Высокоселективное черное поглощающее солнечное излучение покрытие: основная технология повышения эффективности солнечных панелей. Введение

В области использования солнечного тепла эффективность поглощающего покрытия напрямую определяет эффективность преобразования энергии всей системы. Высокоселективное черное поглощающее солнечное покрытие, являясь основным материалом фототермической технологии, обеспечивает эффективное поглощение солнечного излучения и эффективное подавление теплового излучения благодаря своим уникальным оптическим характеристикам и становится ключевым фактором для повышения производительности солнечных коллекторов. Это покрытие имеет не только глубокий черный цвет, но и, что еще важнее, его превосходную оптическую селективность, что делает его незаменимым в системе использования солнечного тепла.

I. Технические принципы и характеристики

Высокоселективное черное поглощающее солнце покрытие – это функциональный материал с особыми оптическими свойствами. Его основная функция – высокая степень поглощения в диапазоне солнечного излучения (0,3–2,5 мкм) при сохранении низкой излучательной способности в диапазоне теплового излучения (2,5–25 мкм). Эта селективная способность к поглощению достигается благодаря тщательному подбору материалов и проектированию конструкции.

Оптические характеристики

Коэффициент поглощения (α) высококачественного высокоселективного чёрного поглощающего покрытия может достигать 0,95–0,97, коэффициент излучения (ε) – всего 0,05–0,07, а соотношение оптических характеристик (α/ε) – превышать 15. В стандартном солнечном спектре AM1.5 его эффективность фототермического преобразования превышает 90%, что на 25–35% выше, чем у обычных покрытий. Глубокий чёрный цвет покрытия не только эстетически привлекателен, но и, что ещё важнее, отражает его превосходные оптические поглощающие свойства.

Термическая стабильность

После 1500 часов испытаний на старение при температуре 300°C скорость снижения эксплуатационных характеристик составила менее 4%. После 2000 часов испытаний во влажной и жаркой среде с температурой 85°C и относительной влажностью 85% покрытие не отслаивалось и не обесцвечивалось, демонстрируя исключительную стойкость к воздействию окружающей среды. Стойкость к солевому туману без коррозии достигает 1200 часов, что делает его пригодным для использования в различных климатических условиях.

II. Процесс подготовки и технический прогресс

Технология магнетронного распыления

Самый передовой в настоящее время метод подготовки покрытий — это технология магнетронного распыления. Благодаря точному контролю параметров распыления в условиях высокого вакуума достигается напыление пленок с нанометровой точностью. Этот процесс позволяет создавать многослойные пленочные структуры равномерной толщины и точного состава, обеспечивая стабильность и повторяемость характеристик покрытия.

Технология электрохимического осаждения

Для некоторых областей применения электрохимическое осаждение остаётся важным методом подготовки. Оптимизация состава электролита и параметров осаждения позволяет получать селективные абсорбционные покрытия с превосходными характеристиками. Этот метод отличается относительно низкой стоимостью и подходит для крупносерийного производства.

Золь-гель метод

Новая технология приготовления золь-гель быстро развивается. Этот метод позволяет получать селективные поглощающие покрытия с наноструктурами при относительно низких температурах. Он особенно подходит для подложек специальной формы, открывая новые возможности для нанесения покрытий.

III. Анализ преимуществ производительности

Выдающаяся эффективность фототермического преобразования

По сравнению с традиционными покрытиями, тепловая эффективность высокоселективных черных абсорбционных покрытий повышается более чем на 20%. При тех же условиях освещения температура воды на выходе коллектора с таким покрытием повышается на 8–12 °C, а тепловыделение системы увеличивается более чем на 25%. Преимущества его эксплуатационных характеристик становятся еще более очевидными, особенно в условиях средних и высоких температур.

Длительный срок службы

Испытания на ускоренное старение показывают, что срок службы высокоселективного чёрного поглощающего покрытия может достигать более 25 лет. В реальных условиях эксплуатации, после 10 лет испытаний на открытом воздухе, коэффициент поглощения покрытия снизился всего на 2,8%, а излучательная способность увеличилась на 1,1%, а скорость снижения производительности оказалась значительно ниже требований отраслевых стандартов.

Хорошие экономические выгоды

Хотя первоначальные инвестиции на 40–60% выше, чем у обычных покрытий, благодаря более высокой эффективности и более длительному сроку службы срок окупаемости сокращается на 2–3 года. За весь жизненный цикл оно способно генерировать более чем на 30% больше тепловой энергии и увеличить совокупный экономический эффект более чем на 50%.

IV. Области применения и анализ случаев

Применение плоских коллекторов

В области плоских коллекторов высокоселективные чёрные поглощающие покрытия стали стандартной конфигурацией для высококачественных продуктов. После того, как известный бренд плоских коллекторов начал использовать это покрытие, мгновенная эффективность увеличилась до 82%, что на 18% выше, чем у обычных изделий.

Применение вакуумных трубчатых коллекторов

В вакуумных трубчатых коллекторах на внешнюю поверхность теплопоглощающих трубок нанесено высокоселективное черное поглощающее покрытие, значительно повышающее эффективность сбора тепла. Вакуумный трубчатый коллектор с этим покрытием, примененный в одном из проектов, достиг КПД системы 68%, что на 20% выше, чем у традиционных изделий.

Интегрированное приложение для зданий

В системах BIPV/T используются высокоселективные чёрные поглощающие покрытия для повышения эффективности теплопоглощения, а также оптимизированная конструкция, обеспечивающая эстетические требования к архитектуре. Данные демонстрационного проекта показывают, что система с этим покрытием имеет общую эффективность 75%.

V. Руководство по установке и обслуживанию

Технические требования к установке

Особое внимание следует уделять защите поверхности покрытия во время монтажа, чтобы избежать царапин и загрязнений. Монтажные инструменты должны быть специально оборудованы, чтобы гарантировать сохранность покрытия. Угол установки должен быть точно отрегулирован для обеспечения оптимального угла падения солнечного света.

Характеристики ежедневного технического обслуживания

Регулярно очищайте поверхность коллектора. Рекомендуется делать это раз в квартал. Используйте мягкие материалы и нейтральные чистящие средства. Избегайте использования чистящих средств на основе сильных кислот или щелочей. Проверяйте состояние покрытия поверхности и своевременно устраняйте любые неисправности.

Метод мониторинга производительности

Создайте комплексную систему мониторинга производительности и регулярно проверяйте эффективность коллектора. Равномерность покрытия контролировалась инфракрасным тепловизором, а изменения оптических свойств измерялись спектрофотометром. Создайте файлы данных оборудования для регистрации истории технического обслуживания и данных о производительности.

VI. Тенденции технологического развития

Направление материальных инноваций

Исследователи разрабатывают новые типы нанокомпозитов, такие как углеродные нанотрубки, графен и другие новые углеродные материалы, а также наноструктурированные материалы на основе оксидов металлов. Ожидается, что эти новые материалы увеличат коэффициент поглощения до более чем 0,98 и снизят коэффициент излучения до менее 0,04.

Оптимизация структурного проектирования

Конструкция многослойных плёночных систем развивается в сторону увеличения числа слоёв и более точного контроля толщины. Улучшенная спектральная селективность достигается за счёт компьютерной оптимизации оптических свойств. Изучаются и применяются новые концепции, такие как градиентная структура показателя преломления и фотонно-кристаллическая структура.

Инновации в процессе приготовления

Новые технологии, такие как технология низкотемпературной подготовки и технология непрерывного производства «с рулона на рулон», стремительно развиваются. Эти технологии позволяют снизить производственные затраты, повысить эффективность производства и одновременно минимизировать воздействие на окружающую среду.

VII. Стандарты качества и методы испытаний

Международная стандартная система

Испытания и оценка эксплуатационных характеристик высокоселективных черных поглощающих солнечный свет покрытий сформировали комплексную международную систему стандартов. Она включает в себя, в основном, стандарты серии ISO 22975, стандарты EN 12975 и т. д.

Метод тестирования производительности

Для измерения коэффициента поглощения обычно используется спектрофотометр с интегрирующей сферой, а для измерения излучательной способности — инфракрасный спектрометр с преобразованием Фурье. Испытания на долговечность включают ускоренные испытания на старение, такие как испытания на старение при высоких температурах, испытания на воздействие влажного тепла и испытания в соляном тумане.

Система сертификации качества

Сертификация Solar Keymark — это всемирно признанный сертификат качества для солнечной продукции. Продукция, прошедшая эту сертификацию, подтверждает, что её эксплуатационные характеристики и качество соответствуют передовому международному уровню.

VIII. Перспективы и возможности рынка

Интенсивность политической поддержки

Правительства по всему миру активно продвигают использование возобновляемых источников энергии. Использование солнечной энергии включено в обязательные стандарты энергосбережения в зданиях. Необходимо предоставлять налоговые льготы и субсидии.

Анализ рыночного спроса

В промышленном секторе наблюдается высокий спрос на энергосберегающие реновации. Необходимо продвигать стандарты экологичного строительства в строительной отрасли. В сельской местности существует огромный потенциал для перехода на экологически чистую энергию.

Заключение

Высокоселективные чёрные покрытия, поглощающие солнечную энергию, являясь основным материалом в технологиях использования солнечной энергии, движут всю отрасль к высокой эффективности и долговременной эффективности. Их выдающиеся эксплуатационные характеристики и значительные экономические преимущества делают их предпочтительным решением для модернизации и замены солнечных коллекторов. Благодаря постоянному совершенствованию технологий материалов и оптимизации процессов их изготовления, это покрытие, несомненно, будет играть важную роль в более широком спектре областей. 

Мы рекомендуем инвесторам и пользователям при выборе системы сбора солнечной энергии обращать особое внимание на эксплуатационные характеристики и сертификацию качества покрытия, а также выбирать высокоэффективные коллекторы с высокоселективным чёрным поглощающим покрытием для обеспечения максимальной окупаемости инвестиций и удобства использования. Для получения дополнительной технической информации или информации о продукте обращайтесь к нашей профессиональной технической команде.