태양열 흡수 패널 코어: 평판형 집열기의 효율적인 "심장"

평판형 태양열 집열기 내부에는 전체 시스템의 성능을 결정하는 핵심 부품인 흡수판이 있습니다. 일반적으로 짙은 파란색인 이 금속판은 태양열 변환의 "심장"입니다. 흡수판의 성능은 집열기의 효율, 수명 및 신뢰성을 직접적으로 결정합니다. 본 논문에서는 구조 설계, 재료 기술, 성능 지수, 그리고 시스템 효율에 미치는 주요 영향을 심층적으로 분석합니다.

I. 기능 및 상태: 코어 보드가 왜 중요한가요?

흡수 보드 핵심은 세 가지 핵심 임무를 수행합니다. 

1. 태양 에너지 포착 극대화: 특수 표면 코팅을 통해 태양 복사 에너지를 흡수합니다. 

2. 열에너지의 효율적인 변환: 빛에너지를 열에너지로 변환하여 열전달 매체로 전달

3. 열손실 최소화 : 구조 설계 및 재료 선택을 통해 열손실을 줄입니다.

코어 보드의 성능은 수집기의 순간 효율 곡선과 총 열을 직접 결정하며, 시스템 투자 수익에 영향을 미치는 핵심 요소입니다.

 

Ii. 핵심 구조 및 작동 원리

현대의 고효율 흡수체 코어는 일반적으로 적층 복합 구조를 채택합니다.

1. 열흡수 필름층(상층) 

선택적 흡수 코팅 제조에 대한 마그네트론 스퍼터링 기술

흡수율 α > 0.95, 방사율 ε < 0.05 

내후성이 강하고 200℃ 이상의 온도에도 견딜 수 있습니다. 

2. 유동채널 시스템(중간층) 

구리관/구리 스트립 또는 알루미늄관/알루미늄 스트립의 레이저 용접으로 형성됩니다. 

유동 채널 설계는 열전달 효율과 유동 저항을 최적화합니다. 

열역학적 계산을 통해 파이프 간격과 직경이 최적화되었습니다. 

3. 기재재료(하층) 

일반적으로 사용되는 것은 1060 또는 3003 알루미늄 합금 플레이트입니다. 

두께는 보통 0.3~0.5mm 정도입니다. 

열전도성과 내식성이 우수합니다. 

작업 과정: 햇빛 → 선택적 흡수 코팅 → 열에너지 → 기질 → 흐름 채널 → 열 전달 매체

 

iii. 주요 기술 매개변수 및 성과 지표

1. 광학 성능 

흡수율: > 0.95 (AM1.5 표준 스펙트럼) 

방사율: < 0.05 (80℃에서) 

2. 열 성능 

열전달 효율: > 0.78 (임계 온도 조건에서) 

열 손실 계수: < 3.5W/m²K 

3. 기계적 성질 

내압성 용량: ≥1.0MPa 

접합 강도: ≥30N/cm² 

피로 저항 사이클: > 5000 열 사이클

 

4. 주류 기술 유형 비교

1. 튜브시트 구조(주류) 

구리관-구리판 구조: 초음파 용접 또는 레이저 용접

동관-알루미늄판 구조 : 열간압연 복합재 또는 폭발성 복합재 공정 활용 

알루미늄 튜브-알루미늄 판 구조: 전체 알루미늄 용접으로 비교적 저렴한 비용 

2. 사문석 관 구조 

단일 금속 파이프의 굽힘 및 성형 

유동저항은 작지만 효율은 약간 낮습니다. 

3. 엠보싱 패널 구조 

러너는 금형을 통해 금속판에 압착됩니다. 

가격이 저렴하지만 내압성이 좋지 않습니다. 

4. 성능 비교표 

유형, 열 효율, 압력 지지 용량, 비용, 적용 시나리오

동관-동판 높이(0.78-0.82) 높이(1.0MPa) 고급엔지니어링

동관-알루미늄판 중높이(0.75~0.78) 중높이(0.8MPa) 일반 엔지니어링

전알루미늄 구조 중(0.70~0.75) 중(0.6MPa) 저가구 시스템

V. 제조 공정 및 품질 관리

1. 용접 공정 

레이저 용접: 고정밀, 열영향부 작음 

초음파 용접: 침투 깊이 없음, 변형 없음 

열간 압연 적층: 높은 접합 강도 

2. 코팅 공정 

마그네트론 스퍼터링: 성능은 최고지만 비용이 많이 든다 

아노다이징 처리: 우수한 내후성, 중간 효율 

전기 도금 처리: 점진적으로 단계적으로 폐지됨 

3. 품질 검사 

헬륨 질량 분석 누출 감지: 용접 밀봉 보장 

열 성능 테스트: 측정된 효율 곡선 

내구성 테스트: 습기 열 및 소금 분무 테스트 

Vi. 적용 시나리오 및 선택 가이드

1. 가정용 온수 시스템 

추천 : 구리관-알루미늄판 구조 

면적: 2~4제곱미터 

3~5인 가족에 적용 가능 

2. 엔지니어링 온수 시스템 

추천 : 구리관-구리판 구조 

면적: 20~200제곱미터 

적용 가능 분야: 호텔, 학교, 공장 

3. 난방 시스템 

추천 : 고효율 구리관 - 구리판 구조 

요구 사항: 저온 작업 조건에서 높은 효율성 

4. 산업용 열 활용 

추천 : 특수 스테인리스 구조 

요구 사항: 고온 내성 및 내식성

 

Vii. 유지관리 및 수명주기

1. 정상적인 유지 관리 요구 사항 

매년 시스템의 pH 값을 확인하세요 

2~3년마다 부동액 농도를 점검하세요 

5년마다 시스템 압력 테스트를 실시합니다. 

2. 기대 수명 

고품질 구리관 - 구리판 구조 : 20년 이상 

구리관-알루미늄판 구조 : 15~20년 

전체 알루미늄 구조: 10~15년

 

Viii. 기술 개발 동향

1. 소재 혁신 

나노코팅 소재 : 선택적 흡수율 향상 

복합 기판 소재: 열전도 향상 및 무게 감소 

2. 구조적 최적화 

마이크로채널 설계: 열전달 효율 향상 

3D 채널 설계: 흐름 분포 최적화 

3. 지능형 제조 

자동 용접 생산 라인 

머신비전 품질 검사 

결론

평판형 태양열 집열기의 핵심 부품인 흡수판 코어의 기술 수준과 제조 품질은 전체 시스템의 성능을 직접적으로 결정합니다. 재료 과학 및 제조 기술의 발전에 따라 최신 흡수판 코어는 더 높은 효율, 더 긴 수명, 그리고 더 낮은 비용으로 진화하고 있습니다. 

평판형 집열기를 선택할 때, 그 "심장"인 흡수판 코어의 기술적 세부 사항과 공정 단계에 대한 철저한 이해가 시스템의 장기적이고 효율적인 운영을 보장하는 핵심입니다. 고품질의 효율적인 흡수판 코어에 투자하면 열 획득량이 증가하고 투자 수익률이 높아질 뿐만 아니라 수십 년간 안정적인 서비스를 보장받을 수 있습니다. 

탄소 중립 목표의 진전과 에너지 전환의 가속화에 따라, 효율적이고 신뢰할 수 있는 흡수 보드 핵심 기술은 태양열 활용 분야에서 계속해서 중요한 역할을 할 것이며, 건물 에너지 절약과 산업용 열 대체를 위한 핵심 기술 지원을 제공할 것입니다.