BRPI0717002A2 - Método para a produção de uma chapa absorvedora para coletores solares - Google Patents
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Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO PARA A PRODUÇÃO DE UMA CHAPA ABSORVEDORA PARA COLETORES SOLARES".
A invenção se refere a um método para a produção de uma chapa absorvedora para coletores solares formada a partir de uma tira de metal, em particular, de alumínio ou uma liga de alumínio. Além disso, a invenção se refere a uma chapa absorvedora para coletores solares bem como a um uso vantajoso da chapa absorvedora.
Coletores solares são dispositivos para recuperar calor da radiação solar. Um coletor solar aprisiona e absorve a energia contida na Iuz solar, por meio do que, em contraste aos sistemas fotovoltaicos, quase todo o espectro de radiação da Iuz solar é usado com alta eficiência. O componente mais importante do painel é o absorvedor, que transforma a energia da Iuz do sol em calor e este é conduzido para um meio transportador de calor que flui através do mesmo. O absorvedor é geralmente realizado por meio de uma chapa absorvedora, que é projetada para capturar radiação solar direta e difusa bem como converter esta em calor. Frequentemente, a chapa absorvedora, que consiste de uma liga de cobre ou liga de alumínio, tem que assegurar também que o calor absorvido não escape novamente na forma de emissão de calor. A fim de minimizar as perdas de energia através da emissão de calor radiante pela chapa absorvedora, esta dispõe de um revestimento altamente seletivo assim chamado. Tipicamente, os valores de absorção para Iuz solar do revestimento altamente seletivo perfazem cerca de 94% e os valores de emissão menos de 6%. Os revestimentos altamente seletivos consistem de camadas extremamente finas que são geralmente produzidas por um processo de "deposição física de vapor" (PVD) ou um processo de "deposição química de vapor" (CVD). No processo PVD, uma tira é alimentada, através de sistemas de câmara hermeticamente vedada, em uma máquina de revestimento a vácuo e aí ela passa por diversos cátodos, conectados um atrás do outro, nos quais o material de revestimento é montado como alvo. As partículas são direcionadas para fora do alvo, que consiste de material de revestimento, pelos íons de argônio acelerados e são assentadas na superfície da tira metálica, formando uma ligação permanente com a mesma. Subsequentemente, a tira é bloqueada a partir do vácuo e enrolada. Embora pequenas espessuras possam ser obtidas com o processo da técnica anterior, o desembolso de capital para as instalações 5 PVD ou CVD é muito alto. Isto é refletido no custo da chapa absorvedora.
Com base nisto, o objetivo da presente invenção é o de prover um método para a produção de uma chapa absorvedora para coletores solares, onde uma chapa absorvedora com um revestimento altamente seletivo pode ser economicamente produzida. Outro objetivo da presente invenção é 10 o de propor uma chapa absorvedora que pode ser produzida de modo econômico.
De acordo com um primeiro ensinamento da presente invenção, é atingido o objetivo indicado acima, com referência ao método, no qual a tira é pintada, com o uso de um processo de aplicação de revestimento dire15 tamente na bobina, com um revestimento altamente seletivo, que apresenta boas propriedades absorvedoras para a Iuz solar e assegura pouca emissão de calor.
Foi verificado que, com o uso do processo de aplicação de revestimento diretamente na bobina, revestimentos muito finos podem ser uniformemente aplicados em uma tira, de modo que um revestimento altamente seletivo, apresentando camadas correspondentemente finas, possa ser aplicado em uma tira para a produção de chapas absorvedoras. Em contraste aos métodos até agora usados, nenhum desembolso de capital elevado se faz necessário para o método de acordo com a invenção, uma vez que sistemas de câmara hermeticamente vedada, em particular, para entrar e deixar um vácuo não são necessários para revestir a tira. A tira pode ser então enrolada, por exemplo, primeiro em uma bobina e cortada no comprimento posteriormente. Entretanto, também é concebível cortar a tira no comprimento diretamente depois da aplicação de revestimento diretamente na bobina. De acordo com uma primeira concretização vantajosa do método
de acordo com a invenção, o revestimento é aplicado usando pelo menos um aparelho de revestir a rolete. A espessura do revestimento pode ser ajustada muito exatamente por meio da gravura nos aparelhos de revestir a rolete e, por exemplo, por meio de sua relativa velocidade com relação à tira. Além disso, outros métodos de pintar a tira são também concebíveis, por exemplo, revestimento de pó ou borrifo da superfície da tira.
5 Preferivelmente, uma pluralidade de camadas funcionais é apli
cada no processo de aplicação de revestimento diretamente na bobina, de modo que as características do revestimento altamente seletivo possam ser adaptadas pela seleção de diferentes camadas funcionais.
As espessuras das camadas funcionais individuais estão entre 0,0005 e 0,02 mm.
De acordo com outra concretização adicional do método de acordo com a invenção para a produção de uma chapa absorvedora, uma camada promotora de adesão ou camada de base é aplicada na superfície da tira, que é preferivelmente revestida em um pré-tratamento. As proprie15 dades de adesão da superfície da tira são substancialmente aperfeiçoadas para camadas funcionais subsequentes por meio da camada promotora de adesão ou da camada de base, respectivamente. A camada promotora de adesão, mas também a camada de base são preferivelmente revestidas em um pré-tratamento, de modo que a aplicação do revestimento altamente se20 letivo não seja perturbada pela aplicação da camada promotora de adesão ou camada de base. Além disso, as propriedades de adesão aperfeiçoadas da superfície da tira poderão ser exploradas quando as outras camadas forem aplicadas. Também, a camada promotora de adesão, já neste estágio, pode ser interpretada como uma camada funcional (altamente seletiva).
Se as camadas aplicadas contiverem partículas funcionais, em
particular, nanopartículas, partículas de metal, partículas de óxido metálico e/ou pigmentos, diferentes funções poderão ser implementadas pelas camadas individuais aplicadas. Por exemplo, desta forma, características antirefletivas ou propriedades absortivas de uma camada poderão ser determinadas pela seleção das partículas funcionais.
Espessuras particularmente pequenas poderão ser obtidas se uma ou mais camadas forem aplicadas em uma base de sol-gel. Se um revestimento em uma base de sol-gel for usado, primeiro, é aplicado um sol líquido-filme, que, depois de um tempo de secagem curto, se transforma em um filme-gel sólido. Os componentes orgânicos do polímero orgânico-metal são então removidos por tratamento térmico adicional, de modo que, por 5 exemplo, um filme óxido metálico permaneça sobre a superfície. Por exemplo, este pode ser usado para a produção de uma camada absorvente por meio da deposição de partículas de dióxido de titânio na superfície de tira ou para a aplicação de um revestimento anti-reflexivo por meio da deposição de um filme de dióxido de silício na tira. As espessuras de camada obtidas po10 dem, neste caso, ser pequenas. Ao mesmo tempo, a funcionalidade de partículas pode ser apenas produzida pelo processo de secagem.
Finalmente, vantagens adicionais resultam devido ao revestimento aplicado apresentando pelo menos características flexíveis parciais. Neste caso, é também possível, depois do revestimento, prover a chapa absorvedora com relevos, a fim de aumentar a superfície absorvente sem que sejam desenvolvidos rasgos no revestimento.
De acordo com um segundo ensinamento da presente invenção, o objetivo indicado acima pode ser atingido através de uma chapa absorvedora devido ao fato de a chapa absorvedora apresentar um revestimento altamente seletivo, com o uso do processo de aplicação de revestimento diretamente na bobina, para aperfeiçoamento das propriedades absortivas.
Conforme já mencionado acima, o revestimento, aplicado com o uso do processo de aplicação de revestimento diretamente na bobina, pode ser produzido substancialmente de modo mais econômico do que no caso 25 dos processos PVD ou CVD anteriormente necessários, uma vez que o desembolso de capital para a tecnologia de vácuo de custo intenso é dispensado e velocidades de revestimento consideravelmente mais altas podem ser alcançadas.
Uma vantagem adicional de custo e peso pode ser obtida com a chapa absorvedora de acordo com a invenção, de acordo com outra concretização adicional, devido ao fato de a chapa absorvedora ser compreendida de alumínio ou uma liga de alumínio. O alumínio apresenta um peso substancialmente mais leve com relação ao cobre com características de condutividade de calor similares. Além disso, o alumínio é substancialmente mais econômico como material do que o cobre.
Uma chapa absorvedora, aperfeiçoada quanto a suas propriedades absortivas, pode também ser disponibilizada devido ao revestimento altamente seletivo que consiste de várias camadas funcionais, por meio do que os custos funcionais apresentam pelo menos partículas parcialmente funcionais, em particular, nanopartículas, partículas de metal, partículas de óxido metálico e/ou pigmentos. Como resultado, é possível otimizar as camadas individuais com uma vista para sua função por meio da seleção das partículas funcionais. Por exemplo, uma camada funcional pode ter a característica de absorver radiação solar de ondas curtas e ao mesmo tempo ser transparente para calor radiante de ondas longas. Como resultado, é obtida a condução da radiação solar de ondas curtas convertida em calor radiante de ondas longas, de modo que a chapa absorvedora seja consequentemente aquecida. Ao mesmo tempo, as camadas externas podem ser refletivas para calor radiante, de modo que a camada absorvente emita dificilmente qualquer calor radiante para o lado de fora. Funções adicionais são também a proteção de superfície contra corrosão, por exemplo, através da resistência à umidade e à temperatura, ou propriedades promotoras de adesão, que substancialmente aperfeiçoam o revestimento do substrato metálico.
As espessuras das ditas camadas funcionais na chapa absorvedora estão preferivelmente entre 0,0005 e 0,02 mm.
Conforme já mencionado antes, uma chapa absorvedora com propriedades de adesão aperfeiçoadas para camadas funcionais pode ser disponibilizada devido a uma camada promotora de adesão ou uma camada de base que é provida.
Particularmente, pequenas espessuras podem ser disponibilizadas com outra concretização da chapa absorvedora de acordo com a invenção devido pelo menos a uma camada funcional em uma base de sol-gel que é provida.
As propriedades absortivas de calor da chapa absorvedora da invenção poderão ser também adicionalmente aperfeiçoadas, se a chapa absorvedora for provida com relevos antes ou depois do revestimento. A superfície da chapa disponível para absorção é aumentada pelos relevos.
Finalmente, o objetivo indicado acima é alcançado pelo uso da 5 chapa absorvedora, de acordo com a invenção para coletores solares, em particular, para coletores de chapa plana. A chapa absorvedora economicamente produzida, conforme já explicado, pode contribuir para uma redução substancial nos custos dos coletores solares ou, respectivamente, dos painéis solares enquanto mantém a mesma eficiência.
Atualmente, há inúmeras possibilidades de desenvolver e confi
gurar o método de acordo com a invenção para a produção de uma chapa absorvedora para coletores solares bem como da chapa absorvedora de acordo com a invenção e seu uso. Para esta finalidade, é feita referência, por um lado, às reivindicações da patente subordinadas às reivindicações da 15 patente 1 e 9, e, por outro lado, à descrição de uma concretização exemplificativa em conjunção com o desenho.
O único desenho mostra uma vista em seção esquemática da superfície de uma concretização exemplificativa de uma chapa absorvedora de acordo com a invenção.
A Figura 1 mostra a superfície da chapa absorvedora 1, que a
presenta um revestimento compreendido no total de três camadas funcionais
2, 3, 4. A camada funcional 2, neste caso, é construída como uma camada promotora de adesão ou camada de base e preferivelmente já aplicada à superfície da tira em um pré-tratamento. A camada funcional 3, no caso da 25 concretização exemplificativa ilustrada na Figura 1 da chapa absorvedora de acordo com a invenção, consiste de uma camada absorvente em uma base de sol-gel, que apresenta nanopartículas, por exemplo, partículas de nitrito de titânio ou dióxido de titânio. A camada absorvedora 3 é preferivelmente transparente para calor radiante de ondas longas e, por isso, permite que a 30 energia do calor seja conduzida para a superfície da chapa absorvedora 1 por meio da conversão da radiação solar de ondas curtas em radiação solar de ondas longas. A camada anti-refletiva 4 com uma base de sol-gel, igualmente aplicada por meio de um processo de aplicação de revestimento diretamente na bobina, permite que o coeficiente refletivo da chapa absorvedora revestida seja muito baixo, uma vez que o índice é ajustado pelo revestimento anti-refletivo. Como resultado, a absorção da Iuz solar é igualmente au5 mentada. Todas estas camadas funcionais 2, 3, 4 são aplicadas de acordo com a invenção por meio de um processo de aplicação de revestimento diretamente na bobina, onde aparelhos de revestir a rolete são preferivelmente usados. As camadas de sol-gel podem ser aplicadas de maneira simples por estes aparelhos de revestir a rolete. Contudo, diferentes métodos de aplica10 ção no processo de aplicação de revestimento diretamente na bobina são também concebíveis, por exemplo, o uso de equipamento de borrifo ou revestimento de pó.
Claims (14)
1. Método para a produção de uma chapa absorvedora para coletores solares a partir de uma tira feita de metal, em particular, de alumínio ou uma liga de alumínio, onde a tira, com o uso de um processo de aplicação de revestimento diretamente na bobina, é pintada com um revestimento altamente seletivo, que apresenta propriedades absortivas muito boas para a Iuz solar e assegura muito pouca emissão de calor, caracterizado pelo fato de o revestimento altamente seletivo ser aplicado com o uso de pelo menos um aparelho de revestir a rolete e de uma pluralidade de camadas funcionais ser aplicada com o uso de aparelhos de revestir a rolete.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de as espessuras das camadas funcionais individuais estarem entre 0,0005 e 0,02 mm.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de ser aplicada uma camada promotora de adesão ou uma camada de base, que é preferivelmente revestida em um pré-tratamento.
4. Método, de acordo com qualquer das reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo fáto de as camadas aplicadas conterem partículas funcionais, em particular, nanopartículas, partículas de metal, partículas de óxido metálico e/ou pigmentos.
5. Método, de acordo com qualquer das reivindicações de 1 a 4, caracterizado pelo fato de ser aplicada uma camada ou diversas camadas em uma base de sol-gel.
6. Método, de acordo com qualquer das reivindicações de 1 a 5, caracterizado pelo fato de o revestimento aplicado apresentar pelo menos características flexíveis parciais.
7. Chapa absorvedora de um coletor solar, em particular, formada a partir de uma tira metálica, com o uso de um método de acordo com as reivindicações de 1 a 6, onde a placa absorvedora apresenta um revestimento altamente seletivo para aperfeiçoamento das propriedades absortivas, aplicado com o uso do processo de aplicação de revestimento diretamente na bobina, caracterizada pelo fato de o revestimento altamente seletivo consistir de várias camadas funcionais, que foram aplicadas por pelo menos um aparelho de revestir a rolete.
8. Chapa absorvedora, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de ser compreendida de alumínio ou uma liga de alumínio.
9. Chapa absorvedora, de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizada pelo fato de as camadas funcionais apresentarem pelo menos partículas funcionais parciais, em particular, nanopartículas, partículas de metal, partículas de óxido metálico e/ou pigmentos.
10. Chapa absorvedora, de acordo com qualquer das reivindicações de 7 a 9, caracterizada pelo fato de as espessuras das camadas funcionais estarem entre 0,0005 e 0,02 mm.
11. Chapa absorvedora, de acordo com qualquer das reivindicações de 7 a 10, caracterizada pelo fato de ser provida uma camada promotora de adesão ou uma camada de base.
12. Chapa absorvedora, de acordo com qualquer das reivindicações de 7 a 11, caracterizada pelo fato de ser provida pelo menos uma camada funcional em uma base de sol-gel.
13. Chapa absorvedora, de acordo com qualquer das reivindicações de 7 a 12, caracterizada pelo fato de ser provida com relevos antes ou depois do revestimento.
14. Uso de uma chapa absorvedora, de acordo com as reivindicações de 7 a 13, para coletores solares, em particular, para coletores de chapa plana.
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