Tinox покрытие своими руками

Энергоэффективный дом

Селективное покрытие своими руками для солнечного коллектора

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.

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 здесь) 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:

1. Коллекторы для сезонного пользования прекрасно греют воду с любым самодельным селективным покрытием.
2. Абсорбер с матовым черным покрытием и двумя стеклами поверх имеет примерно те же температуры, что и теплоприемник с селективной краской и одним стеклом.
3. Чернение меди гораздо долговечнее красок, а стоимость оксидирования не дороже покрытия термостойкой краской. Красить медь не стоит.
4. 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 тут (ссылка на яндекс.диск)

Источник

Селективное покрытие солнечного коллектора своими руками

Обновлено: 15 сентября 2021.

Селективное покрытие солнечных коллекторов своими руками — это реально. Сушествует много действенных способов, начиная от создания самодельной краски, заканчивая обработкой поверхностей.

Основная проблема с которой сталкиваются те, кто решил самостоятельно собрать солнечный коллектор – выбор абсорбера. От его качества и характеристик зависит эффективность работы и тепловая производительность панелей. Неправильный подбор уменьшит энергоэффективность гелиоколлектора в разы, особенно в холодное время года. В этой статье мы расскажем про селективные покрытия, их особенности. Вы получите реальные пошаговые рецепты и инструкции их изготовления.

Виды селективных покрытий

Существует три варианта абсорберов:

• Краски.
• Химически обработанный металл.
• Готовые пленки.

Они отличаются тремя показателями:

• Поглощательная способность
• Излучательная способность
• Общая эффективность

Поглощательная способность определяется тем, какое количество солнечного излучения материал может преобразовать в тепловую энергию. Она играет большую роль, но не главную.

Излучательная способность характеризует количество тепла, которое отдает абсорбер в окружающую среду в виде излучения. Чем она выше, тем больше теплопотери и ниже эффективность работы солнечного коллектора.

Общая эффективность – отношение первых двух показателей. Это относительный коэффициент, он не характеризует реальную тепловую производительность, но показывает эффективность селективного покрытия.

Таблица эффективности селективных покрытий для солнечных коллекторов

Селективная краска для солнечных коллекторов

Многие считают, что поверхность коллектора достаточно покрыть черной краской – она максимально поглощает солнечное излучение и хорошо нагревается. Такая солнечная панель будет неэффективной потому что:

1. Краска поглощает в основном видимую часть спектра, остальное излучение не используется;
2. Она излучает тепло в инфракрасном спектре в атмосферу;
3. Большинство красок выцветают под воздействием солнечного ультрафиолета и теряют способность поглощать излучение;
4. При высоких температурах краска рассыхается, снижая эффективность абсорбера в разы(!);
5. 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. Их стоимость зависит от:

• Коэффициента эффективности;
• Термостойкости;
• Срока службы;
• Раскрученности бренда.

Селективная краска для используется как для плоских, так и для воздушных солнечных коллекторов.

Самостоятельное нанесение селективной краски

Идеальной подложкой для краски является алюминий или медь. Металл является отличным проводником тепла и эффективно отдирает 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.

Идеальный вариант – заказать окраску листов металла на производстве, где есть оборудование для окрашивания металла путем напыления, гальванической окраской или электромагнитным способом.

Селективные пленки

Альтернатива окрашиванию – использование селективной пленки. Она бывает двух видов – однослойной и многослойной на металлизированной подложке.

Коэффициент эффективности пленки высок и сравним с селективными красками, хотя стоимость в перерасчете на квадратные метры гораздо выше. Качественные селективные пленки имеют излучательную способность 5% и менее.

Однослойная самоклеящаяся пленка наносится на лист металла (меди, цинка, никеля, алюминия). Металлический абсорбер должен быть предварительно подготовлен так же, как для нанесения краски.

Многослойная пленка крепится с натяжением на рабочую поверхность солнечной панели. Отдельные полосы спаиваются между собой с внутренне стороны. При выборе высокоселективной пленки надо учитывать температуру пайки, а при монтаже придерживаться ее. В противном случае образуются мостики холода и панель гелиоколлектора будет терять тепло.

Многослойная пленка не требует подложки или металлического абсорбера для гелиоколлектора.

Селективное покрытие солнечного коллектора медью

Оксидная пленка на меди изначально черного цвета, имеет хороший коэффициент поглощения солнечного излучения (см. таблицу). Чтобы оксид не распадался и не позеленел, его защищают покрытием с хорошим соотношением поглощения и излучения.

Перед началом любых работ с медью, листы абсорбера необходимо очистить. Разводим соль или соду из расчета 1 чайную ложку на 1 литр воды и промываем лист губкой. После всего смываем остатки раствора, желательно дистиллированной водой.

Химическую обработку меди нужно производить максимально равномерно, чтобы толщина окисла была одинаковой по площади абсорбера.

Окисление меди персульфатом калия

Смешать до полного растворения:

1. Сода каустическая, химически чистая (едкий натр NaOH) – 50-60 грамм;
2. Калия персульфат (K₂S₂O₈) – 14-16 грамм;
3. Вода – 1 л.

Чернение медного покрытия аммонием

Смешать до полного растворения:

1. Сода Каустическая, химически чистая (едкий натр NaOH) – 50-60 грамм;
2. Аммоний надсернистокислый ((NH₄)2S₂O₈) – 14-16 грамм;
3. Вода – 1 л.

Образование оксидной пленки хлоритом натрия

Смешать до полного растворения:

1. Сода каустическая, химически чистая (едкий натр NaOH) – 100 грамм;
2. Хлорит натрия (NaClO₂) – 50-60 грамм;
3. Вода – 1 л.

Кухонный способ оксидирования

Добавить в готовый щелочной раствор для очистки канализационных труб (продается в любом супермаркете или магазине сантехники) медицинскую перекись водорода. От концентрации зависит скорость образования оксидной пленки, подбирать надо в зависимости от типа раствора для очистки труб.

Наносить раствор губкой или тряпкой на медный лист, после того как выделение кислорода закончится – наносить заново. Повторять до образования черной оксидной пленки.

Каление металла

Качественное и прочное селективное покрытие своими руками можно сделать путем нагревания медного листа до 1200 градусов и быстрого охлаждения в воде. Увы, для этого нужно соответствующее оборудование – неравномерный прогрев не даст однородной пленки одинаковой толщины.

Каление имеет преимущества по сравнению с химической обработкой – пленка образуется равномерная и устойчивая к повреждениям.

Другие способы

• Жидкости для чернения (воронения) меди;
• Обработка газовой горелкой (коэффициент поглощения ниже на 10-12% чем при химической обработке);
• Протравки самостоятельного приготовления.

Если медь не будет обработана должным образом, вскоре после чернения, травки, воронения или доругих работ по образованию оксидной пленки она приобретет такую фактуру.

Цинковое покрытие для солнечных коллекторов

Цинк – хороший материал в качестве селективной поверхности для солнечных коллекторов. Есть три способа его обработки чтобы достичь максимальной эффективности абсорбера.

Обмеднение и оксидирование

Листы цинка необходимо промыть раствором 20 гр. фосфата натрия и 20 гр. мыла в 1 литре воды. Раствор предварительно подогреть до температуры кипения. После обезжиривания работать с листом можно только в резиновых перчатках.

Для снятия окислов обработать раствором 5 гр. соляной или серной кислоты в 100 мл. воды. Температура раствора должна быть 18-24 градуса, время обработки – 1 минута. После протравки промыть лист водой и высушить.

Для обмеднения готовим раствор:

• Медный купорос (CuSO₄) – 10 грамм;
• Серная кислота концентрированная (H₂SO₄) – 10 мл;
• Вода – 1 литр.

Обработать лист раствором на 2-5 минут (смотреть по результату), после чего промыть его водой. После процедуры обмеднения поверхность можно обрабатывать как обычный медный лист.

Нанесение порошковой краски

В качестве селективной краски для солнечных коллекторов можно использовать тонер для ксерокса или принтера. Лист цинка или оцинковки необходимо прогреть строительным феном, после чего равномерно покрыть его порошком.

Тонер припаивается к цинку не теряя матовости, что обеспечивает хорошие поглощение солнечного света. Если порошок оплавляется и образуется глянцевая поверхность, ее обрабатывают мелкозернистой наждачной бумагой.

Чернение оцинковки

Цинк можно чернить химическим способом для повышения поглощающей способности. Химические реактивы собственного приготовления малоэффективны – полученное селективное покрытие быстро разрушается. Аналогом служат готовые смеси и реагенты, доступные в свободной продаже.

Селективное покрытие алюминия

Алюминий привлекателен как абсорбер для солнечного коллектора, но создать качественную оксидную пленку на листе сложно. Причина – сильное уменьшение толщины металла при кустарной обработке.

При наличии доступа к промышленным мощностям можно использовать анодирование, чернение купоросом, хлоридом натрия, хлорным железом.

Защита абсорбера для солнечного коллектора

Покрытие солнечных коллекторов необходимо защитить от внешнего механического воздействия. С этой целью абсорбер закрывают стеклом, оргстеклом, металлическими и пластиковыми сетками.

Лучший вариант – стекло с высоким содержанием железа и других металлов. Оно относительно мягкое, не трескается при большой нагрузке и стойко к точечному воздействию.

Под влиянием осадков (снег, град) поверхность становится матовой. Это снижает производительность панелей, особенно в холодное время года. В целях профилактики стоит периодически проверять их, при необходимости шлифовать механически или с помощью пасты ГОИ.

В статье мы постарались максимально полно рассказать об видах селективных покрытий, которые можно выполнить своими руками. Если у вас есть замечания или вы хотите задать вопрос – пишите в комментариях. Не забудьте поделиться публикацией в соцсетях!

Хотите получить помощь мастера, специалиста в этой сфере? Переходите на портал поиска мастеров Профи. Это полностью бесплатный сервис, на котором вы найдете профессионала, который решит вашу проблему. Вы не платите за размещение объявления, просмотры, выбор подрядчика.

Если вы сами мастер своего дела, то зарегистрируйтесь на Профи и получайте поток клиентов. Ваша прибыль в одном клике!

Источник