Núcleo do Painel Solar Absorvedor: O "Coração" Eficiente dos Coletores de Placa Plana

No interior do coletor solar plano, existe um componente central que determina o desempenho de todo o sistema: a Placa Absorvedora. Esta placa metálica, geralmente de cor azul-escura, é o "coração" da conversão solar térmica. O seu desempenho determina diretamente a eficiência, a vida útil e a fiabilidade do coletor. Este artigo irá analisar em profundidade o projeto estrutural, a tecnologia dos materiais, o índice de desempenho e o principal impacto na eficiência do sistema.

I. Função e estatuto: porque é que o conselho central é tão importante?

O núcleo do conselho de absorção realiza três missões principais: 

1. Maximizar a captação de energia solar: Absorver a energia da radiação solar através de um revestimento superficial especial 

2. Conversão eficiente de energia térmica: a energia luminosa é convertida em energia térmica e transferida para o meio de transferência de calor

3.º Minimizar a perda de calor: reduzir a perda de calor através do design estrutural e da seleção de materiais

O desempenho da placa central determina diretamente a curva de eficiência instantânea e o calor total do coletor, e é um fator chave que afeta o retorno do investimento do sistema.

 

Ii. Estrutura central e princípio de funcionamento

O núcleo absorvedor moderno de alta eficiência adota geralmente estrutura composta laminada:

1. Camada de filme absorvente de calor (camada superior 

Tecnologia de pulverização catódica magnetron na preparação de revestimento absorvente seletivo

Taxa de absorção α > 0,95, emissividade ε < 0,05 

Possui uma forte resistência às intempéries e pode suportar temperaturas acima dos 200℃ 

2. Sistema de canais de fluxo (camada intermédia 

É formado por soldadura a laser de tubos de cobre/tiras de cobre ou tubos de alumínio/tiras de alumínio 

O design do canal de fluxo otimiza a eficiência da transferência de calor e a resistência ao fluxo 

O espaçamento e o diâmetro dos tubos foram otimizados através de cálculos termodinâmicos 

3. Material do substrato (camada inferior) 

As placas de liga de alumínio normalmente utilizadas são 1060 ou 3003 

A espessura é geralmente de 0,3 a 0,5 mm 

Possui boa condutividade térmica e resistência à corrosão 

Processo de trabalho: Luz solar → Revestimento de absorção seletiva → Energia térmica → Substrato → Canal de fluxo → Meio de transferência de calor

 

Iii. Principais Parâmetros Técnicos e Indicadores de Desempenho

1. Desempenho óptico 

Taxa de absorção: > 0,95 (espectro padrão AM1.5) 

Emissividade: < 0,05 (a 80℃) 

2. Desempenho térmico 

Eficiência de transferência de calor: > 0,78 (em condições críticas de temperatura) 

Coeficiente de perda de calor: < 3,5 W/m²K 

3. Propriedades mecânicas 

Capacidade de resistência à pressão: ≥1,0MPa 

Força de ligação: ≥30N/cm² 

Ciclo de resistência à fadiga: > 5000 ciclos térmicos

 

Iv. Comparação dos principais tipos de tecnologia

1. Estrutura da chapa tubular (convencional) 

Estrutura de tubo de cobre-placa de cobre: ​​soldadura ultrassónica ou soldadura a laser

Estrutura de tubo de cobre - placa de alumínio: Utilizando processos de compósito laminado a quente ou compósito explosivo 

Estrutura em tubo de alumínio - chapa de alumínio: Totalmente soldada em alumínio, com um custo relativamente baixo 

2. Estrutura do tubo serpentino 

Dobramento e conformação de um único tubo metálico 

A resistência ao fluxo é pequena, mas a eficiência é ligeiramente inferior 

3. Estrutura do painel em relevo 

O corredor é pressionado na placa de metal através de um molde 

Tem um baixo custo, mas baixa resistência à pressão 

4. Tabela de comparação de desempenho 

Tipo, eficiência térmica, capacidade de suporte de pressão, custo, cenários aplicáveis

Tubo de cobre - altura da placa de cobre (0,78-0,82) altura (1,0 MPa) engenharia de ponta

Tubo de cobre - chapa de alumínio altura média (0,75-0,78) altura média (0,8MPa) engenharia geral

Estrutura totalmente em alumínio, média (0,70-0,75), média (0,6 MPa), baixa, sistema doméstico

V. Processo de Fabrico e Controlo de Qualidade

1. Processo de soldadura 

Soldadura a laser: alta precisão, pequena zona afetada pelo calor 

Soldadura ultrassónica: sem profundidade de penetração, sem deformação 

Laminação laminada a quente: elevada resistência de ligação 

2. Processo de revestimento 

Pulverização catódica magnetron: o melhor desempenho, mas o elevado custo 

Anodização: Boa resistência à intempérie, eficiência média 

Tratamento de galvanoplastia: gradualmente eliminado 

3. Inspeção de qualidade 

Detecção de fugas por espectrometria de massa de hélio: garanta a selagem da soldadura 

Teste de desempenho térmico: curva de eficiência medida 

Testes de durabilidade: testes de calor húmido e névoa salina 

Vi. Cenários de Aplicação e Guia de Seleção

1. Sistema de água quente residencial 

Recomendação: Estrutura em tubo de cobre - placa de alumínio 

Área: 2-4 metros quadrados 

Aplicável a famílias de 3 a 5 pessoas 

2. Sistema de água quente de engenharia 

Recomendação: Estrutura tubo de cobre - placa de cobre 

Área: 20-200 metros quadrados 

Aplicável: Hotéis, escolas, fábricas 

3. Sistema de aquecimento 

Recomendação: Estrutura de tubo de cobre de alta eficiência - placa de cobre 

Requisito: Alta eficiência em condições de trabalho a baixa temperatura 

4. Utilização de calor industrial 

Recomendação: Estrutura especial em aço inoxidável 

Requisitos: Resistente a altas temperaturas e à corrosão

 

VII. Manutenção e Ciclo de Vida

1. Requisitos normais de manutenção 

Verifique o valor do pH do sistema todos os anos 

Verifique a concentração do anticongelante a cada 2 ou 3 anos 

Realizar testes de pressão do sistema a cada cinco anos 

2. Expectativa de vida 

Tubo de cobre de alta qualidade - estrutura da placa de cobre: ​​mais de 20 anos 

Estrutura de tubo de cobre - placa de alumínio: 15-20 anos 

Estrutura toda em alumínio: 10-15 anos

 

Viii. Tendências de Desenvolvimento Tecnológico

1. Inovação de materiais 

Materiais de nano-revestimento: aumentam a taxa de absorção seletiva 

Material de substrato compósito: melhora a condução de calor e reduz o peso 

2. Otimização estrutural 

Design de microcanais: Aumente a eficiência da transferência de calor 

Projeto de canais 3D: Otimização da distribuição do fluxo 

3. Fabricação inteligente 

Linha de produção de soldadura automatizada 

Inspeção de qualidade da visão mecânica 

Conclusão

Como componente central dos coletores solares planos, o nível técnico e a qualidade de fabrico do núcleo da placa de absorção determinam diretamente o desempenho de todo o sistema. Com o avanço da ciência dos materiais e da tecnologia de fabrico, os núcleos modernos da placa de absorção estão a evoluir para uma maior eficiência, maior vida útil e menor custo. 

Ao escolher um coletor de placa plana, um profundo conhecimento dos detalhes técnicos e do processo do seu "coração" – o núcleo da placa de absorção – é fundamental para garantir o funcionamento eficiente do sistema a longo prazo. Investir em núcleos de placas de absorção eficientes e de alta qualidade não só significa um maior ganho de calor e um retorno mais rápido do investimento, como também garante um serviço fiável durante décadas. 

Com o avanço da meta de neutralidade carbónica e a aceleração da transição energética, a tecnologia de núcleo de placa de absorção eficiente e fiável continuará a desempenhar um papel crucial no campo da utilização da energia solar térmica, fornecendo um apoio técnico essencial para a conservação de energia em edifícios e substituição térmica industrial.