнечном диапазоне — коэффициент поглощения (α) 0,94–0,95 — и почти зеркалом в инфракрасном диапазоне — коэффициент излучения (ε) 0,04–0,05. Поэтому абсорбер улавливает почти всю падающую энергию, но излучает обратно лишь одну двадцатую того, что излучала бы обычная черная поверхность, — именно это позволяет остекленному коллектору давать воду 60–90 °C с полезным КПД.
Селективное покрытие и черная краска: в чем разница?
Черная краска поглощает солнечный свет почти так же хорошо, как селективное покрытие, — а затем снова теряет эту энергию. Ее коэффициент излучения в инфракрасном диапазоне 0,85–0,90 означает, что потери излучением резко растут с температурой, ограничивая окрашенный абсорбер низкими рабочими температурами.
| Поверхность | Коэффициент поглощения α | Коэффициент излучения ε | Типичное применение |
|---|---|---|---|
| Матовая черная краска | 0,90 – 0,95 | 0,85 – 0,90 | Абсорберы для бассейнов, неостекленные панели |
| Черный хром (гальванический) | 0,92 – 0,95 | 0,10 – 0,15 | Коллекторы прежнего поколения |
| Керметное напыление (класс TiNOx) | 0,94 – 0,95 | 0,04 – 0,05 | Современные плоские коллекторы, вакуумные трубки, PVT |
Практический результат: при рабочей температуре на 50 К выше наружной плоский солнечный коллектор с селективным покрытием сохраняет большую долю выработки там, где КПД аналогичного коллектора с черной краской уже падает до минимальных значений.
Из чего состоят селективные покрытия и как их наносят?
Современные покрытия — это кермет, то есть металлокерамические композитные слои толщиной в несколько сотен нанометров, наносимые на медную или алюминиевую ленту магнетронным напылением (PVD) на непрерывных вакуумных линиях «из рулона в рулон». Наиболее известны системы на основе титана типа TiNOx; верхний противоотражающий слой максимизирует проникновение солнечного излучения внутрь пакета. Более ранние технологии — гальванический черный хром и анодированный алюминий с никелевым пигментом — давали хорошее поглощение, но более высокое излучение, и напыление вытеснило их в качественных коллекторах, потому что оно стабильнее, долговечнее и не требует гальванической химии.
Деградируют ли селективные покрытия со временем?
Качественные покрытия рассчитаны на весь срок службы коллектора. Специальный стандарт ISO 22975-3 подвергает образцы покрытия ускоренному старению — циклы повышенной температуры, влажности и конденсации — чтобы подтвердить 25 лет службы без существенного оптического дрейфа, а стабильность покрытия снова проверяется в испытаниях на стагнацию и воздействие среды по EN ISO 9806. Реальный парк это подтверждает: качественные плоские коллекторы обычно достигают 25 лет службы на своих исходных поверхностях абсорбера. Преждевременно разрушает покрытие не солнце, а влага, скапливающаяся внутри плохо вентилируемого или поврежденного корпуса, — одна из причин, по которым в корпусах коллекторов предусмотрены специальные вентиляционные отверстия.
Какие параметры покрытия стоит проверить перед покупкой?
Проверьте коэффициенты поглощения и излучения и получаемый оптический КПД. Добросовестные технические паспорта прямо указывают α и ε; технический паспорт Solar Keymark затем показывает, что они дают в виде сертифицированных характеристик, — оптический КПД η0 0,75–0,82 для хорошего плоского коллектора вместе с коэффициентами теплопотерь. Коллектор с парой α/ε хуже примерно 0,94/0,05 теряет производительность, которую можно было бы получить без дополнительных затрат, просто выбрав правильное покрытие, поэтому класс покрытия — одна из самых быстрых проверок качества, доступных покупателю.
Часто задаваемые вопросы
Почему солнечные абсорберы синие, а не черные?
Темно-синий оттенок — оптический интерференционный эффект керметного напыления и противоотражающих слоев. Поверхность фактически черная по всему солнечному спектру — она поглощает 94–95% солнечного света, — хотя глаз видит синий цвет.
Помогает ли селективное покрытие в пасмурные дни?
Да. Покрытие поглощает рассеянное излучение так же хорошо, как прямой солнечный свет, а его низкий коэффициент излучения важен еще больше, когда коллектор работает при повышенной температуре и слабой облученности. Преимущество в коэффициентах поглощения и излучения действует в любую погоду.
Может ли селективное покрытие выдержать стагнацию?
Должно — именно это проверяют испытания на воздействие среды и стагнацию по EN ISO 9806. Качественные керметные покрытия стабильны значительно выше температур стагнации плоских коллекторов 160–200 °C, а их трубчатые варианты выдерживают стагнацию вакуумных трубок, приближающуюся к 300 °C.
Что такое TiNOx?
TiNOx — широко используемое торговое название керметных покрытий на основе титана, наносимых напылением, с коэффициентом поглощения около 0,95 и коэффициентом излучения около 0,04–0,05. Оно стало обозначением всего класса современных селективных покрытий, полученных методом PVD.