Experimental study on the durability of composite materials collectors of solar energy
Experimental research on durability conducted to determine the life of the composite material absorber solar collector (SC) under natural climatic conditions; the ability of the designto keep operating until the end of the period specified in the terms of the margin needed to preserve functional pro...
Gespeichert in:
| Datum: | 2016 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
2016
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/118 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Vidnovluvana energetika |
| Завантажити файл: |  |
Institution
Vidnovluvana energetika| _version_ | 1871102972721627136 |
|---|---|
| author | Surzhyk, O. |
| author_facet | Surzhyk, O. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "O. Surzhyk",
"institution": "Institute of Renewable Energy, NAS of Ukraine"
}
] |
| author_sort | Surzhyk, O. |
| baseUrl_str | https://ve.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T06:32:10Z |
| description | Experimental research on durability conducted to determine the life of the composite material absorber solar collector (SC) under natural climatic conditions; the ability of the designto keep operating until the end of the period specified in the terms of the margin needed to preserve functional properties. SK investigated absorbers made of composite materials for solarcollectors, which included basic component, fillers, and binders. During the tests measured: temperature in a heat chamber of artificial weather; energy radiation coming from the radiationsource unit sample surface; temperature and pressure of the internal liquid medium experimental design; including the test and the destruction of the sample. |
| first_indexed | 2025-07-17T11:36:42Z |
| format | Article |
| fulltext |
СОНЯЧНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2016. № 2 33
УДК621.3
О.М.Суржик (Інститут відновлюваної енергетики НАН України, Київ)
Експериментальне дослідження на довговічність композиційних
матеріалів колекторів сонячної енергії
Проведено експериментальні дослідження на довговічність композиційних матеріалів колекторів сонячної енергії на основі
вуглецю та наповнювачів. Бібл. 1, табл. 1.
Ключові слова: сонячний колектор, композиційний матеріал, довговічність.
ORCID 0000 – 0002 – 7403 – 8584
Вступ. З часом виникають незворотні зміни
властивостей композиційних матеріалів (КМ)
сонячних колекторів (СК) внаслідок хімічних та
фізичних перетворень, які відбуваються при їх
переробці, збереженні та експлуатації, що впли-
ває на їх придатність до використання. Оскільки
КМ знаходяться в контакті з оточуючим середо-
вищем, яке характеризується змінними значен-
нями відносної вологості, тиску, температури та
інтенсивності сонячної радіації, необхідно врахо-
вувати вплив і цих факторів.
Експериментальні дослідження на довго-
вічність проводилися з метою визначення
терміну служби композиційного матеріалу аб-
сорбера сонячного колектора (СК) у природних
кліматичних умовах і здатності конструкції збері-
гати до кінця експлуатаційного періоду в заданих
умовах запас міцності, необхідний для збережен-
ня їх функціональних властивостей.
Методика експериментальних досліджень.
Для визначення впливу сонячного випромі-
нювання (зокрема, його короткохвильового скла-
ду), підвищеної температури оточуючого середо-
вища, а також гідростатичного тиску рідкого се-
редовища на довговічність абсорбера СК у
процесі випробувань вимірювалися наступні па-
раметри: температура в термокамері штучної по-
годи; кількість енергії випромінювання, що над-
ходить від джерела випромінювання на одиницю
поверхні зразка; температура і тиск внутрішнього
рідкого середовища експериментального зразка;
час випробувань (у т.ч. і до руйнування зразка).
У зв’язку з довготривалістю випробувань ек-
спериментальних зразків у природних умовах ви-
користовувалися прискорені методи досліджень,
де 1000 годин старіння зразка в штучних умовах
відповідали 10 рокам у природних умовах.
Відповідно до існуючої методики прискорення
випробування імітувались умови помірного
клімату. Умови експериментальних досліджень, їх
послідовність, конструкція експериментальної
установки та характеристики контрольно-
вимірювальних приладів наведені в [1].
Результати експериментальних дослід-
жень. Експериментально досліджувались абсор-
бери СК із композиційних матеріалів для колек-
торів сонячної енергії, які включали базову скла-
дову, наповнювачі та зв’язуючі: Б – базова скла-
дова: матово-чорний графіт (алотропна модифі-
кація вуглецю), =119 Вт/м·К; Н – наповнювачі:
алюмінієвий дріб (діаметр 1,5 мм), гумова крихта
(діаметр 1-1,5 мм); З – зв’язуючі: смола поліефір-
на ПН-21, нафтенат кобальту в стиролі, гіперіз.
Алюмінієвий дріб сприяє збільшенню жорсткості
матеріалу, а гумова крихта забезпечує його елас-
тичність та гнучкість. При складанні рецептури
строго дотримувались порядку введення компо-
нент: у 100 м.ч. (масових частин) смоли ПН-21 та
базової складової (співвідношення 1/1) треба вве-
сти наповнювачі, а потім добавити розчин наф-
тенату кобальту в стиролі (5 м.ч.). Все швидко
перемішати, після чого ввести гіперіз (4 м.ч.), не
допускаючи змішування нафтенату кобальту з
гіперізом за межами композиції. Умови затвер-
© О.М.Суржик, 2016
СОНЯЧНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2016. № 2 34
діння матеріалу: холодне затвердіння протягом
24 годин. Експериментально досліджувалась дов-
говічність наступних зразків композиційних ма-
теріалів:
Зразок №1. Б – базова складова: матово-
чорний графіт; Н – наповнювач: алюмінієвий
дріб (діаметр 1,5 мм), концентрація m, %; З –
зв’язуючі: поліефірна смола ПН-21 + 5 м.ч. наф-
тенату кобальту + 4 м.ч. гіперізу;
Зразок №2. Б – базова складова: матово-
чорний графіт; Н – наповнювач: гумова крихта
(діаметр 1-1,5 мм), концентрація m, %; З –
зв’язуючі: поліефірна смола ПН-21 + 5 м.ч. наф-
тенату кобальту + 4 м.ч. гіперізу.
Також експериментально досліджувалась
довговічність матеріалу із цементно-піскової
суміші у співвідношенні 1:3 із наповнювачем –
металевий дріб діаметром 1,8 мм (концентрація
40%) та світлостійким залізноокисним пігмен-
том для бетону (концентрація 10%). У процессі
експериментальних досліджень прискореним
методом було визначено, що ці експеримента-
льні зразки матеріалів різної товщини (від 7 мм
до 300 мм) були без ознак руйнування протягом
20 років експлуатації.
У процесі експериментальних досліджень
композиційних матеріалів на основі вуглецю
(зразки №1 та №2) встановлено, що досліджувані
зразки абсорбера СК в результаті дії на них
світла стають більш крихкими. Виникнення
крихкості може бути наслідком розриву основно-
го ланцюга, фотоініційованої кристалізації або
утворення поперечних хімічних зв’язків. У
процесі дослідження впливу концентрації напов-
нювача матеріалу на температуру крихкості
встановлено, що температура крихкості мало
змінюється при наповненні композиту, якщо
вміст наповнювача не перевищує 50%.
Збільшення кількості наповнювача, що вводить-
ся, до 55-60% супроводжується зниженням тем-
ператури крихкості і відповідно зменшенням те-
рміну експлуатації (таблиця 1).
Таблиця 1. Вплив концентрації наповнювача та
товщини матеріалу на термін його експлуатації
Композиційний матеріал №1
К
он
це
нт
ра
ці
я
на
по
вн
ю
ва
ча
m
, %
Т
ов
щ
ин
а
ек
сп
ер
им
ен
-
та
ль
но
го
зр
аз
ка
2
м
м
Т
ов
щ
ин
а
ек
сп
ер
им
ен
-
та
ль
но
го
зр
аз
ка
5
м
м
Т
ов
щ
ин
а
ек
сп
ер
им
ен
-
та
ль
но
го
зр
аз
ка
1
0
м
м
Термін експлуатації, років
30% 6 15 18
50% 5 14 18
60% 2 7 15
70% 1 4 10
Композиційний матеріал №2
К
он
це
нт
ра
ці
я
на
по
вн
ю
ва
ча
m
, %
Т
ов
щ
ин
а
ек
сп
ер
им
ен
-
та
ль
но
го
зр
аз
ка
2
м
м
Т
ов
щ
ин
а
ек
сп
ер
им
ен
-
та
ль
но
го
зр
аз
ка
5
м
м
Т
ов
щ
ин
а
ек
сп
ер
им
ен
-
та
ль
но
го
зр
аз
ка
1
0
м
м
Термін експлуатації, років
30% 6 15 15
50% 5 14 15
60% 2 7 11
70% 1 4 6
Оскільки ультрафіолетове випромінювання в
першу чергу викликає зміну хімічної структури у
поверхневих шарах наповненого композиційного
матеріалу, то ступінь впливу цього процесу на
властивості матеріалу при старінні буде залежати
і від товщини матеріалу. Старіння досліджувано-
го композиційного матеріалу товщиною 2 мм і
10 мм якісно відрізняється. Оскільки при фотоо-
кисленні основні зміни відбуваються в тонкому
поверхневому шарі, у внутрішніх шарах утворю-
ється дуже незначна кількість продуктів окис-
лення, а їх концентрація зменшується з віддален-
ням від поверхні у глибину досліджуваного зраз-
ка (таблиця 1).
Висновки. В результаті експериментального
дослідження довговічності композиційних мате-
ріалів на основі вуглецю методом прискорених
випробувань встановлено, що на довговічність
матеріалу значно впливає концентрація введено-
го наповнювача і товщина матеріалу. Збільшення
кількості введеного металевого наповнювача до
55-60%, а також зменшення товщини матеріалу
до 2 мм призводять до значного зменшення тер-
міну його експлуатації.
СОНЯЧНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2016. № 2 35
1. Суржик Т.В. Експериментальне дослідження абсор-
бера полімерних сонячних колекторів на довговічність //
Відновлювана енергетика. – № 1. – 2008. – С. 25–29.
REFERENCES
1. Surzhyk T.V. Experimental study absorber polymer solar
collectors durability // Renewable energy. – №1 – 2008.
– Рp. 25–29 (Ukr).
А.Н.Суржик (Институт возобновляемой энергетики НАН
Украины, Киев)
Экспериментальное исследование на долговечность
композиционных материалов коллекторов солнечной
энергии
Проведены экспериментальные исследования на долговеч-
ность композиционных материалов коллекторов солнечной
энергии на основе углерода и наполнителей. Библ. 1, табл. 1.
Ключевые слова: солнечный коллектор, композиционный
материал, долговечность.
O.M.Surzhyk (Renewable Energy Institute of NAS of Ukraine,
Kyiv)
Experimental study on the durability of composite materials
collectors of solar energy
Experimental studies have been conducted on the durability of
composite materials Solar energy and carbon-based fillers. Ref-
erence 1, table 1.
Keywords: solar collector, composite, durability.
SYNOPSES
Experimental research on durability conducted to deter-
mine the life of the composite material absorber solar collector
(SC) under natural climatic conditions; the ability of the design
to keep operating until the end of the period specified in the
terms of the margin needed to preserve functional properties. SK
investigated absorbers made of composite materials for solar
collectors, which included basic component, fillers and binders.
During the tests measured: temperature in a heat chamber of
artificial weather; energy radiation coming from the radiation
source unit sample surface; temperature and pressure of the in-
ternal liquid medium experimental design; including the test and
the destruction of the sample.
Стаття надійшла до редакції 07.06.16
Остаточна версія 14.06.16
УДК 621.472
Л.И.Кныш, докт.техн.наук (Днепропетровский национальный университет им. О.Гончара, Днепропетровск)
Программный модуль для комплексного исследования энергопереноса в
теплоприёмниках солнечных параболоцилиндрических станций
Предлагается алгоритм расчета геометрических, динамических и энергетических параметров системы приёма параболо-
цилиндрических солнечных станций. Алгоритм базируется на фрагментарном мультифизическом подходе, основанном на
взаимодействии нескольких методик, различных по своей математической сути. Предлагаемый программный продукт
может заменить достаточно громоздкие и дорогостоящие вычисления на основе стандартных пакетов, обеспечить мак-
симально быстрое взаимодействие между основными расчётными блоками и проведение множества численных экспери-
ментов по нахождению параметров системы, близких к проектным. Библ. 9, рис. 1.
Ключевые слова: солнечная параболоцилиндрическая станция, система приёма солнечного излучение, концентратор,
трубчатый теплоприёмник, мультифизический подход.
ORCID 0000-0003-3525-4804
Введение. Поступательное развитие солнеч-
ной энергетики на данном этапе уже практически
не зависит от конъюнктуры цен на энергоносите-
ли, политических и социальных изменений и
других факторов, далёких от науки и техниче-
ского прогресса. Следует отметить, что в миро-
вой возобновляемой энергетике в большей или
меньшей мере востребованы все типы преобразо-
вания солнечной энергии, базирующиеся на карди-
нально разных методах и подходах. "Солнечные"
проекты, как правило, инвестируются частными
компаниями, поэтому, зачастую, выбор типа пред-
лагаемых систем зависит от апробированности
данной технологии в проектной компании.
© Л.И.Кныш, 2016
|
| id | veorgua-article-118 |
| institution | Vidnovluvana energetika |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:00:48Z |
| publishDate | 2016 |
| publisher | Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | veorgua/09/8d6c4ce956c62d7286ecdf8b65a86e09.pdf |
| spelling | veorgua-article-1182026-07-18T06:32:10Z Experimental study on the durability of composite materials collectors of solar energy Экспериментальное исследование на долговечность композиционных материалов коллекторов солнечной энергии Експериментальне дослідження на довговічність композиційних матеріалів колекторів сонячної енергії Surzhyk, O. solar collector composite durability сонячний колектор композиційний матеріал довговічність солнечный коллектор композиционный материал долговечность Experimental research on durability conducted to determine the life of the composite material absorber solar collector (SC) under natural climatic conditions; the ability of the designto keep operating until the end of the period specified in the terms of the margin needed to preserve functional properties. SK investigated absorbers made of composite materials for solarcollectors, which included basic component, fillers, and binders. During the tests measured: temperature in a heat chamber of artificial weather; energy radiation coming from the radiationsource unit sample surface; temperature and pressure of the internal liquid medium experimental design; including the test and the destruction of the sample. Проведены экспериментальные исследования на долговечность композиционных материалов коллекторов солнечной энергии на основе углерода и наполнителей. Проведено експериментальні дослідження на довговічність композиційних матеріалів колекторів сонячної енергії на основі вуглецю та наповнювачів. Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2016-06-23 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/118 Vidnovluvana energetika ; No. 2 (45) (2016): Scientific and Applied Journal Vidnovluvana energetika; 33-35 Возобновляемая энергетика; ##issue.no## 2 (45) (2016): Научно-прикладной журнал Возобновляемая энергетика; 33-35 Відновлювана енергетика; № 2 (45) (2016): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 33-35 2664-8172 1819-8058 uk https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/118/74 Copyright (c) 2016 O. Surzhyk https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | solar collector composite durability Surzhyk, O. Experimental study on the durability of composite materials collectors of solar energy |
| title | Experimental study on the durability of composite materials collectors of solar energy |
| title_alt | Экспериментальное исследование на долговечность композиционных материалов коллекторов солнечной энергии Експериментальне дослідження на довговічність композиційних матеріалів колекторів сонячної енергії |
| title_full | Experimental study on the durability of composite materials collectors of solar energy |
| title_fullStr | Experimental study on the durability of composite materials collectors of solar energy |
| title_full_unstemmed | Experimental study on the durability of composite materials collectors of solar energy |
| title_short | Experimental study on the durability of composite materials collectors of solar energy |
| title_sort | experimental study on the durability of composite materials collectors of solar energy |
| topic | solar collector composite durability |
| topic_facet | solar collector composite durability сонячний колектор композиційний матеріал довговічність солнечный коллектор композиционный материал долговечность |
| url | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/118 |
| work_keys_str_mv | AT surzhyko experimentalstudyonthedurabilityofcompositematerialscollectorsofsolarenergy AT surzhyko éksperimentalʹnoeissledovanienadolgovečnostʹkompozicionnyhmaterialovkollektorovsolnečnojénergii AT surzhyko eksperimentalʹnedoslídžennânadovgovíčnístʹkompozicíjnihmateríalívkolektorívsonâčnoíenergíí |