Самодельный солнечный коллектор это едва-ли не самая интересная тема в контексте энергоэффективного дома. Для изготовления солнечного коллектора не требуется высокотехнологичного производства и если разобраться в теории и не бояться практики — можно обеспечить семью горячей водой, подогретой солнцем.
Изготовление коллектора проходит в несколько этапов, один из которых — выбор и нанесение селективного покрытия на поглощающие панели (абсорберы). Отмечу, что затраты на селективное покрытие незначительно увеличивают общую стоимость проекта, но играют важную роль.
Абсорберу (поглощающей панели) нужно покрытие, которое будет эффективным теплоприемником, прозрачно для инфракрасного излучения.
Содержание
На какие характеристики селективных покрытий нужно ориентироваться?
Мерилом эффективности селективного покрытия является:
- Коэффициент поглощения солнечной энергии(α)
- Относительная излучающая способность (ε)
- Отношение способности поглощения к излучению
Начнем с самого простого и доступного селективного покрытия: краски.
Селективная краска
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).
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.
Подходят аэрозольные и баночные термостойкие матовые краски для мангалов, печей, каминов черного цвета. Под некоторые краски требуется нанесение специального антикоррозийного грунта, кислотного грунта.
Есть подходящие краски не в форме аэрозоля, но которые можно наносить краскопультом. Напоминаю, толщина слоя очень важна для эффективности селективного покрытия.
Нашел в продаже специализированные краски для солнечных коллекторов с заявленными 99% поглощения.
Готовая селективная пленка или металлическая лента
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.
Селективное покрытие на алюминий
Идеального тонкого покрытия графитового цвета на алюминии добиваются тем же методом, что и с оцинковкой — чернение купоросом/хлоридом натрия. Это спорный вариант самодельного селективного слоя, так как истончает металл.
Промышленные доступные абсорберы в основном алюминиевые, толщиной 0,2 мм, крашеные матовой термокраской. Учитывая это, мудрить с чернением алюминия всяким хлорным железом и анодированием не имеет смысла в масштабах самодельного солнечного коллектора. Наиболее быстро окупаемым в самоделках является именно крашеный алюминий, который уступает в теплоотдаче и только черненой меди. Но у алюминиевого абсорбера есть свои недостатки.
Селективное покрытие на медный абсорбер
Перед оксидированием медную поверхность нужно тщательно очистить кислотой (горячий уксус, лимонная кислота, сульфаминовая кислота). Шкурить перед чернением щетками по металлу или какими-либо абразивами не дает никаких преимуществ в абсорбции энергии в дальнейшем.
Очистить медь можно солью/содой по чайной ложке на 100 г. воды.
Прочную оксидную пленку можно получить температурой красного каления — 1200°С с последующим охлаждением. Делать такое оксидирование нужно до момента спайки. В домашних «каминных» условиях такое не провернуть, нужно нести медь к кузнецу.
Оксидирование меди серной мазью дает рыхлое неустойчивое селективное покрытие.
Естественная окись меди имеет поглощающую способность в четыре раза большую, чем у термостойкой краски: 75% поглощения, 33% эмиссии, что дает 42% эффективности.
Чернение меди делают также электролитическим способом, рецепты и технологический процесс есть в сети.
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.
Промышленный метод оксидирования меди с помощью едкого натра опасен для здоровья, не применяйте его в гаражных условиях. Вместо NaOH+NaClO2 пользуются содой, которая в промышленных масштабах неудобна и дорога для чернения меди.
Хотя образцы, черненные NaOH показывают лучший результат (подробнее о тестах самодельных селективных покрытий на меди и алюминии ) чернение содой — процесс медленный, на глубокий черный цвет уходит около 2-х суток в растворе без подогрева. Концентрация раствора: 2 чайные ложки на 100 грамм воды.
Формирование оксида проходит медленно, поэтому нужный оттенок и равномерность получить гораздо проще таким методом. Раствор нужно периодически помешивать а детали переворачивать.
Солнечный свет ускоряет процесс оксидирования меди. Толщина покрытия в несколько микрон, что нам и нужно. Очень стабильное, не смывается и не сцарапывается.
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.
Прожиг меди газовой горелкой дает на 10-12°С меньше селективности, чем оксидирование химическими способами.
Для коллектора лучше выбрать медь. Простая пайка, долговечность работы даже при утрате селективного покрытия (с алюминием все в разы сложнее), хотя медь и получится раза в 4 дороже алюминия.
Термокраска на медь тоже наносится, но раз уж вы теперь знаете, как ее оксидировать, то браться за покраску точно не стоит.
Селективное покрытие на оцинковку
Химическое меднение (и последующее оксидирование) оцинковки можно провести в гаражных условиях с помощью пентагидрата сульфата меди (медного купороса).
Химическое чернение раствором медного купороса и натриевой соли соляной кислоты (хлорид натрия) получается не стойким. Чернить оцинковку лучше готовым промышленным чернителем, с которым можно работать без гальваники холодным способом, он создает на поверхности прочную оксидную хроматную пленку. Оксидный слой поглощает максимум излучения в пасмурный день.
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.
Другие технологии селективных покрытий:
- Гофрированная селективная поверхность
- Углеродный войлок
- Селективное бархатное (флок) покрытие, нанесенное плазмой
Несколько обобщающих моментов о селективных поглощающих покрытиях:
- Коллекторы для сезонного пользования прекрасно греют воду с любым самодельным селективным покрытием.
- Абсорбер с матовым черным покрытием и двумя стеклами поверх имеет примерно те же температуры, что и теплоприемник с селективной краской и одним стеклом.
- Чернение меди гораздо долговечнее красок, а стоимость оксидирования не дороже покрытия термостойкой краской. Красить медь не стоит.
- Быстрее всех окупается крашеный алюминиевый абсорбер.
Книги по солнечным коллекторам:
Дмитрий Тенешев «Сделай сам солнечный коллектор из полимеров»
Н. В. Харченко «Индивидуальные солнечные установки»
Целый архив документации по технологии производства селективных покрытий скачивайте (ссылка на яндекс.диск)
Светопоглощающая краска, стойкая к истиранию и сколам. Создаёт атмосферостойкое долговечное покрытие, может использоваться на большинстве поверхностей, в том числе на металле, дереве, твёрдом пластике, стекле.
Идеально подходит для окрашивания охотничьего, рыболовного и военного снаряжения, лодок, грузовиков, вездеходов, оборудования для экспедиций. Не отражает свет, создавая эффект скрытности.
Серия «камуфляж» представлена комплектом из шести баллончиков спрей-краски различных цветов, объемом по 400 смі каждый. Среди них светло-серый C001, хаки C002, зеленый лес C003, армейский зеленый C004, земляной коричневый C005 и черный C006.
Набор указанных цветовых оттенков идеален для проведения окраски снаряжения для охотников и рыбаков, лодок, вездеходов, траков, грузовиков, различного оборудования для походов и экспедиций, а также для военного снаряжения.
Спрей-краска серии «камуфляж» применима для выполнения работ по покраске большинства поверхностей. Она подходит для проведения покраски металла, дерева, стекла, твердого пластика, бетона, штукатурки, ремонтной покраски комплектующих автомобилей. Также данная краска может быть применима для творчества.
В ряду достоинств спрей-краски стойкость к сколам и истиранию, высокие атмосферостойкие свойства, хорошие показатели к поглощению света, его отражению и обеспечению эффекта скрытности контуров окрашенных поверхностей и предметов. Благодаря этим свойствам и эргономичной конструкции баллончиков с помощью серии «камуфляж» даже для непрофессионала не составит большого труда создать высококачественное, долговечное и атмосферостойкое покрытие.
Окрашенные поверхности устойчивы воздействию солнечных лучей, мороза, дождя, ветра и снега. Спрей-краска распыляется тонким и ровным слоем, который при нанесении на окрашиваемую контрастную поверхность позволяет сделать невидимым «контраст» краски. Этот эффект достигается благодаря высокому показателю укрывистости спрей-красок этой серии.
Баллончики с краской можно хранить достаточно долгий период времени в домашних условиях. Хорошая герметичность упаковки дает гарантии на сохранность краски без существенной потери свойств на срок до десяти лет. При этом нет опасности распространения запаха или испарения вредных веществ.
Процесс работы со спрей-краской «камуфляж» не требует специального образования и высоких практических навыков. Работа не нуждается в проведении сложных подготовительных операций и наличии дополнительных инструментов и веществ (растворителей, емкостей, кисточек или валиков). Процесс засыхания краски происходит быстро и буквально спустя несколько минут уже возможно нанесение второго слоя.
Если покраска имеет не большой по объему, местный характер, и не предполагает полного использования содержимого баллончиков, то следует очистить распылитель, ведь краску можно будет использовать в дальнейшем. Даже если произошло засорение распылителя, то в продаже легко приобрести сменный экземпляр.
Для создания камуфляжной расцветки используйте несколько цветов, подходящих к типу ландшафта
Объем: 400 куб.см.
В коробке: 6 шт.
Также читайте в этом разделе:
Что такое «гильотинный» способ открывания окна?
Обратили внимание, как открываются окна в пассажирских поездах? Вот это и есть гильотинный способ. Таким же способом — вверх-вниз — при желании можно открывать окна и в жилых помещениях. Лучше всего э…
Что представляет собой система оконного затвора «без импоста»?
Так профессионалы называют опорную планку в середине окна. На ней расположен затворный механизм обеих створок. Такая планка была установлена на деревянных рамах старого образца в конструкции «спа…
Что представляет собой ламинированное стекло?
Ламинированное стекло (триплекс) — это архитектурное стекло, состоящее из двух или более стекол, склеенных с помощью ламинирующей пленки или специальной прозрачной жидкости. Ламинирование не у…
Почему стеклопакеты не держат тепло в помещении?
Все преимущества высокотехнологичных стеклопакетов с использованием стекол с теплоотражающими покрытиями легко свести на нет банальными щелями в рамах, непрочностью профилей, неосторожным транспортиро…
Цена указана за 1 кг в заводской фасовке 4 кг.
Цена в разливе с учетом тары за 1 кг 403 грн.
Селективная краска для солнечных коллекторов Илиолак
Многие считают, что поверхность коллектора достаточно покрыть черной краской – она максимально поглощает солнечное излучение и хорошо нагревается. Такая солнечная панель будет неэффективной потому что:
- Краска поглощает в основном видимую часть спектра, остальное излучение не используется;
- Она излучает тепло в инфракрасном спектре в атмосферу;
- Большинство красок выцветают под воздействием солнечного ультрафиолета и теряют способность поглощать излучение;
- При высоких температурах краска рассыхается, снижая эффективность абсорбера в разы(!;
- Покрытие обычной краской действует как теплоизоляция, не пропуская тепло внутрь панели.
- Поэтому для самостоятельного изготовления солнечного коллектора нужно использовать селективные краски, специально для этого предназначенные и одной из таких красок — является Илиолак (тм Станколак) Их стоимость зависит от:
- Коэффициента эффективности;
- Термостойкости;
- Срока службы;
Самостоятельное нанесение селективной краски:
Идеальной подложкой для краски является алюминий или медь. Металл является отличным проводником тепла и эффективно отбирает его у абсорбера и отдает внутренней части панели гелиоколлектора.
Перед окрашиванием медные или алюминиевые листы обязательно надо отполировать механическим способом и пастой ГОИ. Чем меньше шероховатости на поверхности металла, тем ниже его излучательная способность – дополнительные неровности увеличивают площадь, через которую уходит тепло.
Самый простой способ нанесения краски – окрашивание краскопультом. Толщина слоя может быть неравномерной, не соответствовать стандартам. Если слой толще указанного производителем – снизится общий коэффициент поглощения, если тоньше – повысится коэффициент теплоотдачи.
Для подобных работ хорошо подходит краска Iliolac греческого бренда Stancolac. Это быстросохнущее однокомпонентное селективное промышленное лакокрасочное покрытие для солнечных коллекторов с высоким коэффициентом поглощения. Краска эффективно защищает от коррозии, формирует стойкую и прочную пленку, имеет отличную адгезию к стальным поверхностям. Абсолютно не отражает солнечную энергию, имея коэффициент поглощения не менее 96%. Идеально подходит для производства солнечных батарей и прочих конструкций, где необходима абсорбция ультрафиолетового, видимого, инфракрасного излучений.
Техническая характеристики:
Цвет: Черный
Блеск: Матовый
Плотность: 1,25 кг/литр
Сухой остаток: 40-45 % по объему
Расход: 7-9 м2/литр (при 50 мкм)
Термостойкость: 260 ˚C
Коэффициент поглощения: 0.96
Летучие вещества: 365 г/литр Готовый состав (+10% растворителя): 499 г/литр
Нормы ЕС (2010): 500 г/литр
ВРЕМЯ СУШКИ (25˚C)
Высыхание от пыли, до степени 1: 10 мин
Высыхание на ощупь, до степени 3: 30 мин
Высыхание, до степени 4: 4 часа
Полное отверждение, до степени 5: 72 часа
Подготовка поверхности:
Поверхность должна быть обезжирена, очищена от грязи и пыли. Для оцинкованных, алюминиевых, медных и нержавеющих поверхностей рекомендуется использовать 360 фосфатирующий кислотный грунт.
Нанесение: Перед применением краску перемешать по всему объему тарного места. Наносить равномерными тонкими слоями. Рекомендуемое количество слоев: 1-2.
Не покрывать двухкомпонентными красками.
Рекомендуемая толщина пленки: 50 мкм.
Температура нанесения: 5-35ºC