Селективное поглощающее покрытие своими руками

Добавил пользователь Владимир З.
Обновлено: 05.10.2024

Сделай сам

На сегодняшний день оформить селективное покрытие для стекол солнечных панелей вполне реально и своими силами. Для этого можно использовать самые разные материалы, которые созданы как своими руками, так и куплены в специальном магазине.

Разновидность покрытия

В настоящее время селективное покрытие бывает трех видов. Это может быть как обычная краска, так и химически обработанный металл. Третий вариант – это уже готовые для использования пленки, которые можно клеить на стекла. Эти три вида сырья отличаются между собой по следующим показателям:

способность к поглощению;
излучательная способность;
общий уровень эффективности.

Если говорить о первом параметре, то в этом случае определяется количество тепла, которое селективное покрытие может преобразовать из солнечной энергии. Данный показатель играет очень важную роль, но не является главным при выборе.

При выборе покрытия, то есть абсорбера, нужно очень внимательно выбирать вещество по излучательной способности. Она характеризует то количество тепла, которое будет отдано в окружающую среду, в виде излучения. Другими словами, чем выше этот параметр, тем больше будут потери тепла, а следовательно, снизится эффективность приспособления.

Что касается общей эффективности, то она обычно представлена в виде общего коэффициента, который считается отношением первых двух показателей. Реальная тепловая производительность не будет отражена точно, а вот эффективность селективного покрытия определяется достаточно точно.

Применение краски

На сегодняшний день некоторые люди считают, что в качестве хорошего покрытия для стекла солнечного коллектора можно использовать черную краску, так как она хорошо прогревается и хорошо поглощает солнечные лучи. Однако это не так, и есть несколько причин, почему такая краска не является эффективной.

Во-первых, краска способна поглотить только ту часть излучения, которую видно, остальное же излучение не используется. Во-вторых, она способна излучать тепло в инфракрасном спектре в атмосферу. В-третьих, такое покрытие будет со временем выцветать из-за воздействия ультрафиолетовых лучей солнца, из-за чего способность к поглощению будет уменьшаться. Еще один недостаток – это сильное уменьшение эффективности абсорбера при высоких температурах. Последнее, о чем стоит сказать, это о том, что покрытие краской будет служить еще и теплоизоляцией, из-за чего тепло не будет проходить внутрь.

Данные недостатки полностью исключают возможность применения обычной краски в качестве селективного покрытия стекла. Для этой цели необходимо применять лишь специальные средства.

На что наносить краску?

После приобретения подходящей краски встает вопрос о том, как правильно нанести ее на стекло. Для начала стоит сказать, что она наносится на подложку, а не на саму панель. В качестве подложки используется алюминий или медь. Этот вид металла отлично подходит потому, что он способен эффективно отбирать тепло у абсорбера, то есть краски, и передавать его панели.

Как покрыть стекло панели краской?

Прежде чем приступить к нанесению селективного покрытия на солнечные панели, нужно отполировать лист меди или алюминия. Для этого используется механический способ шлифовки, а также дальнейшее покрытие пастой ГОИ. Здесь важно отметить, что провести работы нужно максимально качественно, так как любая шероховатость – это увеличение потерь тепла, так как будет расти излучательная способность.

Наиболее простой способ покрыть нужные листы – это использовать краскопульт. Наносится краска, как обычная, но есть минус, который заключается в том, что сложно контролировать толщину слоя. Если она будет слишком велика, то снизится качество поглощения тепла, если слой будет слишком тонкий, то увеличится потеря тепла.

Пленка для панелей

Есть другой вариант нанесения селективного поглощающего покрытия. Для этого была разработана специальная пленка, которая в настоящее время представлена в двух типах: однослойная и многослойная на металлизированной подложке.

Что касается эффективности пленок, то коэффициент достаточно высок и сравним с этим же показателем у красок, однако если говорить о стоимости, то она сильно отличается. Качественная пленка характеризуется тем, что ее излучательная способность составляет 5% и менее.

Что касается процесса нанесения, то процедура очень проста. Однослойная самоклеящаяся пленка крепится к листу металла, который может быть изготовлен из цинка, меди, алюминия. Каких-либо сложных манипуляций проводить не приходится, пленка клеится очень легко. Однако перед ее нанесением стоит обработать металлический лист так же, как это делалось в случае с краской, то есть нужно обработать его шлифовальной машинкой с абразивным кругом.

Селективные стекла для дома

Кроме применения в качестве покрытия солнечных панелей, селективное покрытие стеклопакета пользуется не меньшим спросом. Селективные стекла, или же мультифункциональные, как их еще называют, применяются для обычных домовых, для остекления коммерческих зданий, спортивных комплексов, муниципальных учреждений и т. д. Такие стекла способны обеспечить хорошую защиту от солнечных лучей и создать благоприятный микроклимат внутри помещения.

Селективное поглощающее покрытие, нанесенное на обычные стекла, создает хорошую защитную пленку. Основная задача таких элементов – это создание максимально благоприятных условий внутри помещения как в летнее время года, так и в зимнее. Суть их работы достаточно простая: летом стекла отсеивают некоторое количество солнечных лучей, чем не дает помещению сильно нагреваться, зимой же они будут служить отличным препятствием для тепловой энергии, не давая ей покидать комнату.

Важность селективных стекол в холодное время

На сегодняшний день все знают, что окна являются защитой определенной части стены, препятствуя выходу тепла из комнаты. Однако, если реально смотреть на вещи, то через некачественное стекло будет уходить большее количество тепла, чем через вентиляцию или даже приоткрытую дверь. Вся проблема заключается в том, что выбрать качественный материал для окна будет недостаточно. Примерно 90% окна занято стеклом, а это значит, что оно также должно быть максимально полезным, в плане сохранения тепла. Именно с этой задачей лучше всего справляются селективные стекла. Особенность напыления заключается еще и в том, что на поверхности имеется тончайший слой атомов серебра. Они прекрасно пропускают короткие волны, которые излучает Солнце, тем самым пропускают тепло внутрь. Но при этом серебро достаточно сильно блокирует прохождение длинных волн, которые обычно излучают нагревательные приспособления. Таким образом и получается, что тепло максимально хорошо сохраняется внутри помещения.

Мягкие и твердые покрытия

В настоящее время существует два разных вида покрытия стекла. Это может быть мягкое селективное покрытие, или же оно может быть твердым. Отличаются они между собой технологией нанесения. Из-за этого, естественно, будет отличаться и уровень их теплоизоляции. Для сравнения можно привести простой пример. Допустим, температура воздуха внутри комнаты составляет +20 градусов по Цельсию, а температура за окном составляет –26 градусов по Цельсию. Обычный стеклопакет в таком случае будет поддерживать температуру внутри около +5 градусов, твердое селективное покрытие обеспечит температуру в +11 градусов по Цельсию, мягкое покрытие будет поддерживать +14 градусов.

Здесь стоит добавить, что для такой поверхности существует специальная маркировка. Твердые или же пиролитические поверхности будут отмечаться буквой K. Мягкая поверхность, или, как ее еще называют, магнетронная, маркируется буквой I.

Если подводить итог всему выше сказанному, то можно сделать два небольших вывода. Во-первых, селективное покрытие можно наносить самостоятельно, если в наличии имеются солнечные панели. Это может повысить их эффективность. Во-вторых, селективные стекла отлично подойдут для утепления дома.

Существует три варианта абсорберов – краски, химически обработанный металл и 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

Каким бывает?

КПД селективного покрытия

Покрытие для солнечного коллектора может быть изготовлено из различных материалов. Но наиболее распространенными поглощающими покрытиями признаны:

Медные
Хромовые
Из черного лака
Из синих слоев. Второе название – селективная краска для солнечных коллекторов

Какое лучше? Сложно сказать, поскольку на рынке представлены солнечные коллекторы с разными покрытиями и все отличаются довольно эффективной работой.

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:

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. Их стоимость зависит от:

Коэффициента эффективности;
Термостойкости;
Срока службы;
Раскрученности бренда.

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

Энергосберегающие стекла для пластиковых окон

Перед современными окнами стоит много задач: защита от погодных условий, эстетичный вид, но к главной задаче необходимо отнести теплоизоляционные свойства оконных конструкций. В связи с этим оконные производители делают акцент на энергосберегающих свойствах окон.

Клиенты часто просят изготовить для них модифицированные окна с учетом всех требований, что стоит несколько дороже, но не более, чем на 50%.

Характеристики энергосберегающих стекол

В отопительный сезон низкоэмиссионным стеклом отражаются волны от приборов обогрева отопления внутрь помещений, тем временем в жаркий сезон, напротив, тепловая энергия отражается наружу помещения – за счет таких свойств низкоэмиссионных окон в помещении поддерживается оптимальная и комфортная для человека температура. Напыление на энергосберегающих окнах имеет толщину несколько десятков нанометров, и абсолютно незаметно для человеческого взора, тем самым такое стекло практически невозможно отличить от обычного стекла.

Энерго- и теплосберегающие покрытия стекол можно разделить на два вида:

(Double Low-E) мягкое покрытие — I-стекло;
(Low-Е) твердое покрытие – К-стекло.

(Low-Е) твердое покрытие – К-стекло

Твердое покрытие теплосберегающих окон применяется для уменьшения энергозатрат, оно обладает высокими теплоизоляционными характеристиками, в связи с чем уменьшает затраты на отопление. Свое распространение оно получило также благодаря простоте обработки.

Такое покрытие препятствует появлению на наружной поверхности стекла конденсата. И его возможно устанавливать совместно с солнцезащитным стеклом.

Благодаря своей светопроницаемости К-стекло практически не отличается от обычного стекла. В стеклопакетах такое стекло, как правило, устанавливается со стороны помещения, а его теплосберегающее покрытие обращено в промежуток между стекол.

Селективное покрытие К-стекла исключает потерю тепла, излучаемого отопительным оборудованием в длинноволновом диапазоне, тогда как солнечная энергия в коротковолновом диапазоне без труда проникает сквозь такое покрытие. Таким образом, помещение тепло не теряет, в частности, не происходит отдачи тепла в участках оконного остекления.

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 меди

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.

Температура раствора должна быть 60-65 градусов. Все работы проводить в средствах защиты – перчатках, очках и газопылевом (как минимум) респираторе. При попадании реагенты разъедают кожные покровы и слизистые.

Окисление меди персульфатом калия

Смешать до полного растворения:

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

Чернение медного покрытия аммонием

Смешать до полного растворения:

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

Образование оксидной пленки хлоритом натрия

Смешать до полного растворения:

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

Характеристики селективных покрытий

Эффективность селективной поверхности измеряется коэффициентом поглощения (α) солнечной энергии, относительной излучающей способностью (ε) длинноволновой тепловой радиации и отношением поглощательной способности к излучательной (α/ε).

Селективные покрытия должны оцениваться по возможности их нанесения на определенный материал теплоприемника, по их стоимости, наличию и долговечности. Каждое селективное покрытие предназначено для нанесения на определенный материал: селективные покрытия для меди, необязательно годятся для алюминия. Стоимость является важным фактором, поскольку применение селективных покрытий либо снижает затраты на другие элементы солнечного коллектора (например, устраняет необходимость в двойном остеклении коллектора), либо значительно улучшает характеристики коллектора (а это оправдывает затраты) путем повышения рабочей температуры, получаемой от солнечного коллектора, или путем увеличения общего количества поглощаемой энергии.

Не все селективные покрытия легко доступны. Иногда эти трудности связаны с высокими транспортными расходами до завода, где наносится покрытие, и обратно до потребителя. Ограничивает их применение и сложный процесс нанесения, требующий контроля качества. Обычными методами нанесения покрытий являются гальванические, химические и пароосадительные ванны. Микроскопические слои в полмикрона должны иметь равномерную толщину. В таблице приводятся некоторые характеристики селективных поверхностей.
Таблица 1. Свойства селективных покрытий

При выборе селективного покрытия ключевым фактором является долговечность. Среди разрушительных факторов следует отметить влагу, высокие температуры и солнечный свет.

При сравнении характеристик черных матовых красок и селективных покрытий выясняется следующее:

теплоприемник с черной матовой поверхностью и 2-мя прозрачными покрытиями имеет примерно те же характеристики, что и с селективным покрытием и одним стеклом;
при достаточно высоких температурах, необходимых для приведения в действие абсорбционного охлаждающего оборудования (80°C), может потребоваться второе покрытие.
при температурах солнечного коллектора ниже 65°C второе стекло поверх селективной поверхности существенно не влияет на рабочие характеристики коллектора;
при рабочих температурах ниже 40°C применение селективного покрытия может не приводить к повышению КПД.

В настоящее время затраты на селективные покрытия лишь иногда вызывают увеличение общей стоимости.

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 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.

Тонер для принтера или ксерокса также используется для повышения качеств цинка как абсорбера.

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.

Поглощательная способность
Излучательная способность
Общая эффективность

Таблица эффективности селективных покрытий для солнечных коллекторов

Специфика работы в жару и холод

Технология селективного покрытия оконных стекол пришла на смену другим способам борьбы с жарой:

наклеиванию солнцезащитной пленки;
шторам и жалюзи;
дополнительному кондиционированию.

Ее преимущество в невысокой стоимости в сравнении с затратами на кондиционирование, и в достаточном уровне освещения, в отличие от любых способов затенения окон. Серебряное напыление на стеклянной поверхности и использование нанотехнологий позволяет задерживать тепло солнечных лучей (длинные волны) и пропускать достаточно света (короткие волны) для комфортного ощущения людей внутри.

В холодные дни те же технологии способствуют созданию комфортной атмосферы. Через такое окно теряется меньше тепловой энергии, тепловая энергия отражается от поверхности специально обработанного стекла и возвращается в дом. Потери составляют только 13%.

Селективная краска для солнечных коллекторов

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.

Коэффициента эффективности;
Термостойкости;
Срока службы;
Раскрученности бренда.

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

Самостоятельное нанесение селективной краски

Заполнение газом стеклопактов

Стеклопакеты, наполненные газом

Хотя этот метод требует дополнительных затрат на производство стеклопакетов, выгода от его использования ощутима, так как энергоэффективность окон повышается до 10%. Поэтому эксперты в области энергосбережения рекомендуют применение этих пакетов, где заполнение газом допустимо хотя бы в одной камере, где есть внутренне напыление. Так как наличие газа внутри стеклопакета не только обеспечивает его высокие теплосберегающие свойства, но способствует более долгому сроку эксплуатации отражающего покрытия и сроку службы окна в целом.

Наличие газа создает избыточное давление, которое препятствует попаданию влажного воздуха в стеклопакет, оказывающий на него разрушающее действие. Несмотря на все достоинства стеклопакетов с газовым наполнением, нужно учесть следующий факт, что эффект присущий только для паянных конструкций. В обычном же стеклопакете газообразное вещество постепенно покинет свое место через утечку по шнуру, недостаточную герметизацию, при механических повреждениях рамок в клееном стеклопакете.

Селективные пленки

Многослойная пленка не требует подложки или металлического абсорбера для гелиоколлектора.

Покрытия селективного стекла.

Высокий уровень теплоизоляции селективного стекла достигается за счет применения особых технологий при изготовлении покрытий. Таких покрытий на сегодняшний день существует всего два:

твердое (пиролитическое);
мягкое (магинетронное).

для обычного стеклопакета — +5,1°С;
для стеклопакета с К-стеклом — +11°С;
для стеклопакета с I-стеклом — +14°С.

Указанные значения наглядно демонстрируют преимущества энергосберегающих стеклопакетов, в составе которых присутствуют селективные стекла, независимо от того, как они промаркированы – k или i, над обычными светопропускающими конструкциями.