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^.нм^4.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 (Δα_s) 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.