Солнечный коллектор

Всех с началом весны! Набрал воды в водонагреватель, за два дня температура в баке 120 литров нагрелась до 47 градусов. Сезон потребления теплой воды открыт!

 

Учитывая, все увеличивающееся предложение гелиоколлекторов с медно-алюминиевыми абсорберами на рынке, думаем, эта информация может пригодиться...
_

Одна из компаний - производитель оборудования для ультразвуковой сварки, выслала нам образцы медно-алюминиевых абсорберов, сваренных их оборудованием.

Главной нашей задачей было сравнить в одинаковых условиях полностью медный (Cu-Cu) и медно-алюминиевый (Cu-Al) абсорберы. И выявить зависимость коррозионных процессов как на поглощающий слой так и на соединение листа с трубкой.

Сразу хотим обратить внимание, что не все следы на поглощающем покрытии являются признаками его разрушения. Т. к. «синее покрытие» является интерференционной пленкой, наносимой магнетронным способом (поочередное испарение разных веществ) в вакуумной камере, это покрытие очень маркое и любое (микронное) изменение его толщины влияет на его цвет. Т. е. покрытие не разрушается, а просто меняется оттенок отраженного света.



В данном случае обычная капля воды оставила такой след после высыхания при комнатной температуре. Но покрытие осталось абсолютно целым. Также очень заметные следы оставляют пальцы, фактически, можно добиться, чтобы полностью просвечивалась медь желто-красного цвета (с покрытием на алюминии цвет уходит в другие оттенки), при этом, если потом вымыть абсорбер с мылом, то следов практически не видно.

Описание образцов, учавствующих в испытаниях:

Медь-медь (Cu-Cu): лист – 0.2 мм; трубка – 10х0.5 мм; соединение – пайка спец. оловянным припоем (S-Sn97 Cu3).

Алюминий-медь (Al-Cu): алюм. лист – 0.4 мм; медная трубка – 6х0.4 мм; соединение – ультразвуковая сварка.

Устанавливались в камере под наклоном 45-55о. Часть образцов поворачивалась вниз поглощающим покрытием.

1. Коррозионные испытания во влажной комнате (40оС, 100% влажность), продолжительность 240 ч. The wet room (40°C 100% humidity) for 240 hours.

Рисунок 1.1 – Образцы до испытания.


Рисунок 1.2 – Образцы после испытания (40оС, 100% влажность), продолжительность 240 ч.

Образец №1.2 и 2.2 были повернуты вниз поглощающим покрытием.

2. Коррозионные испытания в солевом «тумане» (35°C, 100% влажность 5%NaCl), продолжительность 240 ч. The salt mist test (35°C, 100% humidity 5%NaCl) for 240 hours.

Рисунок 2.1 – Образцы до испытания. Образцы №5.3 и 6.3 устанавливались вниз поглощающим покрытием, остальные образцы устанавливались вверх поглощающим покрытием.


Рисунок 2.2 – Образцы (устанавливались поглощающим покрытием вверх) после испытания (40оС, 100% влажность 5%NaCl), продолжительность 240 ч.

В отличие от алюминия, на меди покрытие в хорошем состоянии, а следы неоднородности - это изменение цвета из-за потеков конденсата, только края листа начали окисляться, т. к. они контактировали со стенкой испытательной камеры...

 

Рисунок 2.3 – Проявление коррозии в медно-алюминиевом абсорбере после испытания (40оС, 100% влажность 5%NaCl), продолжительность 240 ч.
- следы точечной коррозии
http://sintsolar.com.ua/info/images/stories/corrosion_test_absorb
[img]http://sintsolar.com.ua/info/images/stories/corrosion_test_absorb/salt_after_Al_3.jpg - сквозные отверстия из-за коррозии

3. Испытание на прочность соединения лист-труба

Рисунок 3.1 – Испытательный стенд и оснастка.


Таблица 3.1 – Результаты испытаний (максимальная нагрузка на отрыв).

Пояснение: в Таблице 3.1 указана максимально-зарегестрированная нагрузка. При испытаниях же, отрыв Al-Cu абсорбера происходил постепенно, на новых образцах при нагрузке 75-100 кг, на остальных – при нагрузке 60-80 кг (как по перфорации). Отрыв Cu-Cu абсорбера происходил более резко и одномоментно. Поэтому при эксплуатации нужно также учитывать и мелкие (первоначальные) надрывы, которые современем могут привести к более серьезным повреждениям абсорбера!
Также, хотелось бы заметить, по нашим данным, прочность соединения ультразвуком оказалась выше, чем указывается прочность при лазерной сварке, но для более объективного заключения, нам не хватало такого образца...
=

Думаю, информации более чем достаточно, чтобы сделать соотвествующие выводы, но кто хочет ознакомиться с полным документов см. тут - http://sintsolar.com.ua/info/practic-ru/corrosion-test-absorb.html

-
также сегодня мы еще сделали такие фото (в принципе, дополняет тему):

 

Приветствую SintSolar наконец-то парни с Украины пожаловали на форум сейчас все обстоятельно расскажут про плоские медные коллекторы а то мы с ОКА90 устали доказывать приемущества медных плоский высокоселективных коллекторов.

 

Столько страшных картинок а выводы предсказуемы, они у вас и появляются на сайте. Абсорбер все-таки находится в корпусе а вот рама в большинстве случаев более подвержена воздействию окружающей среды, и как правило также изготавливается из алюминия. Переходим на медь?
Относительно сварки, лазерная сварка единственная технология позволяющая сваривать медные трубопроводы и алюминиевый лист. И как не странно несмотря на небольшой сварной шов и алюминиевый лист теплопередача выходит замечательная, а стоимость конечного изделия при почти одинаковых характеристиках выходит ниже. Т. е. располагая более технологичным и как это обычно бывает более дорогостоящим оборудованием можно существенно снизить цену готового изделия, простой закон конкурентной борьбы.
Относительно ультразвуковой сварки, да там есть проблемы расхождения шва и потеря некоторой части контакта в процессе эксплуатации.

 

Lgriks, я очень рад, что Вы все же вышли на наш сайт и дочитали до выводов!
Действительно, лазерная сварка стала популярной среди производителей из-за своей технологичности и эстетичности (по сравнению с ультразвуком)... Кстати, ультразвук крепче держит лист чем лазер, просто, при отрыве лазерного соединения, снаружи этого может быть не видно...
Естественно, как всегда, цена изделия имеет значение...
Но кто Вам сказал, что с точки зрения эксплуатации медно-алюминиевый абсорбер лучше полностью медного?
Да, пока изделия новые - эффективность их примерно одинакова, но любое изделие имеет свой эффективный срок службы, и с каждым годом эффективность любого солнечного коллектора падает... При прочих равных условиях, эффективность коллектора с медно-алюминиевым абсорбером будет падать быстрее из-за коррозии (медь и алюминий - гальваническая пара), из-за деформации и искривления (у алюминия и меди разные линейные расширения), из-за отрывов... Собственно, цена же ниже...

-
Но это мы затрагивали ранее в теме Тестирование медно-алюминиевого (Al-Cu) абсорбера (перевод немецкого отчета http://sintsolar.com.ua/info/practic-ru/al-cu-test-ru.html)...

Производители плоских солнечных коллекторов все чаще начинают использовать сваренные медно-алюминиевые абсорберы (поглощающие панели). Есть три причины, по которой делается выбор в их пользу – это:

1. цена несколько более низкая, чем у полностью медных абсорберов,
2. технологичность при крупном производстве - под данный вид абсорберов было разработано соединение листа и трубки с помощью лазера, что значительно упростило и ускорило производство,
3. эстетический вид – при соединении с помощью лазера медно-алюминиевый абсорбер выглядит значительно лучше, чем соединение ультразвуковой сваркой у медных абсорберов, где с наружной стороны видно повреждение поглощающего покрытия (широко распространено в Европе)

Если же медные абсорберы уже не вызывают вопросов и всем понятна возможность длительной и неприхотливой эксплуатации, то медно-алюминиевые… имеют один существенный недостаток – меньше эффективный срок службы. Т. е. в процессе эксплуатации деградация и разрушение идет более стремительно, чем в полностью медных абсорберах. В основном, это вызвано двумя причинами:

1) у меди и алюминия разные коэффициенты линейного теплового расширения, что вызывает повышенную нагрузку на соединение листа с трубкой вплоть до местных отрывов, а также к деформации и искривлению абсорбера;

2) соединение меди и алюминия во влажной среде, особенно с примесями солей (морской климат), приводит к гальванической коррозии алюминия, т. к. он является более активным металлом. Что, в свою очередь, может вызывать повреждение поглощающего покрытия и ухудшению качества соединения… Пояснение: в основном, распространены вентилируемые плоские солнечные коллекторы, то в процессе эксплуатации внутрь корпуса постоянно засасывается влажный воздух, а из-за перепадов температур возможно образование конденсата. Если материалы и поглощающее покрытие стойкое, то конденсат не вызывает никаких проблем, а днем при разогреве коллектора происходит осушение.

Также существуют герметичные плоские коллекторы (закачан инертный газ), поэтому пока герметичность сохраняется, проблем с коррозией абсорбера и, связанное с этим, разрушение поглощающего покрытия, не существует.

Наш поставщик поглощающего покрытия Sunselect (компания ALANOD-SOLAR), первыми создали современное высокоселективное поглощающее покрытие на алюминии и назвали его Mirotherm. Естественно, у производителей коллекторов были вопросы связанные с возможностью долговечной эксплуатации, а также с возможностью соединения медной трубки и алюминиевого листа (ранее уже существовали коллекторы с замковым соединением, когда медная труба запрессовывается в специальное алюминиевое «перо», которое изготавливалось методом прессовки).

Компания ALANOD-SOLAR совместно, с компанией, специализировавшейся на лазерном оборудовании, создали установку для точеного соединения алюминиевого листа и медной трубки. Это оказалось удачным решение, как с точки зрения эстетики, так и с технологической точки зрения, т. к. установка обладала гибкостью настройки и высокой производительностью.

Для того, чтобы доказать возможность эксплуатации таких абсорберов были проведены соответствующие тесты, которые изложены в этом документе –

http://alanod-solar.com/opencms/export/alanod_solar/downloads/mirotherm_afb_E_04_09.pdf

Упор в документе был сделан именно на прочность данного контакта, т. к. такое соединение было использовано впервые. Мы же хотим обратить внимание на некоторые существенные монеты и пояснить в чем проблема.

1. Проблемы из-за разного линейного расширения:
Линейное тепловое расширение при дельте 200К (а максимальная может быть 220оС - -30оС = 250К), участка длиной 2 м: алюминия – 9.52 мм; меди – 6.6 мм. Разница составляет – 9.52-6.6= 2.92мм.

Т. е. алюминиевый лист пытается, как бы вытянуть или сжать медную трубку почти на 3 мм. Естественно, такое не возможно, поэтому происходит общая деформация (искривление и коробление), при этом основная нагрузка ложится именно на место соединения лист-труба.

Последствия:

Изгиб двухметрового абсорбера на 60 мм. При этом сжимается задняя теплоизоляция, что увеличивает тепловые потери.


Начался отрыв ленты от трубки.


Повреждение со стороны абсорбера


…при дальнейших колебаниях температуры может проявится усталость металла и отрыв продолжится дальше, тем самым снизив тепловой контакт и производительность коллектора.

При подаче холодного теплоносителя в разогретый абсорбер возникает местная деформация Al-листа

 

Я думал вы ярый противник алюминиевых абсорберов, а оказывается совсем наоборот. В прикрепленном вами документе расписывается как все хорошо. Относительно отрыва да при первом испытании такое происходило, а после того как была отрегулирована мощность лазерной сварки проблема снялась. Кстати и по коррозии все результаты довольно сносны (вы случайно стальную проволоку не прикрепляли к образцам во время испытаний? ) Относительно деформации да существует такой момент, но это не является проблемой, лист изгибается в допустимых пределах как к стеклу так и к изоляции, но это решается при разработке конструкции коллектора. А вот то что:
"При прочих равных условиях, эффективность коллектора с медно-алюминиевым абсорбером будет падать быстрее из-за коррозии (медь и алюминий - гальваническая пара), из-за деформации и искривления (у алюминия и меди разные линейные расширения), из-за отрывов.." это все-таки ваши субъективные ощущения.
Во всяком случае испытания проведенные над такими абсорберами не выявили такую проблему и это внятно описано.
Относительно ультразвука то что он прочнее на разрыв не значит что при продольных нагрузках соединение будет таким же прочным.
По пайке медного листа и трубы, также существуют некоторые тонкости и вы их наверняка знаете. Простая мягкая пайка не подходит. А для примера при твердой пайке даже иногда трубу ведет при неравномерном нагреве, а при пайке на такой площади температура должна быть достаточно равномерной, и должна выдерживаться в течение нескольких минут. Конечно можно паять в ручную, но печь надежнее справляется с этой задачей. Плюс конечно специальные припои.

 

да нет, не противник, просто все имеет свою цену... и свои, так сказать, тактико-технические характеристики...
Вон в Советском Союзе успешно производились и эксплуатировались коллекторы со стальными штампованными абсорберами! Да, многие из них прослужили лет 10, но есть те, которые эксплуатируются до сих пор...
Потребитель должен знать, что приобретает и в чем отличия разных изделий!
Сейчас же уже многие осознали, что современная бытовая техника и автомобили стали рассчитаны явно на меньший срок службы, чем техника произведенная 10 лет назад...

Да нет, в нем расписывается, что есть проблемы (и эти все проблемы присуще исключительно данному виду абсорбера), но это изделие все же может прослужить... и не потечет...
Фактически, это исследование проводилось именно для того, чтобы пройти по нормам и доказать возможность эксплуатации 25 лет... Но, кто сказал (написал), что на 25 год эксплуатации эффективность и состояние коллектора будет тоже что и в начале или что эффективность будет такая же как у коллектора с полностью медным абсорбером? Нет! Он, просто выдержит, так скажем, дотянет... Ну, а там еще, конечно, зависит от конкретных условий эксплуатации...

у меня нет другой информации (а в данном документе говорится об обратном), буду рад, если Вы дадите ссылку на такое заключение!
(учитывая сложность и прецизионность такого соединения, при котором нужно и прочность получить и трубу не прожечь, высказываю сомнение по поводу того, что при масштабном производстве у всех абсорберов место лазерного сплавления будет удовлетворять оптимальным соотношениям)

нет, стали не было... опоры образцов и камера были из полиэтилена...
ну, а алюминий и медь и так хорошая гальваническая пара...

Рекомендую использовать не обычные вентилируемые, а герметичные медно-алюминиевые коллекторы с закачанным инертным газом, тогда проблемы коррозии нет... жаль дорогие они...

Даже в советских книгах есть графики зависимости тепловых потерь коллектора от расстояния до стекла (меньше расстояние - больше тепловые потери, но тут главное найти оптимум!), ну а про толщину и плотность теплоизоляции я вообще молчу, думаю это все понимают, что сжимать ее не стоит...

скорее всего эти моменты очень связаны, испытаний таких не проводили (просто, делали по аналогии как делали немцы), поэтому точно сказать не могу... просто, с лазерной сваркой Вы не заметите отрыва, а с ультразвуком это будет видно с лицевой стороны...

на нашем производстве пайка абсорбера идет автоматически в специальной печи, мы используем специальный немецкий припой для абсорберов солнечных коллекторов (есть еще несколько небольших производителей в Польше, которые также его используют). Конечно пайка не такая технологичная и более энергозатратная, и честно Вам скажу, если бы нам пришлось производить коллекторов в 20-30 раз больше, мы бы перешли на ультразвук (но на меди остались бы), ...у пайки есть неоспоримые преимущества, которые мы хотим, чтобы знали все!

 

Мы используем другой метод Tinox дал одобрение

 

Знаю только еще парочку, тройку...
А у Вас какой?

 

Посмотрите на фото и определите как специалист оборотную сторону не показываю

 

Мало данных для принятия решения.
Судя, по короблению листа, температурная обработка все же есть (либо основа кривая ), но, если это не пайка, ...так трудно понять (да, и разрешение у фотки не очень)... 1.5 варианта отпало...

 

Пусть останется тайной производителя.

 

Ваше право!
Главное, чтобы контакт был хороший и служило долго и счастиво!
Удачи!

 

Ни какой температурной пайки. Лист просто немного помятый- первый абсорбер неудачно отматывали..Сейчас все идеально ровные.