Núcleo del panel absorbente solar: el "corazón" eficiente de los colectores de placa plana

En el interior del colector solar de panel plano se encuentra un componente fundamental que determina el rendimiento de todo el sistema: la placa absorbente. Esta placa metálica, generalmente de color azul intenso, es el núcleo de la conversión solar térmica. Su rendimiento determina directamente la eficiencia, la vida útil y la fiabilidad del colector. Este artículo analizará en profundidad el diseño estructural, la tecnología de materiales, el índice de rendimiento y su impacto clave en la eficiencia del sistema.

I. Función y estatus: ¿Por qué es tan importante el Consejo Central?

El núcleo de la placa de absorción asume tres misiones principales: 

1. Maximizar la captura de energía solar: Absorber la energía de la radiación solar a través de un recubrimiento superficial especial 

2. Conversión eficiente de energía térmica: la energía luminosa se convierte en energía térmica y se transfiere al medio de transferencia de calor.

3. Minimizar la pérdida de calor: reducir la pérdida de calor mediante el diseño estructural y la selección de materiales.

El rendimiento de la placa central determina directamente la curva de eficiencia instantánea y el calor total del colector, y es un factor clave que afecta el retorno de la inversión del sistema.

 

Ii. Estructura básica y principio de funcionamiento

Los núcleos absorbentes modernos de alta eficiencia generalmente adoptan una estructura compuesta laminada:

1. Capa de película absorbente de calor (capa superior) 

Tecnología de pulverización catódica con magnetrón para la preparación de recubrimientos absorbentes selectivos

Tasa de absorción α > 0,95, emisividad ε < 0,05 

Tiene una fuerte resistencia a la intemperie y puede soportar temperaturas superiores a 200 ℃. 

2. Sistema de canales de flujo (capa intermedia) 

Se forma mediante soldadura láser de tubos de cobre/tiras de cobre o tubos de aluminio/tiras de aluminio. 

El diseño del canal de flujo optimiza la eficiencia de transferencia de calor y la resistencia al flujo. 

El espaciamiento y el diámetro de las tuberías se han optimizado mediante cálculos termodinámicos. 

3. Material del sustrato (capa inferior) 

Las placas de aleación de aluminio más utilizadas son las de tipo 1060 o 3003. 

El espesor suele ser de 0,3 a 0,5 mm. 

Tiene buena conductividad térmica y resistencia a la corrosión. 

Proceso de trabajo: Luz solar → Recubrimiento de absorción selectiva → Energía térmica → Sustrato → Canal de flujo → Medio de transferencia de calor

 

iii. Parámetros técnicos clave e indicadores de rendimiento

1. Rendimiento óptico 

Tasa de absorción: > 0,95 (espectro estándar AM1.5) 

Emisividad: < 0,05 (a 80℃) 

2. Rendimiento térmico 

Eficiencia de transferencia de calor: > 0,78 (en condiciones de temperatura críticas) 

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

3. Propiedades mecánicas 

Capacidad de resistencia a la presión: ≥1,0 ​​MPa 

Fuerza de unión: ≥30 N/cm² 

Ciclo de resistencia a la fatiga: > 5000 ciclos térmicos

 

Iv. Comparación de los tipos de tecnología dominante

1. Estructura de la placa tubular (corriente principal) 

Estructura de tubo de cobre-placa de cobre: ​​soldadura ultrasónica o soldadura láser

Estructura de placa de aluminio y tubo de cobre: ​​utilizando procesos compuestos laminados en caliente o compuestos explosivos 

Estructura de tubo de aluminio - placa de aluminio: Totalmente soldada con aluminio, con un costo relativamente bajo 

2. Estructura de tubo serpentino 

Doblado y conformado de un solo tubo metálico 

La resistencia al flujo es pequeña, pero la eficiencia es ligeramente menor. 

3. Estructura del panel en relieve 

El corredor se presiona sobre la placa de metal a través de un molde. 

Tiene un bajo costo pero poca resistencia a la presión. 

4. Tabla de comparación de rendimiento 

Tipo, eficiencia térmica, capacidad de soportar presión, costo, escenarios aplicables

Tubo de cobre - placa de cobre altura (0,78-0,82) altura (1,0 MPa) ingeniería de alta gama

Tubo de cobre - placa de aluminio de altura media (0,75-0,78) de altura media (0,8 MPa) ingeniería general

Estructura totalmente de aluminio, sistema doméstico de baja potencia (0,70-0,75), de potencia media (0,6 MPa).

V. Proceso de fabricación y control de calidad

1. Proceso de soldadura 

Soldadura láser: alta precisión, pequeña zona afectada por el calor 

Soldadura ultrasónica: Sin profundidad de penetración, sin deformación. 

Laminación en caliente: alta resistencia de unión 

2. Proceso de recubrimiento 

Pulverización catódica con magnetrón: el mejor rendimiento, pero un coste elevado 

Anodizado: Buena resistencia a la intemperie, eficiencia media. 

Tratamiento de galvanoplastia: se está eliminando gradualmente 

3. Inspección de calidad 

Detección de fugas mediante espectrometría de masas de helio: garantizar el sellado de la soldadura 

Prueba de rendimiento térmico: curva de eficiencia medida 

Pruebas de durabilidad: pruebas de calor húmedo y niebla salina 

Vi. Escenarios de aplicación y guía de selección

1. Sistema de agua caliente sanitaria 

Recomendación: Estructura de placa de aluminio y tubo de cobre 

Superficie: 2-4 metros cuadrados 

Aplicable a familias de 3 a 5 personas 

2. Ingeniería de sistemas de agua caliente 

Recomendación: Estructura de tubo de cobre - placa de cobre 

Superficie: 20-200 metros cuadrados 

Aplicable: Hoteles, escuelas, fábricas. 

3. Sistema de calefacción 

Recomendación: Tubo de cobre de alta eficiencia - estructura de placa de cobre 

Requisito: Alta eficiencia en condiciones de trabajo a baja temperatura. 

4. Aprovechamiento del calor industrial 

Recomendación: Estructura especial de acero inoxidable. 

Requisitos: Resistente a altas temperaturas y a la corrosión.

 

Vii. Mantenimiento y ciclo de vida

1. Requisitos normales de mantenimiento 

Compruebe el valor de pH del sistema cada año. 

Compruebe la concentración de anticongelante cada 2 o 3 años. 

Realizar pruebas de presión del sistema cada cinco años 

2. Esperanza de vida 

Tubo de cobre de alta calidad - estructura de placa de cobre: ​​más de 20 años 

Estructura de placa de aluminio y tubo de cobre: ​​15-20 años 

Estructura totalmente de aluminio: 10-15 años

 

Viii. Tendencias del desarrollo tecnológico

1. Innovación material 

Materiales de nano-recubrimiento: mejoran la tasa de absorción selectiva 

Material de sustrato compuesto: mejora la conducción del calor y reduce el peso. 

2. Optimización estructural 

Diseño de microcanales: mejora la eficiencia de la transferencia de calor 

Diseño de canales 3D: Optimización de la distribución del flujo 

3. Fabricación inteligente 

Línea de producción de soldadura automatizada 

Inspección de calidad por visión artificial. 

Conclusión

Como componente principal de los colectores solares de placa plana, el nivel técnico y la calidad de fabricación del núcleo de placa de absorción determinan directamente el rendimiento de todo el sistema. Con el avance de la ciencia de los materiales y la tecnología de fabricación, los núcleos de placa de absorción modernos están evolucionando hacia una mayor eficiencia, una mayor vida útil y un menor costo. 

Al elegir un colector plano, comprender a fondo los detalles técnicos y el nivel de proceso de su núcleo (el núcleo de placas de absorción) es clave para garantizar el funcionamiento eficiente del sistema a largo plazo. Invertir en núcleos de placas de absorción de alta calidad y eficientes no solo implica una mayor ganancia térmica y una recuperación de la inversión más rápida, sino que también garantiza un servicio fiable durante décadas. 

Con el avance del objetivo de neutralidad de carbono y la aceleración de la transición energética, la tecnología de núcleo de placa de absorción confiable y eficiente seguirá desempeñando un papel crucial en el campo de la utilización de energía solar térmica, brindando soporte técnico fundamental para la conservación de energía de los edificios y la sustitución térmica industrial.