Recubrimiento negro absorbente solar altamente selectivo: la tecnología clave para mejorar la eficiencia de los paneles solares. Introducción.

En el campo de la utilización térmica solar, el rendimiento del revestimiento de absorción determina directamente la eficiencia de conversión de energía de todo el sistema. Como material central de la tecnología fototérmica, el revestimiento absorbente solar negro altamente selectivo logra la absorción eficiente de la radiación solar y la supresión efectiva de la radiación térmica a través de sus características ópticas únicas, y se convierte en un factor clave para mejorar el rendimiento de los colectores solares. Este revestimiento no solo tiene una apariencia negra profunda, sino que, lo que es más importante, tiene una excelente selectividad óptica, lo que lo hace desempeñar un papel irremplazable en el sistema de utilización térmica solar.

I. Principios y características técnicas

El recubrimiento negro absorbente solar altamente selectivo es un material funcional con propiedades ópticas especiales. Su principio fundamental es lograr una alta tasa de absorción en la banda de radiación solar (0,3-2,5 μm), manteniendo al mismo tiempo una baja emisividad en la banda de radiación térmica (2,5-25 μm). Esta característica de absorción selectiva se logra mediante una meticulosa selección de materiales y un diseño estructural.

Características de rendimiento óptico

La tasa de absorción (α) del recubrimiento negro de alta calidad y alta selectividad puede alcanzar entre 0,95 y 0,97, la emisividad (ε) puede ser tan baja como 0,05-0,07 y la relación de rendimiento óptico (α/ε) puede superar 15. Bajo el espectro solar estándar AM1.5, su eficiencia de conversión fototérmica supera el 90 %, lo que supone un 25-35 % superior a la de los recubrimientos convencionales. El negro intenso del recubrimiento no solo es atractivo, sino que, aún más importante, esta característica de color refleja sus excelentes propiedades de absorción óptica.

Rendimiento de estabilidad térmica

Tras 1500 horas de pruebas de envejecimiento a alta temperatura a 300 °C, la tasa de degradación del rendimiento fue inferior al 4 %. Tras 2000 horas de pruebas en un entorno húmedo y caluroso de 85 °C y una humedad relativa del 85 %, el recubrimiento no mostró desprendimiento ni decoloración, lo que demuestra una excelente adaptabilidad ambiental. La resistencia a la niebla salina alcanza las 1200 horas sin corrosión, lo que lo hace apto para diversas condiciones climáticas.

Ii. Proceso de preparación y progreso tecnológico

Tecnología de pulverización catódica por magnetrón

El proceso de preparación más avanzado actualmente es la tecnología de pulverización catódica por magnetrón. Mediante el control preciso de los parámetros de pulverización catódica en un entorno de alto vacío, se logra la deposición de películas con precisión nanométrica. Este proceso permite preparar estructuras de películas multicapa con espesor uniforme y composición precisa, garantizando la consistencia y repetibilidad del rendimiento del recubrimiento.

Tecnología de deposición electroquímica

Para algunos escenarios de aplicación, la deposición electroquímica sigue siendo un método de preparación importante. Optimizando la fórmula del electrolito y los parámetros de deposición, se pueden obtener recubrimientos de absorción selectiva con un excelente rendimiento. Este método tiene un costo relativamente bajo y es adecuado para la producción a gran escala.

método sol-gel

La tecnología emergente de preparación sol-gel se encuentra en rápido desarrollo. Este método permite preparar recubrimientos de absorción selectiva con nanoestructuras a temperaturas relativamente bajas. Es especialmente adecuado para sustratos con formas especiales, lo que ofrece nuevas posibilidades para aplicaciones de recubrimiento.

iii. Análisis de ventajas de rendimiento

Excelente eficiencia de conversión fototérmica

En comparación con los recubrimientos tradicionales, la eficiencia térmica de los recubrimientos de absorción negra altamente selectivos aumenta en más de un 20 %. En las mismas condiciones de iluminación, la temperatura del agua de salida del colector con este recubrimiento aumenta entre 8 y 12 °C, y la ganancia térmica del sistema se incrementa en más de un 25 %. Especialmente en aplicaciones de temperatura media y alta, sus ventajas de rendimiento son aún más evidentes.

Durabilidad duradera

Las pruebas de envejecimiento acelerado muestran que la vida útil del recubrimiento de absorción negro altamente selectivo puede superar los 25 años. En condiciones reales de uso, tras 10 años de pruebas de exposición al aire libre, la tasa de absorción del recubrimiento solo disminuyó un 2,8 %, la emisividad aumentó un 1,1 % y la tasa de degradación del rendimiento fue muy inferior a los requisitos estándar de la industria.

Buenos beneficios económicos

Aunque la inversión inicial es entre un 40 % y un 60 % superior a la de los recubrimientos convencionales, gracias a su mayor eficiencia y vida útil, el periodo de amortización se acorta entre 2 y 3 años. A lo largo de su ciclo de vida, puede generar más de un 30 % más de energía térmica y aumentar los beneficios económicos globales en más de un 50 %.

Iv. Campos de aplicación y análisis de casos

Aplicación de colectores de placa plana

En el campo de los colectores planos, los recubrimientos de absorción negros altamente selectivos se han convertido en una configuración estándar para productos de alta gama. Tras la adopción de este recubrimiento por una reconocida marca de colectores planos, la eficiencia instantánea aumentó al 82 %, un 18 % superior a la de los productos convencionales.

Aplicación de colectores de tubos de vacío

En los colectores de tubos de vacío, se aplica un recubrimiento de absorción negro altamente selectivo a la superficie exterior de los tubos, lo que mejora significativamente la eficiencia de captación de calor. El colector de tubos de vacío con este recubrimiento, utilizado en un proyecto, alcanzó una eficiencia del sistema del 68 %, un 20 % superior a la de los productos tradicionales.

Aplicación de construcción integrada

En los sistemas BIPV/T, se utilizan recubrimientos de absorción negros altamente selectivos para mejorar la eficiencia de la absorción de calor, a la vez que se garantizan los requisitos estéticos arquitectónicos mediante un diseño optimizado. Los datos de un proyecto de demostración muestran que el sistema que utiliza este recubrimiento tiene una eficiencia general del 75 %.

V. Guía de instalación y mantenimiento

Requisitos técnicos de instalación.

Se debe prestar especial atención a la protección de la superficie del revestimiento durante la instalación para evitar rayones y contaminación. Las herramientas de instalación deben ser de equipo específico para garantizar que el revestimiento no se dañe. El ángulo de instalación debe ajustarse con precisión para garantizar la mejor exposición a la luz solar.

Especificaciones de mantenimiento diario.

Limpie la superficie del colector regularmente. Se recomienda limpiarlo trimestralmente. Utilice materiales suaves y limpiadores neutros. Evite el uso de limpiadores ácidos o alcalinos fuertes. Compruebe el estado de la superficie del revestimiento y solucione cualquier anomalía de forma oportuna.

Método de seguimiento del rendimiento

Establezca un sistema completo de monitoreo del rendimiento y compruebe periódicamente la eficiencia del colector. La uniformidad del recubrimiento se detectó mediante una cámara termográfica infrarroja y los cambios en las propiedades ópticas se midieron con un espectrofotómetro. Cree archivos del equipo para registrar el historial de mantenimiento y los datos de rendimiento.

Vi. Tendencias del desarrollo tecnológico

Dirección de innovación de materiales.

Los investigadores están desarrollando nuevos tipos de nanocompuestos, como nanotubos de carbono, grafeno y otros nuevos materiales de carbono, así como materiales nanoestructurados de óxido metálico. Se espera que estos nuevos materiales aumenten la tasa de absorción por encima de 0,98 y reduzcan la emisividad por debajo de 0,04.

Optimización del diseño estructural

El diseño de sistemas de películas multicapa está evolucionando hacia un mayor número de capas y un control de espesor más preciso. Se logra una mejor selectividad espectral mediante el diseño de optimización óptica computacional. Se están explorando y aplicando nuevos conceptos, como la estructura del índice de refracción en gradiente y la estructura cristalina fotónica.

Innovación en el proceso de preparación.

Nuevos procesos, como la tecnología de preparación a baja temperatura y la tecnología de producción continua rollo a rollo, se están desarrollando rápidamente. Estos procesos pueden reducir los costos de producción, mejorar la eficiencia y, al mismo tiempo, minimizar el impacto ambiental.

Vii. Normas de calidad y métodos de prueba

Sistema de estándares internacionales

Las pruebas de rendimiento y la evaluación de recubrimientos negros de absorción solar altamente selectivos han conformado un sistema completo de normas internacionales. Este sistema incluye principalmente las normas ISO 22975 y EN 12975, entre otras.

Método de prueba de rendimiento

Las pruebas de tasa de absorción suelen emplear un espectrofotómetro con esfera integradora, mientras que las pruebas de emisividad emplean un espectrómetro infrarrojo por transformada de Fourier. Las pruebas de durabilidad incluyen pruebas de envejecimiento acelerado, como las de alta temperatura, las de calor húmedo y las de niebla salina.

Sistema de certificación de calidad

La certificación Solar Keymark es una certificación de calidad reconocida mundialmente para productos solares. Los productos que la han superado demuestran que su rendimiento y calidad han alcanzado un nivel avanzado internacional.

Viii. Perspectivas y oportunidades del mercado

Intensidad del apoyo a las políticas

Gobiernos de todo el mundo promueven vigorosamente el uso de energías renovables. El uso de energía solar térmica se ha incorporado a las normas obligatorias para la conservación energética de los edificios. Se deben ofrecer incentivos fiscales y políticas de subsidios.

Análisis de la demanda del mercado

Existe una fuerte demanda de renovaciones que ahorren energía en el sector industrial. Se promueven estándares de construcción sostenible en el sector de la construcción. Existe un gran potencial para la sustitución de energías limpias en las zonas rurales.

Conclusión

Los recubrimientos negros de absorción solar de alta selectividad, como material fundamental de la tecnología de aprovechamiento solar térmico, impulsan a toda la industria hacia una alta eficiencia y una eficacia a largo plazo. Su excelente rendimiento y sus considerables beneficios económicos los convierten en la tecnología preferida para la actualización y sustitución de colectores solares. Gracias al continuo avance de la tecnología de materiales y la optimización constante de los procesos de preparación, este recubrimiento desempeñará un papel fundamental en una amplia gama de campos. 

Sugerimos a inversores y usuarios que presten especial atención a los parámetros de rendimiento y a la certificación de calidad del recubrimiento al elegir un sistema de captación solar térmica, y que seleccionen colectores de alta eficiencia con recubrimientos de absorción negra altamente selectivos para garantizar la mejor rentabilidad de la inversión y una experiencia de usuario óptima. Para obtener más detalles técnicos o información sobre el producto, no dude en contactar con nuestro equipo técnico profesional.