1.4 Висновки до аналітичного огляду та постановка задачі
Дослідження літературних даних стосовно умов експлуатації селективних покриттів теплових сонячних колекторів різних типів, вимог до деградаційної стійкості селективних покриттів, прийнятих виробниками теплових сонячних колекторів в усьому світі, а також способів визначення їх термостабільності дозволило сформувати напрями досліджень для виконання у рамках даної курсової роботи. Поставлені задачі були наступними:
За допомогою методики зеленої хімії, а саме шляхом змінно-струмової електрохімічної обробки поверхні алюмінію в 2 %-ному водному розчині HCl за умов різних густин електричного струму одержати зразки поглинаючих покриттів.
За мікрофотографіями поверхні і спектрами оптичного відбиття визначити оптимальну для виготовлення поглинаючих покриттів густину електричного струму.
Встановити залежність поглинання сонячного світла від кутів освітлення в інтервалі 5 ‒ 45 о на предмет можливості використання одержаних селективних покриттів в колекторах без зміни їх положення протягом усього світлового дня і в усі пори року.
Дослідити вплив відпалів на повітрі при температурах до 200 оС включно на морфологію і оптичні властивості покриттів щодо їх придатності для використання у якості селективних покриттів плоских сонячних колекторів.
2. Методика експерименту
2.1 Методика електрохімічного виготовлення чорних селективних покриттів
Установка для електрохімічного виготовлення чорного селективного покриття зображена на рисунку 2.1. Вона складається на джерелі змінного струму на основі ТЕС-5020 (1) , що дозволяє регулювати частоту струму в діапазоні 50-150 Гц. Для контролю частоти струму використовувався осцилограф С1-64 А (2) . Мультивольтметр (3) був потрібен для контролю сили струму. Як протиелектрод використовувалась стрічка з алюмінієвої фольги у формі циліндру, котра була прикріплена до бічних стінок скляного об’єму. Електрохімічній обробці піддавалась алюмінієва пластина. Як електроліт використовувався 2 % розчин HCl.
Покриття виготовлялось шляхом електрохімічної обробки алюмінію змінним синусоїдальним струмом з частотою 50 Гц протягом 2 та 5 хвилин при різних щільностях струму. Таблиця з режимами виготовлення покриттів приведена в таблиці 2.1
1 – Джерело постійного струму; 2 – осцилограф; 3 – перетворювач постійного струму в синусоїдальний; 4 – амперметр; 5 – електрохімічна комірка;
Рисунок 2.1 – Установка для виготовлення селективних покриттів
2.2 Методика спектрофотометричного аналізу оптичних властивостей чорних селективних покриттів
Коефіцієнт поглинання Ас сонячної радіації селективним покриттям визначався за допомогою спектрофотометра СФ-2000 в діапазоні довжин хвиль 0,4 - 0,8 мкм. Коефіцієнт Ас отримували не прямим вимірюванням, а на підставі вимірювання коефіцієнта відбиття R від поверхні, тобто величини, що доповнює коефіцієнт Ас до одиниці. Значення коефіцієнта поглинання α знаходилося з формули:
Аc=1-R (3.1)
1 – спектрофотометр «СФ-2000»; 2 – приставка дзеркального і дифузного відбиття
Рисунок 3.1 – Спектрофотометр СФ-2000
Керування роботою СФ-2000 здійснювалося за допомогою персонального комп’ютера через USB-порт. Програмне забезпечення СФ-2000 представляє собою комплект з трьох програм: «Сканування», «Концентрація» і «Кінетика». При зйомці спектрів дифузного відбиття Rdiff (зазначимо, що чорні покриття переважно дифузно розсіюють світло) використовувалася програма «Сканування», за допомогою якої здійснювалися наступні операції: вибір джерела випромінювання при запуску програми, вибір типу кювет і кількості зразків для вимірювання, вибір режиму установки кювет – ручний або автоматичний, тип експозиційного режиму із зазначенням кількості циклів накопичення, відображення результатів вимірювання.
Проводилася зйомка спектрів дифузного відбиття при 3-х різних кутах: 5°, 20°, 45°. Еталоном з відомим дифузним відбиттям в діапазоні довжин хвиль 450 нм - 800 нм був зразок під номером 1.