2.GÜNEŞ ENERJİSİ TEKNOLOJİLERİ
2.2. GÜNEŞ ENERJİLİ SİSTEMLERDE SEÇİCİ YÜZEYLER (2) 1. Seçici Yüzeyler
Yutucu kaplamanın görevi, güneş ışınımını mümkün olduğu kadar fazla yutmak ve onu ısıya çevirmektir. Seçici yüzey kaplaması olarak iki tür kaplama “ticari” olarak kullanıl-maktadır. Bunlar:
i. Alüminyumun anodik oksidasyonu ile oluşturulan poröz yüzeye nikel oksit ile yapılan renklendirme,
ii. Bakır üzerine nikel kaplanmış yüzeyin siyah krom ile renklendirilmesi’dir.
i. Alüminyumun anodik oksidasyonu ile oluşturulan poröz yüzeye nikel oksit ile yapılan renklendirme;
Siyah nikel konusundaki ilk çalışma 1955 yılında Tabor tarafından yapılmıştır. Ancak ilk siyah nikel çalışmaları alüminyum dışındaki metallere uygulanan elektroliz yöntemi olup, eloksal yöntemi ile ilgili araştırmalar, 1980’li yıllarda yapılmıştır. Bu çalışmaların güneş enerjisi sistemlerine optimizasyonu ise 1986 yılında başlamıştır. Alüminyumun anodik oksidasyonu ile oluşturulan poröz yüzeye nikel oksit ile yapılan renklendirme iki basamaktan oluşmaktadır. Birinci basamakta, fosforik asit ile poröz anodik yapı elde edilir. İkinci basamakta ise borik asit ile tamponlanmış nikel tuzu içeren banyoda renk-lendirme yapılır. Dünya’da seçici yüzeyler ile ilgili bazı ticari uygulamalar Tablo 2.2.’de özetlenmektedir.
Tablo 2.2. Bazı kolektör yapımcı firmalar
Kolektör yapımcı firma Yutucu Kaplama Türü Malzeme α (yutma) ε (yayma)
Agena SA, İsviçre Siyah Krom Paslanmaz
Saç 0,94
0,16
Schweizer Metallbau, İsviçre Siyah Krom Bakır 0,94
0,09 Tekno Term AB, İsveç Nikel pigment. Anodize. Al Alüminyum 0,93 0,16 VDM, Aluminium GmbH,
Al-manya Nikel pigment. Anodize. Al Alüminyum 0,92
0,18 Arbonia, İsviçre Nikel folyo üst. siyah Ni Alüminyum 0,94 0,09 George Bucher GmbH, Almanya Paslanmaz saçın kimyasal dönüşümü Paslanmaz
Saç 0,85
0,11 FENTEK, Türkiye Nikel pigment. Anodize. Al Alüminyum 0,93
0,16
AMCOR, İsrail Siyah Krom Bakır 0,95
0,10 Günümüzde siyah nikel kaplamanın yapılacağı malzeme olarak alüminyum tercih edil-mektedir. Çünkü alüminyum ucuz ve hafif olup, kaplama teknolojisi karışık ve zor işlemler içermemektedir. Dolayısıyla sanayi tarafından tercih edilmektedir. Pratikteki ölçüm so-nuçları bu tip bir kaplamanın, kolektör içindeki yüksek neme duyarlı olduğunu göstermiş-tir. Bu tip kaplama sadece yağmur sızdırmaz kasalı ve iyi havalandırmalı kolektörlerde kullanılabilir.
ii. Bakır üzerine nikel kaplanmış yüzeyin siyah krom ile renklendirilmesi
Krom kaplama ilk olarak 1854 yılında R.W. Bunsen tarafından sıcak CrCl3 sulu çözel-tilerinden karbon anot kullanılarak, Almanya’da gerçekleştirilmiştir. Bunu takip eden yıllarda 6 değerli krom bileşikleriyle (krom trioksit) daha iyi sonuçlar elde edilebileceği belirlenmiş, fakat endüstriyel krom kaplamacılığı ancak kromik asit banyolarına H2SO4 ilavesinin yararlarının saptanmasıyla 1920 yılından itibaren yaygınlaşmıştır. Krom kap-lamanın yapısı elektrolitin sıcaklığına, bileşimine ve katodik akım yoğunluğuna bağlı-dır.
kromun oda sıcaklığına yakın sıcaklıklarda birçok sene performans gösterdiği bilinir, ancak (300 – 350°C) yüksek sıcaklıklarda birkaç yüz saat havada bırakılan kaplama-ların güneşi yutma ve yayma değerlerinde bir miktar azalma olduğu görülmüştür. Bu azalmanın nedeni metalik kromun oksidasyonundandır. Krom siyahı, krom metali ve oksidinin karışımından ibarettir. Yapılan araştırmalarda, oksit tabakası içerisine yer-leşmiş metal parçacıkları olduğu belirlenmiş, ancak henüz metalin okside olan gerçek oranı belirlenememiştir. Siyah krom, bakır malzeme üzerine tek adımda yapılabilen bir kaplamadır. Üstelik düzlemsel kolektörlerde korozyona karşı dirençli olduğu gibi, vakum tüplü kolektörlerde yüksek sıcaklıklara dayanıklı olmaktadır. Siyah krom kap-lamaların korozyona karşı direncini arttırmak için, bakır malzeme üzerine nikel ara katman kaplanabilir. Bu tip kaplamalarda, kolektörün ömrü müddetince yutucu levhada herhangi bir belirgin bozunma görülmemiştir. Aynı durum paslanmaz saç üzerine di-rekt olarak kaplanan siyah krom kaplamalar için de geçerlidir. Parlak nikel kaplamanın kalınlığı bakır örnekler için yaklaşık 10 mikron civarındadır. Alüminyum üzerine siyah krom kaplamalar, daha çok ara film gerektirdiğinden kaplaması güç, üretimi kompleks olduğundan uygulama alanı bulamamıştır.
Yutucu levhalar üzerine siyah krom kaplamalar, sputtering yöntemiyle de yapılabilir. Al-manya, İsveç ve İsviçre’deki çeşitli araştırma grupları sputter kaplama teknolojisi üze-rine araştırmalar yapmaktadır. Halen pilot üretim yapan firmalar mevcuttur. Kaplama teknolojisi binalarda kullanılan düşük yayıcılığı olan cam kaplamasına benzerdir. Optik özellikleri elektrokimyasal yolla üretilen yutucu levha kaplamalar ile aynı düzeyde olup, üretim metodunda şu avantajlar vardır:
Daha iyi tekrarlanabilirlik, dolayısıyla elektrokimyasal yöntemlere nazaran daha iyi
• kalite devamlılığı,
Kritik atık ürünler olmaması,
• Ekolojik olarak kabul edilebilir olması,
• Üretim için daha az enerji tüketimi (Siyah kroma göre 10 defa daha az enerji
tüke-• timi),
Yüksek optik performans,
• Yeterli dayanıklılık.
•
Ancak sputter kaplamaların da dezavantajları vardır:
İleri teknolojinin getirdiği bakım masrafları,
• Tesisin kurulması için yüksek maliyet,
• 100.000 m
• 2/yıl’dan daha fazla yapılan üretimin ekonomik olması.
2.2.2. Seçici Boya uygulamaları
Bazı araştırıcılar, seçici boyanın yutucu plakalar için hem uygulama yönünden hem de çok düşük maliyeti nedeniyle en iyi çözüm olduğunu iddia etmektedirler. Yapılan dayanıklılık testleri boyanın oldukça kararlı olduğunu göstermiştir.
Seçici boya kaplamalar, güneş kolektörleri için yüksek performanslı buna karşılık düşük maliyetli kaplamalar olarak kendisini göstermiştir. Bu tür boya kaplamaları bilinen boya kaplamalarına göre daha yüksek pigment / hacım oranı içerir. Filmin kalınlığının sabit olması, gravür baskı veya roller coating teknikleri gibi yüksek teknoloji gerektiren uygula-ma teknikleri ile sağlanır. Bu konuda İngiliz INCO firuygula-ması kolektöre yapıştırılabilen yutucu kağıt kaplamaları ticari olarak piyasaya sunmuştur. Kağıt kaplamaların Marmara
Araştır-ma Merkezi Enerji Sistemleri ve Çevre AraştırAraştır-ma Enstitüsünde yapılan ölçümlerinde α = 0,94 ve ε = 0,13 olan yutma ve yayma değerleri bulunmuştur.
2.3. GÜNEŞ ENERJİSİ UYGULAMA ALANLARI ve GÜNEŞ ENERJİSİ