- •«Дослідження деградації електрохімічних чорних селективних покриттів сонячних колекторів»
- •1 Аналітичний огляд
- •1.1 Умови експлуатації селективних покриттів теплових сонячних колекторів
- •1.2 Вимоги до деградаційної стійкості селективних покриттів теплових сонячних колекторів різних модифікацій
- •1.3 Способи дослідження термостаріння чорних селективних покриттів сонячних колекторів
- •1.4 Висновки до аналітичного огляду та постановка задачі
- •2. Методика експерименту
- •2.1 Методика електрохімічного виготовлення чорних селективних покриттів
- •2.2 Методика спектрофотометричного аналізу оптичних властивостей чорних селективних покриттів
- •2.3 Методика визначення деградаційної стійкості електрохімічних чорних селективних покриттів
- •3. Результати та їх обговорення
1.3 Способи дослідження термостаріння чорних селективних покриттів сонячних колекторів
Ефективність сонячного колектора може бути охарактеризована за допомогою поглинальної та випромінювальної здатності [1]. Спектральна поглинальна здатність щодо сонячного випромінювання в залежності від кута опромінення та довжини хвилі опромінення може бути записана наступною формулою:
(1.1)
Термічна емісія , тобто здатність випромінювати енергію в інфрачервоному діапазоні в залежності від температури та довжини хвилі є відношенням випромінювальної здатності об’єкта до випромінювальної здатності чорного тіла і розраховується як
(1.2)
де: ρ (λ, θ) є сумою колімованого віддзеркалення (паралельних променів) та дифузного відбиття;
λ - довжина хвилі;
θ - кут падіння світла;
Т – температура;
Використовуючи стандартні спектрофотометри, відбиття сонячного випромінювання зазвичай вимірюється в діапазоні довжин хвиль 0,3 ‒ 2,5 мкм при куті падіння θ = 0 [1]. Випромінювальну здатність зазвичай вимірюють при температурі 100 оС, хоча вона може бути виміряна й при інших температурах. Випромінювальну здатність часто одержують за даними коефіцієнта відбиття досліджуваного тіла по відношенню до відбиття абсолютно чорного тіла:
(1.3)
де: σ = 5.6696. 10-8 Вт м-2К-4 - постійна Стефана – Больцмана;
B(λ,T) - спектральна інтенсивність випромінювання чорного тіла;
(1.4)
де: c1= 3.7405.108 Вт.нм4.м-2 та c2= 1.43879x104 нм.К - перша та друга радіаційні константи Планка;
Реальна продуктивність поглинача при високих температурах може не відповідати розрахунковому випромінюванню [1]. Це тому, що невеликі помилки в вимірянні ρ можуть привести до великих помилок в малих ε. Крім того, для деяких матеріалів виміряні дані випромінювання при двох різних температурах, можуть бути різними. Наприклад найбільша різниця бачиться між спектральним випромінюванням алюмінію при 25 ˚С і 149 ˚С, як показано на рисунку 1.10. Тому випромінювання має бути виміряне при температурах, очікуваних протягом умов експлуатації.
Рисунок 1.10 – Спектральне випромінювання алюмінію залежно від температури зразка.
Випромінювальна здатність ‒ це поверхнева властивість, яка залежить від стану поверхні матеріалу, в тому числі шорсткості поверхні, поверхневих плівок та шарів оксиду. Зазвичай покриття, в деякій мірі, повторює поверхню підкладки.
Існує Міжнародне енергетичне агентство (IEA), котре розробило критерій якості роботи для селективних поглиначів плоских колекторів (PC) [1]. Критерій якості роботи описує вплив у зміні поглинання (Δαs) і випромінювання (Δε) селективного покриття
(1.6)
припускаючи, що термін служби не менше 25 років із зменшенням сонячної інсоляції. Придатність до експлуатації покриття можна визначити впливом температури 250 °С протягом 200 годин. Якщо матеріал витримує таке тестування, то потім протягом 75 годин його піддають температурі 300 °С, потім витримують 600 годин при 40 °С та вологості 95 %, потім 85 годин при температурі 60 °С та вологості 95%. Після цих тестів випромінювання зазвичай вимірюють при 100 °С.