Stærkere sort solbelægning, der bevarer originale farve og absorberende egenskaber

(Phys.org) – Solvarmepaneler udviklet hos EPFL er klædt op i unikke og patenterede nye materialer. Forskere skabte en stærkere sort belægning, der bevarer sin oprindelige farve og dermed dens absorberende egenskaber meget længere end traditionelle paneler.

Som de fleste elementer i en bygning, levetiden for et solvarmepanel er mellem 25 og 30 år. For at bremse aldringsprocessen og bevare deres ydeevne, et team af forskere fra EPFL har, i hurtig rækkefølge, forbedret den sorte belægning, der bruges til termiske sensorer, og udviklet en original og patenteret metode til afsætning af belægningen.

Farven sort er nøgleelementet i termiske paneler, fordi den kan absorbere op til 90 % af den energi, den modtager. Imidlertid, over tid, virkningerne af lys og varme forringer det sorte, og panelet bliver mindre effektivt. Ingeniører har udviklet en innovativ proces, der afsætter tynde lag af 3 forskellige materialer, der er mere modstandsdygtige, mere selektiv og mindre giftig end den hidtil anvendte chrom. Som sådan giver dette nye materiale høj holdbarhed i fri luft ved temperaturer på 300°C til 400°C, dermed undgå brugen af ​​glas vakuumrør, som er dyre.

En ny sort belægning

Martin Joly, fra Laboratoriet for Solenergi og Bygningsfysik, forsket i en ny proces til konvertering af solvarmeenergi. Han udviklede en nanokrystallinsk belægning, som viser enestående modstandsdygtighed over for høje temperaturer. Det opgiver det sorte krom, der blev brugt til paneler, der i øjeblikket er på markedet, til fordel for en flerlagskomposit af kobolt - for dets korrosionsbestandighed, mangan – til sort, og kobber - for dets varmeledningsevne.

"Vi ønskede at udvikle selektive lag, der absorberer lys godt, og som er mindre giftige end krom. Det er derfor, vi fulgte sporet af disse materialer." Lag aflejret ved en kemisk proces har en exceptionel varmebestandighed, som aldrig blev opnået med traditionelle krombelægninger. Faktisk, de kan modstå temperaturer på 360 grader Celcius uden at forringes ved kontakt med luft.

For en flad sensor, den faktiske gennemsnitstemperatur er omkring 80°C, og om sommeren kan temperaturen nå 200° C. Udsættes jævnligt for luft og fugt, sensoren skal holde i 25 år på en bygning, hvilket ikke er så nemt.

"Holdbarheden af ​​vores materialer ved temperaturer over 360°C kunne også være af interesse for termiske kraftværker, siger Andreas Schüler, hvem leder forskergruppen.

Fra nanopartikler til fuldskala prototyper

For at støbe de 3 forskellige elementer i tynde og homogene lag, forskerne tøvede ikke med at arbejde i fuld skala:"Når de forskede i nanopartikler, du bruger normalt prøver. For os, vi satte udfordringen med at belægge 2 meter lange rustfri stålrør, " forklarer forskeren. For at opnå dette, forskerne skulle bygge passende maskiner til deres projekt.

Materialer aflejres ved successiv dypning, og hvert lag opvarmes ved induktion, som fordamper kulstoffet og fikserer elementerne. "Vi startede med at købe simple modstande og prøvede derefter induktion og opnåede resultater, der langt oversteg vores forventninger, " siger forskeren.

Denne metode har den fordel, at den er hurtig, med imponerende energieffektivitet og en forbedret kvalitet i resultaterne. Og lagene er perfekt aflejret og homogene. Hvad mere er, der er indgivet patent på denne nye metode. Arbejdet udført af Martin Joly har resulteret i to publikationer. En ind Solenergi , på de sorte kromfrie komponenter og deres optiske egenskaber, vandt prisen for bedste papir fra 2012-2013.