ISO 22975-3:2014

Solar energy - Collector components and materials - Part 3: Absorber surface durability

ISO 22975-3:2014 is applicable to the determination of the long term behaviour and service life of selective solar absorbers for use in vented flat plate solar collectors working under conditions corresponding to that in a typical solar domestic hot water system or combisystem. ISO 22975-3:2014 specifies a failure criterion of a solar absorber based on changes in optical performance of the absorber. The optical properties of interest are solar absorptance and thermal emittance. ISO 22975-3:2014 specifies durability testing procedures focused on resistance to high temperatures and condensation of water on the absorber surface as well as high humidity in the presence of sulfur dioxide.

Énergie solaire — Composants et matériaux du collecteur — Partie 3: Durabilité de la surface de l'absorbeur

L'ISO 22975-3:2014 est applicable à la détermination du comportement à long terme et de la durée de vie en service des absorbeurs solaires sélectifs destinés à être utilisés dans des capteurs solaires plan aéré fonctionnant dans des conditions correspondant à celles de systèmes solaires de types de production d'eau chaude sanitaire ou de système combiné. L'ISO 22975-3:2014 spécifie un critère de défaillance d'un absorbeur solaire basé sur des modifications des performances optiques de l'absorbeur. Les propriétés optiques concernées sont l'absorptance solaire et l'émissivité thermique. L'ISO 22975-3:2014 spécifie des modes opératoires d'essai de durabilité focalisés sur la résistance aux températures élevées et de la condensation d'eau sur la surface d'absorbeur autant que la résistance à une forte humidité en présence de dioxyde de soufre.

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 25-Jun-2014
• ICS: 27.160 - Solar energy engineering
• Technical Committee: ISO/TC 180 - Solar energy
• Drafting Committee: ISO/TC 180 - Solar energy
• Current Stage: 9060 - Close of review
• Completion Date: 04-Jun-2030

Overview

ISO 22975-3:2014 - "Solar energy - Collector components and materials - Part 3: Absorber surface durability" specifies procedures to assess the long‑term behaviour and service life of selective solar absorbers used in vented flat‑plate solar collectors (typical solar domestic hot water systems and combisystems). The standard addresses durability by measuring changes in the absorber’s optical performance - solar absorptance and thermal emittance - and prescribing accelerated qualification tests that simulate high temperature, condensation and humid polluted atmospheres.

Key topics and technical requirements

• Performance criterion (PC): Durability is assessed by a combined performance function based on changes in solar absorptance (Δα) and thermal emittance (Δε). The document explains how to calculate PC (the standard uses a weighting for thermal emittance; e.g., PC formulations such as PC = −Δα − 0.5·Δε are discussed) and how to interpret failure times against a design service life.
• Sample preparation and characterization: Test specimens must be sampled and conditioned as specified; initial characterization requires low scatter (standard deviation < 0.01 for solar absorptance and < 0.04 for thermal emittance).
• Adhesion requirement for coatings: For coated absorber surfaces, adhesion testing (ISO 4624 pull‑off) is required; the standard sets a minimum adhesion threshold (> 0.15 MPa) for qualification.
• Three independent test blocks:
  • Thermal stability / high‑temperature exposure (Clause 6)
  • Resistance to condensed water / constant condensation (Clause 7)
  • Corrosion resistance in high humidity air containing sulfur dioxide (Clause 8)
• Measurement methods and annexes: Normative annexes cover procedures for measuring solar absorption and thermal emittance, temperature/failure time criteria, temperature/condensation schedules, and suggested test apparatus designs.

Practical applications and users

ISO 22975-3:2014 is intended for:

• Manufacturer R&D - validating new selective absorber coatings and materials.
• Test laboratories - performing standardized qualification and acceptance testing.
• Product certification bodies and specifiers - setting procurement requirements and comparing absorber durability claims.
• Design engineers and system integrators - estimating design service life of collectors and selecting absorber materials for domestic hot water and combisystems.
  Use cases include product development, lifetime prediction, quality control, and supplier qualification.

Related standards

• Normative references: ISO 4624, ISO 8407, ISO 9050, ISO 10062 (cited for test methods and corrosion procedures).
• Other parts in the ISO 22975 series under development cover evacuated tubes (Part 1) and heat‑pipes (Part 2).

Keywords: ISO 22975-3:2014, absorber surface durability, selective solar absorbers, solar absorptance, thermal emittance, durability testing, condensation resistance, high humidity sulfur dioxide, vented flat plate solar collectors.

Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 22975-3
First edition
2014-07-01
Solar energy — Collector components
and materials —
Part 3:
Absorber surface durability
Energie solaire — Composants et matériaux du collecteur —
Partie 3: Durabilité de la surface de l’absorbeur
Reference number
©
ISO 2014
© ISO 2014
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Published in Switzerland
ii © ISO 2014 – All rights reserved

Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Requirements and classification . 2
5 Test methods for assessing material properties as measure of absorber performance .3
5.1 Sampling and preparation of test specimens . 3
5.2 Sample conditioning. 4
5.3 Solar absorptance . 4
5.4 Thermal emittance . 4
5.5 Adhesion . 4
6 Tests for assessing the thermal stability of absorber surfaces . 4
6.1 Principle . 4
6.2 Apparatus . 5
6.3 Procedure for execution of high temperature tests. 6
6.4 Qualification procedure . 7
7 Tests for determining the resistance to condensed water of absorber surfaces .7
7.1 Principle . 7
7.2 Apparatus . 8
7.3 Procedure for execution of constant condensation tests . 9
7.4 Qualification procedure .10
8 Test for determining absorber surface corrosion resistance to high humidity air
containing sulfur dioxide.10
8.1 Principle .10
8.2 Apparatus .11
8.3 Reference test specimen .12
8.4 Procedure for execution of corrosion test in high humidity air containing sulfur dioxide 12
8.5 Determination of shortest acceptable failure times in test by use of reference
test specimens .13
8.6 Qualification procedure .13
9 Test report .14
Annex A (normative) Procedure for determination of solar absorption and thermal emittance of
absorber surfaces .15
Annex B (normative) Temperature and failure time characteristics in assessment of thermal
stability of absorber surface .19
Annex C (normative) Temperature/condensation and failure time characteristics together
with qualification scheme in assessment of resistance to condensed water of
absorber surface .25
Annex D (informative) Suitable designs for test apparatus to be used in the qualification testing of
solar absorber surfaces .28
Bibliography .30
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity
assessment, as well as information about ISO’s adherence to the WTO principles in the Technical Barriers
to Trade (TBT) see the following URL: Foreword - Supplementary information
The committee responsible for this document is ISO/TC 180, Solar energy.
ISO 22975 consists of the following parts, under the general title Solar energy — Collector components
and materials:
— Part 3: Absorber surface durability
The following parts are under preparation:
— Part 1: Evacuated tubes – Durability and performance
— Part 2: Heat-pipe for solar thermal application — Durability and performance
iv © ISO 2014 – All rights reserved

Introduction
To effectively select, use and maintain a material in a given application, its degradation under service
conditions must be predicted prior to use. Preferably, the durability of the material should be expressed
quantitatively in terms of an expected service life. Durability in this case is the ability of a material
to withstand deterioration caused by external factors in the environment, which may influence the
performance of the material under service conditions. Service life is defined as the period of time after
installation during which specific material properties important for the performance of the material
meet or exceed minimum acceptable values.
The service life of a material is, thus, not solely dependent on its physical and chemical properties, but
also on its performance requirement in the application considered, and on the external environmental
factors, which influence performance under service conditions. In design work, the important question
is if a specific material can be expected to have a service life longer than a certain value, the so-called
design service life; the latter dictated by life cost considerations taking into account the total system.
Service life assessment may be based on feed-back data from practice or on results from so-called
qualification or acceptance durability tests.
The present recommended qualification procedure for solar absorber surface durability is based on the
conduct of a series of short-term durability tests. During a test the optical performance of the absorber
surface tested is determined by measuring its solar absorptance and thermal emittance. From the loss
in optical performance of the absorber surface, its failure time in the test performed is assessed and
compared with the shortest acceptable failure time set by the design service life of the absorber. Design
service life, performance requirement defining failure time in terms of loss in optical performance,
classification of type and levels of environmental stress are set under the assumption, that the absorber
surface tested will be installed in a vented flat plate solar collector for use in domestic hot water systems
and combisystems or under similar operating conditions.
The recommended qualification procedure may favourably be used in the development and validation
of new kinds of absorber surfaces. From the results of tests, it can be concluded whether it is likely that
an absorber surface tested may meet the requirement for an acceptable service life also in practice.
The recommended durability testing procedure has proved to give results in fairly good agreement,
both qualitatively and quantitatively, with what has actually been observed on absorber surfaces tested
for longer time periods in solar collectors working under conditions corresponding to that in a typical
domestic solar hot water system or combisystem. Nevertheless, if the tested absorber could not be
qualified by present procedure, a more comprehensive investigation on durability is recommended and
can still lead to a qualification.
The present procedure consists of three parts to test the absorber with respect to its stability against
high temperature, against high humidity and condensation and against corrosion caused by atmospheric
sulfur dioxide. The three parts are independent and can be assessed individually.
INTERNATIONAL STANDARD ISO 22975-3:2014(E)
Solar energy — Collector components and materials —
Part 3:
Absorber surface durability
1 Scope
This part of ISO 22975 is applicable to the determination of the long term behaviour and service life
of selective solar absorbers for use in vented flat plate solar collectors working under conditions
corresponding to that in a typical solar domestic hot water system or combisystem.
This part of ISO 22975 specifies a failure criterion of a solar absorber based on changes in optical
performance of the absorber. The optical properties of interest are solar absorptance and thermal
emittance.
This part of ISO 22975 specifies durability testing procedures focused on resistance to high temperatures
and condensation of water on the absorber surface as well as high humidity in the presence of sulfur
dioxide.
2 Normative references
The following documents, in whole or in part, are normatively referenced in this document and are
indispensable for its application. For dated references, only the edition cited applies. For undated
references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 4624, Paints and varnishes — Pull-off test for adhesion
ISO 8407, Corrosion of metals and alloys — Removal of corrosion products from corrosion test specimens
ISO 9050, Glass in building — Determination of light transmittance, solar direct transmittance, total solar
energy transmittance, ultraviolet transmittance and related glazing factors
ISO 10062, Corrosion tests in artificial atmosphere at very low concentrations of polluting gas(es)
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1
design service life
time period of exposure under service conditions after installation during which the absorber surface is
expected to meet the performance requirement
3.2
failure time
time period of exposure in the test at which the performance requirement limit is reached
3.3
solar absorptance, α
s
fraction of solar radiation energy absorbed by an absorber surface
3.4
thermal emittance, ε
ratio between the energy per unit area radiated by a surface at a given temperature and the corresponding
energy radiated by a perfect black body at the same temperature
3.5
performance criterion function
PC
change in performance of an absorber surface in terms of changes in solar absorptance and thermal
emittance
4 Requirements and classification
4.1 For classification of the durability of the absorber surface, the following performance requirement
shall apply:
PC=−ΔΔαε+≤05,,00 05 (1)
s
where
Δα is the change in the solar absorptance defined as
s
Δα = α − α (2)
s s,t s,i
with α equal to the value of the solar absorptance at the actual time of the test or at service, and
s,t
with α equal to the initial value of solar absorptance
s,i
where
Δε is the change in the thermal emittance
Δε = ε − ε (3)
t i
with ε equal to the value of the thermal emittance at the actual time of the test or at service and
t
with ε equal to the initial value of thermal emittance.
i
NOTE 1 This performance criterion function is primarily based on location averaged values of the performance
[4]
of typical solar domestic hot water systems and combisystems. But, in the IEA Task 10 testing procedure
referred to, a slightly different definition of PC is used, namely PC = −Δα – 0,25 × Δε. Investigations made by the
s
[9]
IEA MSTC group, however, showed that a weighting factor of 0,5 for the thermal emittance is more appropriate.
NOTE 2 Higher values for the PC function may be used if considered more appropriate. PC < 0,10 should mean
that the optical performance of absorber surface, and thus also the performance of solar domestic hot water
system and combisystems, is allowed to be reduced to a level equal to 90 % of its original value during the design
[4]
service life time period.
4.2 Before durability testing of an absorber surface, all test specimens, sampled and prepared as
specified in 5.1, shall be characterized with respect to their value for solar absorptance, determined as
specified in 5.2, and their value for thermal emittance, determined as specified in 5.3.
To be qualified for testing, the set of test specimens shall have a standard deviation in the determined
values for solar absorptance of less than 0,01 and for the determined values of thermal emittance a
standard deviation less than 0,04.
2 © ISO 2014 – All rights reserved

4.3 For coated absorber surfaces, three extra test specimens shall be prepared and the adhesion of
coating on those test specimens shall be assessed, as specified in 5.5.
For the absorber to be qualified for testing, the adhesion of coating shall be > 0,15 MPa for all test
specimens (ISO 4624).
NOTE If considered accurate enough, the adhesion of the coating may be assessed by a more simple method.
[1]
The method of ISO 2409 may be used and the requirement for satisfactory adhesion be set at the degree of 1.
[2]
Alternatively, some suitable method in ISO 2819 may be used.
4.4 For an absorber surface to be qualified with respect to its thermal stability, the procedure of
durability testing as specified in Clause 6 shall be applied.
An absorber surface with sufficient thermal stability shall meet the requirement for test results as is
specified in 6.4.
4.5 For an absorber surface to be qualified with respect to its resistance to condensed water when used
in a non-airtight solar collector with more or less uncontrolled ventilation of air in the solar collector, the
procedure of durability testing as specified in Clause 7 shall be applied.
An absorber surface with sufficient resistance to condensed water shall meet the requirements for test
results as are specified in 7.4.
4.6 If an absorber surface should be qualified with respect to its resistance to degradation caused by
sulfur dioxide as an airborne pollutant, the procedure of durability testing as specified in Clause 8 shall
be applied (optionally).
An absorber surface may be qualified for use in two classes of solar collectors; the two classes
representing different severity classes as regards atmospheric corrosivity.
Solar collector of type A: Airtight solar collector or solar collector with controlled ventilation of air in
the space between the absorber surface and the cover plate. At the top and at the bottom of the frame
of the solar collector, it should be equipped with ventilation holes. The atmospheric corrosivity at the
bottom part of the solar collector under service conditions may typically correspond to a corrosion rate
of zinc of 0,1 g/m per year.
Solar collector of type B: Non-airtight solar collector with more or less uncontrolled ventilation of air
in the solar collector. The atmospheric corrosivity at the bottom part of the solar collector under service
conditions corresponds to a corrosion rate of zinc of 0,3 g/m per year.
An absorber surface with sufficient resistance to degradation caused by sulfur dioxide in high humidity
air, either regarding only a type A solar collector or regarding both type A and type B solar collectors,
shall meet the requirements for test results as are specified in 8.6.
5 Test methods for assessing material properties as measure of absorber perfor-
mance
5.1 Sampling and preparation of test specimens
For durability testing, test samples with an absorber surface area of preferably (50 × 50) mm shall be
prepared. Sampling from larger pieces of absorber plate shall be made in such a way that variation in
the optical properties between the different test specimens is minimized. Three extra test samples are
also required for the assessment of the adhesion of the coating of un-aged test samples. For execution
of the complete programme of durability tests of this recommended procedure, a minimum of 18 test
samples are required.
5.2 Sample conditioning
Determine the mean of solar absorptance and the mean of thermal emittance of three samples. Determine
the possible maximum absorber temperature for a collector covered with anti-reflection (AR) coating
according Table B.1. Temper all 18 samples at this maximum absorber temperature for at least 5 h with
an apparatus similar to that described in 6.2. Test three test samples for adhesion according to 5.5 and
proceed with the other 15 test samples if they pass the test.
5.3 Solar absorptance
Determine the value of the solar absorptance for each of the 15 test samples from reflectance
measurements as specified in A.1. For the complete set of test samples calculate also the mean value and
standard deviation of solar absorptance.
5.4 Thermal emittance
Determine also the value for the thermal emittance for each of the 15 test samples as is specified in A.2.
For the complete set of test samples calculate also the mean value and the standard deviation of thermal
emittance.
5.5 Adhesion
Determine the adhesion of the absorber coating either according to ISO 4624 (use the general method
for testing both rigid and deformable substrates when selecting test assembly and use test cylinders
with a diameter of 20 mm) or by means of a simpler method for assessment of adhesion (see 4.3) and
proceed as specified in the relevant standard.
6 Tests for assessing the thermal stability of absorber surfaces
6.1 Principle
6.1.1 High-temperature ageing is frequently used in many technical application areas for the assessment
of thermal stability of materials. A high temperature accelerates all kinds of processes, normally leading
to an increased rate of degradation of materials. For a selective absorber coating composed of small metal
particles, a high temperature enhances oxidation of metal decreasing mainly the absorptance of coating.
6.1.2 When installed in a single-glazed flat plate solar collector, an absorber surface is exposed to
a temperature which may vary greatly; in the extreme case from −20 °C up to more than 200 °C. As a
measure of the level of thermal load, the effective mean temperature, T , during one year of service for
eff
an absorber surface is used here. It is defined by the following expression:
T
max
 E   E 
−−11
T T
expe− T =−xp Tf ()TTd (4)
 eff   
∫
R R
   
T
min
where
f(T) is yearly based frequency function for service temperature of absorber surface in solar col-
lector, meaning the time fraction of a year when service temperature is in the interval T to
T+dT;
T is the maximal service temperature of absorber surface in the solar collector in kelvin (K);
max
T is the minimal service temperature of absorber surface in the solar collector in kelvin (K);
min
4 © ISO 2014 – All rights reserved

E is the Arrhenius activation energy expressing the temperature dependence of a thermal
T
degradation reaction of absorber surface;
R is the ideal gas law constant equal to 8,314 J/(mol·K).
6.1.3 The yearly based frequency function f(T) is determined by the external climatic load acting on the
solar collector and the optical properties of the solar absorber surface and the glazing.
In this recommended procedure it is assumed that the solar collector is under operating conditions for
11 months of a year and then producing tap water during daytime when the solar collector temperature
exceeds 40 °C. For one month of a year, during summer, the solar collector is under stagnation conditions.
From a thermal ageing point of view it is only during the sunny days when the solar collector is under
stagnation that the temperature load on the solar absorber surface will result in significant thermal
degradation. The reference thermal load or temperature frequency function for one year representing
service conditions in this recommended procedure corresponds therefore to 30 sunny days when the
solar collector is under stagnation; see Figure B.1.
The temperature load acting on the solar absorber surface depends also on the optical properties of
the absorber surface and so does the maximum solar absorber surface temperature during stagnation
conditions. The maximum solar absorber surface temperature is in this recommended procedure
determined from the solar absorptance and the thermal emittance by use of interrelations shown in
Table B.1. The reference thermal load in terms of an effective mean temperature is thereafter calculated
as a function of the activation energy for thermal degradation by making use of the maximum absorber
surface temperature.
NOTE If found more appropriate, another temperature frequency function may be used to represent service
conditions. The new effective mean temperature corresponding to a specific activation energy may be calculated
by use of Formula (4).
6.1.4 To assess the thermal stability of the absorber surface, short-term tests, enhancing thermal
degradation of the absorber surface at a constant high temperature, are used. To convert the design
service life of 25 years into a shortest acceptable failure time, t , for a constant temperature test to be
R
executed at the temperature T , the following time-transformation function is used:
R
E
 
−−11
T
t =×25 8760exp −−TT (5)
( )
R effR
 
R
 
where
T is the effective mean temperature, in kelvin (K), of absorber surface defined by Formula (4).
eff
The effective mean temperature will vary with the activation energy and so will also the shortest
acceptable failure time for a specific constant temperature test.
6.1.5 To conclude whether an absorber surface is qualified or not, the results from at least two different
constant temperature tests are needed unless the optical performance of solar absorber surface tested is
unaffected during the first test. The qualification scheme and the conditions for the temperature tests are
given in Figures B.2 to B.4 and Table B.2, respectively.
6.2 Apparatus
6.2.1 Testing chamber to be used for assessing the thermal stability of the absorber surface shall be
constructed so that:
a) Constant temperature tests can be executed up to a temperature of at least 380 °C.
NOTE 1 Testing chambers with circulating air heating are recommended in favour of those based on
radiative heating, because the temperature difference between the sensor and the test samples will be less
because of more uniform temperature condition in testing chambers of the former type.
NOTE 2 When radiative furnaces are used, the temperature of the test samples and the temperature of
the temperature sensor strongly depend on the radiation exchange with the heater and therefore also on
their optical properties. It is in this case preferable to measure the temperature of the test sample for heating
control.
b) The temperature is maintained at level of ±1 °C after stabilized conditions have been reached after
start of test.
NOTE 3 Even a symmetrical variation around the set temperature results in a higher effective mean
temperature with respect to thermal degradation.
c) The temperature in the chamber is so uniform that the variation between absorber specimens
tested simultaneously is within the range of ±1 °C; see NOTE 1 and 2.
d) During cooling down of chamber after high temperature exposure, the rate of temperature decrease
shall be at least 10 °C/min (from 200 °C to 100 °C). If the chamber does not meet this requirement,
the test samples shall be taken out of the chamber immediately after the specified testing time has
been reached; see 6.3.4.
6.2.2 Instruments for measuring of optical properties of absorber surfaces complying with the
requirements as are specified in Annex A.
6.2.3 Tensile tester and test cylinders for measurement of adhesion of absorber coating in accordance
with ISO 4624 as specified in 5.5. If a simpler method for assessment of adhesion is used, see 4.3, use
equipment complying with the requirements given in the relevant standard for assessment of adhesion.
6.3 Procedure for execution of high temperature tests
6.3.1 Select three test samples of absorber surface with known solar absorptance and thermal emittance
and qualified for testing according to 4.2.
6.3.2 Increase the temperature of the testing chamber to the specified level of test. After this temperature
has been reached, place the test samples of room temperature in the testing chamber.
6.3.3 Keep the test samples at this temperature level for the specified time period of test.
6.3.4 After the specified time period of test or of interruption for measurement of the extent of
degradation, decrease the temperature of the testing chamber down to room temperature. The cooling
rate should be at least −10 K/min until the temperature has dropped to 40 °C or to 100 K below the
testing temperature, whichever is met first.
If the testing chamber does not meet the requirement for minimum rate of cooling down as specified
above, the test samples shall be taken out of the testing chamber immediately after the specified time
period of test has been reached. The hot test samples shall after they have been taken out of the testing
chamber be placed on a thermally insulating material to minimize damages, which may result from the
thermal shock the test samples are exposed to during cooling down.
6.3.5 Determine the solar absorptance and the thermal emittance of test samples as specified in
Annex A.
6.3.6 Calculate from the change in solar absorptance and thermal emittance of test samples, the value
of the PC function for each panel tested by use of Formula (1). Calculate also the mean value of the PC
function for the different test samples.
6 © ISO 2014 – All rights reserved

6.3.7 If the test was interrupted only for measurement of extent of degradation, reintroduce the test
samples after measurement into the climatic chamber after stabilized test conditions at the specified
levels have been confirmed.
6.4 Qualification procedure
6.4.1 Determine from the mean values of the solar absorptance and the thermal emittance of the
solar absorber surface to be tested the expected maximum absorber surface temperature T by use of
max
Table B.1 for the case of anti-reflection (AR) coating (line 1 of Table B.1); see also Figure B.2.
6.4.2 Determine from the T value the temperature T1 of the first test to be performed making use of
max
Table B.2.
6.4.3 With a set of three test samples perform a test, as specified in 6.3, at T and measure α and ε after
1 s
the testing times of 18, 36, 75, 150, 300 and 600 h or until PC ≥ 0,05 is reached. If PC > 0,05 after 18 h of
testing the solar absorber surface is not qualified with respect to its thermal stability. In all other cases,
introduce the time t , which is the last testing/measuring time with PC ≤ 0,05.
6.4.4 If PC ≤ 0,015 after 600 h of testing, check whether the absorber surface meets the adhesion
requirements as specified in 5.5. If the requirement on adhesion is met the absorber surface is qualified
with respect to its thermal stability.
6.4.5 If t ≥ 300 h and PC > 0,015, check whether the absorber surface meets the adhesion requirement
as specified in 5.5. If the requirement on adhesion is met proceed as follows: Use Table B.2 to determine
the T value which corresponds to the previously determined T value. Determine also from Table B.2
3 max
the testing time t which corresponds to the previously determined t value; see also Figure B.3.
3 1
With a new set of three test specimens, perform a test at T for a time period of t and measure α and ε
3 3 s
to determine PC.
If PC (T , t ) ≥ PC (T , t ) the absorber surface is qualified with respect to its thermal stability.
3 3 1 1
6.4.6 If t ≤ 150 h proceed by using Table B.2 to determine the T value which corresponds to the
1 2
previously determined T value. Determine also from Table B.2 the testing time t which corresponds
max 2
to the previously determined t value; see also Figure B.4.
With a new set of three test specimens perform a test at T for a time period of t and measure α and ε
2 2 s
to determine PC.
If PC (T , t ) ≤ PC (T , t ) check whether the absorber surface meets the adhesion requirement as specified
2 2 1 1
in 5.5. If the requirement on adhesion is met the solar absorber surface is qualified with respect to its
thermal stability.
7 Tests for determining the resistance to condensed water of absorber surfaces
7.1 Principle
7.1.1 High humidity and the effect of moisture and condensed water on materials may initiate many
kinds of degradation reactions. Selective absorber coatings composed of inorganic oxides may sometimes
undergo hydratization reactions increasing the thermal emittance of coating. High humidity must prevail
for electrochemical corrosion to occur causing oxidation of metal and as a result the optical performance
of the coating may decrease.
7.1.2 As the casing of a flat plate solar collector is usually ventilated, this means that the absorber
surface is in contact with the ambient air. Humid air from the ambient therefore enters the solar collector
and sometimes the temperature of the solar collector inside is so low related to the humidity level that
condensation of water takes place. Some solar collectors are not raintight, this means, an absorber surface
has to resist periods of exposure in very humid atmospheres during its service life. An absorber surface
should therefore to be qualified according to this procedure resist a humidity load representative for a
non-airtight solar collector with more or less uncontrolled ventilation of air in the solar collector.
The yearly time fraction, when the relative air humidity in the gap between absorber and cover plate
exceeds 99 %, is used as a measure of the severity of the humidity at service conditions. The severity
depends, however, also on the effective mean temperature during such time periods of high humidity.
The effective mean temperature during high humidity conditions is defined as in Formula (4). In this
case Formula (3) will, accordingly, contain the parameters given below with the following meaning:
f (T) is the yearly based frequency function for service temperature of absorber surface in the solar
H
collector when the relative humidity level exceeds 99 %, meaning the time fraction of a year when
service temperature is in the interval T to T + dT and the relative humidity level exceeds 99 %.
T is the maximal service temperature, in kelvin (K), of the absorber surface in the solar collector,
H,max
when the relative humidity level exceeds 99 %.
T is equal to 273,15 K, as below this temperature ice is formed on the surface of absorber.
H,min
E is the Arrhenius activation energy expressing the temperature dependence for a possible degradation
H,T
reaction of absorber surface caused by the action of condensed water.
In Figure C.1, the function f (T) of this recommended procedure is shown.
H
NOTE If found more appropriate other humidity/ temperature data may be used to represent service
conditions. The new effective mean temperatures for specific activation energy values may be calculated by use
of Formula (3).
7.1.3 To assess the resistance to condensed water of absorber surface, short-term tests at different
temperatures of absorber surface are performed. To obtain constant condensation of water on the surface
of absorber during testing, the surrounding air is kept at a temperature 5 K above the temperature of
absorber surface and at a relative humidity of 95 %. To convert the design service life, set at 25 years, into
a shortest acceptable failure time for a short-term test, Formula (4), is also here applied.
In Figure C.2, the shortest acceptable failure time, as function of activation energy, is shown for a series
of constant condensation tests.
7.1.4 To conclude whether an absorber surface is qualified or not, the results from at least two different
constant condensation tests performed at two different temperatures are needed. For this recommended
procedure the conduct of tests at absorber surface temperatures of 40 °C and 30 °C or at 40 °C and 60 °C
are contained.
7.2 Apparatus
7.2.1 Climatic chamber to be used shall be constructed so that:
a) climatic conditions ranging from room temperature and 50 % RH up to at least 65 °C and 95 % RH
can be obtained, controlled and monitored during test;
b) the temperature can be maintained at a level of ±1°C and the relative humidity at a level of ±3 % RH
relative to the specified climatic conditions during test.
7.2.2 Cooled sample holder for temperature control of test samples in climatic chamber is to be
constructed so that:
a) the test samples can be fixed to it so that the test samples will be electrically insulated from each
other and the sample holder;
8 © ISO 2014 – All rights reserved

b) the test samples will be in good thermal contact with the sample holder, which is used for cooling
and control of the temperature of the test sample;
c) the test samples will be positioned at an angle of 45° relative to the horizontal plane;
d) the temperature of sample holder can be measured for control of test temperature. This can
preferably be made by use of Pt 100 polyamide foil sensor which adheres to the surface of the sample
holder and which is additionally protected by means of a self-adhesive PTFE -film;
e) a temperature constancy over time for the sample holder of ±0,5 °C is provided.
A suitable sample holder made of aluminium and which can be used for the purpose of this test is
specified in Annex D.
NOTE The crucial point in ensuring a high reproducibility of the condensation tests is the careful mounting of
the test samples on the sample holder. A thin layer of an electrically insulating heat sink compound in combination
with a foil for distance control, made of e.g. PTFE, can preferably be used to guarantee good thermal contact. The
arrangement made means that bimetallic corrosion will be prevented too.
7.2.3 Instruments for measuring of optical properties of absorber surfaces complying with the
requirements as are specified in Annex A.
7.2.4 Tensile tester and test cylinders for measurement of adhesion of absorber coating in accordance
with ISO 4624, see 5.5. If a simpler method for assessment of adhesion is used, see 4.3, use equipment
complying with the requirements given in the relevant standard for assessment of adhesion.
7.3 Procedure for execution of constant condensation tests
7.3.1 Select three test samples of absorber surface with known solar absorptance, thermal emittance,
and qualified for testing according to 4.2.
7.3.2 Adjust the temperature of the climatic chamber at a level of 5,0 K above the specified test
temperature for test samples and set the relative humidity level of climatic chamber at 95 % RH. Adjust
also the temperature of the thermostatic bath so that the temperature of the sample holder placed in the
climatic chamber will reach the specified test temperature.
7.3.3 After stabilized conditions have been obtained, fix the test samples to the sample holder. The
testing time period starts when condensation of water is first observed on the surface of the test samples.
7.3.4 After the specified time period of the test or of interruption for measurement of extent of
degradation, take out the test samples from the climatic chamber and remove gently the excess of
condensed water on the surface of the test samples by a clean water absorbing paper.
7.3.5 Condition the test samples under normal laboratory climatic conditions for at least 2 h. Determine
the solar absorptance and the thermal emittance of the test samples as specified in Annex A.
7.3.6 Calculate from the change in solar absorptance and thermal emittance of the test samples, the
value of the PC function for each panel tested by use of Formula (1). Calculate also the mean value of the
PC function for the different test samples.
7.3.7 If the test was interrupted only for measurement of extent of degradation, reintroduce the test
samples after measurement into the climatic chamber after stabilized test conditions at the specified
levels have been confirmed.
7.4 Qualification procedure
7.4.1 With a set of three test samples perform test, as specified in 7.3, at T = 40 °C and measure α and
1 s
ε after the testing times 18, 36, 75, 150, 300, and 600 h or till PC ≥ 0,05 is reached. If PC > 0.05 after 18
h of testing the solar absorber surface is not qualified with respect to its resistance to condensed water.
In all other cases introduce the time t , which is the last testing/measuring time with PC ≤ 0,05; see also
Figure C.2.
7.4.2 If PC ≤ 0,015 after 600 h of testing check whether the absorber surface meets the adhesion
requirements as specified in 5.5. If the requirement on adhesion is met the absorber surface is qualified
with respect to its resistance to condensed water.
7.4.3 If t ≥ 300 h and PC > 0,01 and if the absorber substrate is not made of aluminium check whether
the absorber surface meets the adhesion requirement as specified in 5.5. If the requirement on adhesion
is met proceed as follows: Use Table C.2 to determine the testing time t which corresponds to the
previously determined t value; see also Figure C.3.
With a new set of three test specimens perform a test at T = 60°C (see Table C.2) for a time period of t
3 3
and measure α and ε to determine PC.
s
If PC (T , t ) ≥ PC (T , t ) the absorber surface is qualified with respect to its thermal stability.
3 3 1 1
7.4.4 If t ≤ 150 h or if the absorber substrate is made of aluminium proceed by using Table C.3 to
determine the testing time t which corresponds to the previously determined t value for the second
2 1
testing temperat
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 22975-3
Première édition
2014-07-01
Énergie solaire — Composants et
matériaux du collecteur —
Partie 3:
Durabilité de la surface de l’absorbeur
Solar energy — Collector components and materials —
Part 3: Absorber surface durability
Numéro de référence
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ISO 2014
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Publié en Suisse
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Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Exigences et classification . 2
5 Méthodes d’essai d’évaluation des propriétés de matériau en tant que mesure des
performances d’absorbeur . 4
5.1 Prélèvement et préparation des éprouvettes d’essai . 4
5.2 Conditionnement d’échantillon . 4
5.3 Absorptance solaire . 4
5.4 Émissivité thermique . 4
5.5 Adhérence . 4
6 Essais d’évaluation de la stabilité thermique des surfaces d’absorbeur .4
6.1 Principe . 4
6.2 Appareillage. 6
6.3 Mode opératoire pour l’exécution d’essais à températures élevées . 7
6.4 Mode opératoire de qualification . 7
7 Essais de détermination de la résistance vis-à-vis de l’eau condensée sur les
surfaces d’absorbeur . 8
7.1 Principe . 8
7.2 Appareillage. 9
7.3 Mode opératoire pour l’exécution des essais à condensation constante . .10
7.4 Mode opératoire de qualification .10
8 Essai de détermination de la résistance à la corrosion d’une surface d’absorbeur vis-à-vis
de l’air présentant une forte humidité et contenant du dioxyde de soufre .11
8.1 Principe .11
8.2 Appareillage.12
8.3 Éprouvette d’essai témoin .13
8.4 Mode opératoire pour l’exécution d’essais de corrosion dans de l’air à forte humidité
contenant du dioxyde de soufre .13
8.5 Détermination des plus courtes durées avant défaillance acceptables à l’aide
d’éprouvettes d’essai témoins.14
8.6 Mode opératoire de qualification .14
9 Rapport .15
Annexe A (normative) Mode opératoire pour la détermination de l’absorption solaire et de
l’émissivité thermique des surfaces d’absorbeur .16
Annexe B (normative) Caractéristiques de température et de durée avant défaillance obtenues
lors de l’évaluation de la stabilité thermique d’une surface d’absorbeur.20
Annexe C (normative) Caractéristiques de température/de condensation et de durée avant
défaillance ainsi que principe de qualification lors de l’évaluation de la résistance vis-à-
vis de l’eau condensée sur la surface d’absorbeur .26
Annexe D (informative) Conceptions appropriées pour l’appareillage à utiliser pour l’essai de
qualification des surfaces d’absorbeur solaire .29
Bibliographie .32
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne
la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/CEI, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/CEI, Partie 2, www.iso.
org/directives.
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant les
références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de l’élaboration
du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou sur la liste ISO des déclarations de brevets reçues,
www.iso.org/patents.
Les éventuelles appellations commerciales utilisées dans le présent document sont données pour
information à l’intention des utilisateurs et ne constituent pas une approbation ou une recommandation.
Pour une explication de la signification des termes et expressions spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de
la conformité, aussi bien que pour des informations au-sujet de l’adhésion de l’ISO aux principes de l’OMC
concernant les obstacles techniques au commerce (OTC) voir le lien suivant: Foreword – Supplementary
information.
Le comité chargé de l’élaboration du présent document est l’ISO/TC 180, Énergie solaire.
L’ISO 22975 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Énergie solaire — Composants
et matériaux d’un capteur d’énergie solaire:
— Partie 3: Durabilité de la surface d’absorbeur
Les parties suivantes sont en cours de préparation:
— Partie 1: Tubes sous vide ― Durabilité et performance
— Partie 2: Caloduc pour application thermique solaire — Durabilité et performance
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Introduction
De manière à sélectionner, utiliser et entretenir efficacement un matériau dans une application donnée,
sa dégradation dans des conditions de service doit être prédite avant l’utilisation. De préférence, il
convient que la durabilité du matériau soit exprimée quantitativement en termes de durée de vie
en service attendue. La durabilité dans ce cas correspond à l’aptitude d’un matériau à résister à une
détérioration provoquée par les facteurs externes environnementaux, qui sont susceptibles d’influencer
les performances du matériau dans des conditions de service. La durée de vie en service est définie
comme étant la période de temps après l’installation au cours de laquelle des propriétés de matériau
spécifiques importantes pour les performances du matériau respectent ou vont au-delà des valeurs
minimales acceptables.
La durée de vie en service d’un matériau dépend par conséquent non seulement de ses propriétés
physiques et chimiques, mais également de son exigence de performance dans l’application considérée
ainsi que des facteurs externes environnementaux, qui sont susceptibles d’influencer les performances
dans les conditions de service. Au cours du travail de conception, l’aspect le plus important est de vérifier
si un matériau particulier est susceptible de dépasser une certaine valeur de durée de vie en service,
aussi appelée durée de vie en service de conception; cette dernière est fixée par des considérations de
coût au cours de la durée de vie en prenant en compte le système total. L’évaluation de la durée de vie
en service peut être basée sur des données de retour d’informations issues de la pratique ou sur des
résultats provenant de ce que l’on appelle les essais de qualification ou d’acceptation de la durabilité.
Le présent mode opératoire de qualification recommandé applicable à la durabilité de la surface des
absorbeurs solaires est fondé sur la réalisation d’une série d’essais de durabilité de courte durée. Au
cours d’un essai, les performances optiques de la surface d’absorbeur soumise à essai sont déterminées
en mesurant son absorptance solaire et son émissivité thermique. A partir de la perte de performances
optiques de la surface d’absorbeur, sa durée avant défaillance lors de l’essai effectué est évaluée et
comparée à la plus courte durée avant défaillance acceptable établie par la durée de vie en service
de conception de l’absorbeur. La durée de vie en service de conception, l’exigence de performances
définissant la durée avant défaillance en termes de perte de performances optiques, la classification
de type et les niveaux de contrainte environnementale sont établis avec l’hypothèse que la surface
d’absorbeur soumise à essai sera installée sur un capteur solaire plan aéré destiné à être utilisé dans des
systèmes de production d’eau chaude sanitaire et systèmes combinés ou dans des conditions similaires
de fonctionnement.
Le mode opératoire de qualification recommandé peut être utilisé de façon avantageuse lors du
développement et de la validation de nouveaux types de surface d’absorbeur. A partir des résultats
des essais, il est possible de conclure sur le degré de probabilité selon lequel une surface d’absorbeur
soumise à essai peut satisfaire à l’exigence pour une durée de vie en service acceptable également en
pratique. Il a été démontré que le mode opératoire d’essai de durabilité recommandé donne des résultats
qui sont en assez bonne concordance, aussi bien sur le plan qualificatif que quantitatif, avec ce qui est
actuellement observé sur les surfaces d’absorbeurs soumises à essai sur de plus longues périodes de
temps dans des capteurs solaires fonctionnant dans des conditions correspondant à celles de systèmes
types de production d’eau chaude sanitaire ou de système combiné. Néanmoins, si l’absorbeur soumis à
essai ne peut pas être qualifié par la présente procédure une recherche plus complète sur la durabilité
est recommandée et peut toujours mener à une qualification.
La présente procédure comprend trois parties pour soumettre à essai l’absorbeur en ce qui concerne
sa stabilité contre des températures élevées, de fortes humidité et condensation et contre la corrosion
générées par le dioxyde de soufre atmosphérique. Les trois parties sont indépendantes et peuvent être
évaluées individuellement.
NORME INTERNATIONALE ISO 22975-3:2014(F)
Énergie solaire — Composants et matériaux du
collecteur —
Partie 3:
Durabilité de la surface de l’absorbeur
1 Domaine d’application
La présente partie de l’ISO 22975 est applicable à la détermination du comportement à long terme et
de la durée de vie en service des absorbeurs solaires sélectifs destinés à être utilisés dans des capteurs
solaires plan aéré fonctionnant dans des conditions correspondant à celles de systèmes solaires de types
de production d’eau chaude sanitaire ou de système combiné.
La présente partie de l’ISO 22975 spécifie un critère de défaillance d’un absorbeur solaire basé sur
des modifications des performances optiques de l’absorbeur. Les propriétés optiques concernées sont
l’absorptance solaire et l’émissivité thermique.
La présente partie de l’ISO 22975 spécifie des modes opératoires d’essai de durabilité focalisés sur la
résistance aux températures élevées et de la condensation d’eau sur la surface d’absorbeur autant que la
résistance à une forte humidité en présence de dioxyde de soufre.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants, en tout ou partie, sont référencés de manière normative dans le
présent document et sont indispensables à son application. Pour les références datées, seule l’édition
citée s’applique. Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique
(y compris les éventuels amendements).
ISO 4624, Peintures et vernis — Essai de traction
ISO 8407, Corrosion des métaux et alliages — Élimination des produits de corrosion sur les éprouvettes
d’essai de corrosion
ISO 9050, Verre dans la construction — Détermination de la transmission lumineuse, de la transmission
solaire directe, de la transmission énergétique solaire totale, de la transmission de l’ultraviolet et des
facteurs dérivés des vitrages
ISO 10062, Corrosion des métaux et alliages — Essais de corrosion en atmosphère artificielle à très faible
concentration en gaz polluants
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.
3.1
durée de vie en service
durée d’exposition dans des conditions de service qui s’est écoulée depuis l’installation et au cours de
laquelle la surface d’absorbeur est censée satisfaire à l’exigence de performances
3.2
durée avant défaillance
durée d’exposition lors de l’essai à laquelle la limite d’exigence de performances est atteinte
3.3
absorptance solaire, α
s
fraction de l’énergie du rayonnement solaire absorbée par une surface d’absorbeur
3.4
émissivité thermique, ε
rapport entre l’énergie par unité de surface rayonnée par une surface à une température donnée et de
l’énergie correspondante rayonnée par un corps noir parfait à la même température
3.5
fonction de critère de performances
PC
modification de performances d’une surface d’absorbeur en termes de modifications de l’absorptance
solaire et de l’émissivité thermique
4 Exigences et classification
4.1 Pour une classification de la durabilité de la surface d’absorbeur, l’exigence de performances
suivante doit s’appliquer:
PC=−ΔΔαε+≤05,,00 05 (1)
s
où
Δα est la modification de l’absorptance solaire définie comme
s
Δα = α − α (2)
s s,t s,i
avec α égal à la valeur de l’absorptance solaire à l’instant réel de l’essai ou en service, et
s,t
avec α égal à la valeur initiale de l’absorptance solaire
s,i
où
Δε est la modification de l’émissivité thermique
Δε = ε − ε (3)
t i
avec ε égal à la valeur de l’émissivité thermique à l’instant réel de l’essai ou en service et
t
avec ε égal à la valeur initiale de l’émissivité thermique.
i
NOTE 1 Cette fonction de critère de performances est principalement fondée sur la moyenne des valeurs des
[4]
performances des systèmes solaires types de production d’eau chaude sanitaire et des systèmes combinés.
Cependant, dans le mode opératoire d’essai de la Tâche 10 de l’Agence sur l’Energie Internationale, l’IEA, il est fait
référence à une définition légèrement différente de PC, à savoir PC = -Δα – 0,25 × Δε. Toutefois, les recherches
s
menées par le groupe MSTC de l’IEA ont démontré qu’un facteur de pondération de 0,5 pour l’émissivité thermique
[9]
est plus approprié.
NOTE 2 Il est possible d’utiliser des valeurs supérieures pour la fonction PC si cela est jugé plus approprié.
Il convient d’interpréter PC < 0,10 comme l’acceptation du fait que les performances optiques de la surface
d’absorbeur et, par conséquent également les performances du système solaire de production d’eau chaude
sanitaire et systèmes combinés peuvent être réduites à un niveau égal à 90 % de leur valeur d’origine au cours de
[4]
la durée de vie en service.
4.2 Avant l’essai de durabilité d’une surface d’absorbeur, toutes les éprouvettes d’essai, prélevées et
préparées comme spécifié en 5.1, doivent être caractérisées par rapport à leur valeur d’absorptance
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solaire, déterminée comme spécifié en 5.2, et par rapport à leur valeur d’émissivité thermique, déterminée
comme spécifié en 5.3.
Pour être qualifié pour les essais, l’ensemble d’éprouvettes d’essai doit présenter un écart-type sur les
valeurs déterminées d’absorptance solaire inférieur à 0,01 et un écart-type sur les valeurs déterminées
d’émissivité thermique inférieure à 0,04.
4.3 Pour les surfaces d’absorbeur revêtues, trois éprouvettes d’essai supplémentaires doivent être
préparées et l’adhérence du revêtement sur ces éprouvettes d’essai doit être évaluée, comme spécifié en
5.5.
Pour qualifier l’absorbeur pour les essais, l’adhérence du revêtement doit être > 0,15 MPa pour toutes les
éprouvettes d’essai (ISO 4624).
NOTE Si cela est jugé pas suffisamment précis, l’adhérence du revêtement peut être évaluée par une méthode
[1]
plus simple. La méthode de l’ISO 2409 peut être utilisée et l’exigence applicable à une adhérence satisfaisante
doit être fixée à la classification 1. A titre d’alternative, il est possible d’utiliser certaines méthodes appropriées
[2]
de l’ISO 2819.
4.4 Pour qualifier une surface d’absorbeur par rapport à sa stabilité thermique, le mode opératoire
d’essai de durabilité comme spécifié dans l’Article 6 doit être appliqué.
Une surface d’absorbeur ayant une stabilité thermique suffisante doit satisfaire à l’exigence applicable
aux résultats d’essai comme spécifié en 6.4.
4.5 Pour qualifier une surface d’absorbeur par rapport à sa résistance vis-à-vis de l’eau condensée
lorsque l’absorbeur est utilisé dans un capteur solaire non étanche à l’air, l’aération du capteur solaire
étant plus ou moins incontrôlée, le mode opératoire d’essai de durabilité comme spécifié dans l’Article 7
doit être appliqué.
Une surface d’absorbeur ayant une résistance suffisante vis-à-vis de l’eau condensée doit satisfaire aux
exigences applicables aux résultats d’essai comme spécifié en 7.4.
4.6 S’il convient de qualifier une surface d’absorbeur par rapport à sa résistance vis-à-vis d’un dommage
causé par le dioxyde de soufre qui est un polluant atmosphérique, le mode opératoire d’essai de durabilité
comme spécifié dans l’Article 8 doit être appliqué (optionnellement).
Une surface d’absorbeur peut être qualifiée, en vue d’une utilisation, en deux classes de capteurs solaires,
les deux classes représentant des classes différentes de sévérité de la corrosivité atmosphérique.
Capteur solaire de type A: Capteur solaire étanche à l’air ou capteur solaire disposant d’une aération
contrôlée dans l’espace entre la surface d’absorbeur et la plaque de couverture. En haut et en bas du
cadre du capteur solaire, il convient de ménager des orifices d’aération. La corrosivité atmosphérique
au niveau de la partie inférieure du capteur solaire dans des conditions de service peut de manière
caractéristique correspondre à une vitesse de corrosion du zinc de 0,1 g/m par an.
Capteur solaire de type B: Capteur solaire non étanche à l’air disposant d’une aération dans le capteur
solaire plus ou moins incontrôlée. La corrosivité atmosphérique au niveau de la partie inférieure du
capteur solaire dans des conditions de service correspond à une vitesse de corrosion du zinc de 0,3 g/m
par an.
Une surface d’absorbeur ayant une résistance suffisante vis-à-vis d’un dommage causé par le dioxyde de
soufre présent dans l’air ayant une forte humidité, que ce soit uniquement pour un capteur de type A ou
pour aussi bien un capteur solaire de type A qu’un capteur solaire de type B, doit satisfaire aux exigences
applicables aux résultats d’essai comme spécifié en 8.6.
5 Méthodes d’essai d’évaluation des propriétés de matériau en tant que mesure
des performances d’absorbeur
5.1 Prélèvement et préparation des éprouvettes d’essai
Pour l’essai de durabilité, des échantillons d’essai ayant une surface d’absorbeur de préférence de
(50 × 50) mm doivent être préparées. Le prélèvement à partir de plus grands morceaux de plaque
d’absorbeur doit être effectué de manière à réduire le plus possible la variation sur les propriétés
optiques entre les différentes éprouvettes d’essai. Trois échantillons d’essai supplémentaires sont
également requis pour l’évaluation de l’adhérence du revêtement d’échantillons d’essai non âgés. Afin
de pouvoir effectuer le programme d’essais de durabilité de ce mode opératoire recommandé dans son
intégralité, un minimum de 18 échantillons d’essai est requis.
5.2 Conditionnement d’échantillon
Déterminer la moyenne de l’absorptance solaire et la moyenne de l’émissivité thermique de trois
échantillons. Déterminer la température maximale possible de l’absorbeur pour le capteur couvert par
un revêtement anti-réflexion (AR) conformément au Tableau B.1. Mettre tous les 18 échantillons à cette
température maximale de l’absorbeur pendant au moins 5 h avec un appareil similaire à celui décrit en
6.2. Soumettre à essai trois échantillons d’essai pour l’adhérence conformément à 5.5 et procéder avec
les 15 autres échantillons d’essai si l’essai est un succès.
5.3 Absorptance solaire
Déterminer la valeur de l’absorptance solaire pour chacune des 15 échantillons d’essai à partir des
mesures de réflectance comme spécifié en A.1. Pour l’ensemble complet d’échantillons d’essai, calculer
également la valeur moyenne et l’écart-type de l’absorptance solaire.
5.4 Émissivité thermique
Déterminer également la valeur de l’émissivité thermique pour chacun des 15 échantillons d’essai comme
spécifié en A.2. Pour l’ensemble complet d’échantillons d’essai, calculer également la valeur moyenne et
l’écart-type de l’émissivité thermique.
5.5 Adhérence
Déterminer l’adhérence du revêtement de l’absorbeur conformément à l’ISO 4624, (utiliser la méthode
générale d’essai applicable aussi bien aux substrats rigides qu’aux substrats déformables qui sont
sélectionnés pour l’assemblage d’essai et utiliser des cylindres d’essai présentant un diamètre de
20 mm), soit au moyen d’une méthode plus simple de l’évaluation d’adhérence (voir 4.3) et procéder
comme spécifié dans la norme appropriée.
6 Essais d’évaluation de la stabilité thermique des surfaces d’absorbeur
6.1 Principe
6.1.1 De nombreux secteurs d’application techniques utilisent fréquemment le vieillissement à
température élevée pour l’évaluation de la stabilité thermique des matériaux. Une température élevée
accélère tous les types de processus, ce qui conduit normalement à une augmentation de la vitesse de
dégradation des matériaux. Pour un revêtement d’absorbeur sélectif composé de petites particules
métalliques, une température élevée accentue l’oxydation du métal, diminuant principalement
l’absorptance du revêtement.
6.1.2 Une fois installée dans un capteur solaire plan à vitrage simple, une surface d’absorbeur est
exposée à une température qui peut varier fortement, pouvant aller dans les cas extrêmes de - 20 °C à
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plus de 200 °C. A titre de mesure du niveau de sollicitation thermique, la température moyenne effective,
T , sur une année de service pour une surface d’absorbeur est utilisée ici. Elle est définie par l’équation
eff
suivante:
T
max
E E
   
−−11
T T
expe− T =−xp Tf TTd (4)
()
eff
   
∫
R R
   
T
min
où
f(T) est une fonction de fréquence sur base annuelle pour la température de service de la surface
d’absorbeur dans un capteur solaire, ce qui représente la fraction de temps sur une année où
la température de service se trouve dans l’intervalle de T à T+dT;
T est la température de service maximale de la surface d’absorbeur dans un capteur en kelvin
max
(K);
T est la température de service minimale de la surface d’absorbeur dans un capteur en kelvin
min
(K);
E est l’énergie d’activation d’Arrhenius exprimant la dépendance entre température et réaction
T
de dégradation thermique de la surface d’absorbeur;
R est la constante de la loi des gaz parfaits égale à 8,314 J/(mol·K).
6.1.3 La fonction de fréquence sur base annuelle f(T) est déterminée par la charge climatique externe
agissant sur le capteur solaire ainsi que par les propriétés optiques de la surface d’absorbeur solaire et du
vitrage.
Dans ce mode opératoire recommandé, il est supposé que le capteur solaire se trouve dans des conditions
de fonctionnement sur 11 mois d’une année et qu’il produit ensuite de l’eau sanitaire pendant la journée
lorsque la température du capteur solaire dépasse 40 °C. Pendant un mois d’une année, au cours de l’été, le
capteur solaire se trouve dans des conditions de stagnation. D’un point de vue du vieillissement thermique,
ce n’est qu’au cours de journées ensoleillées, lorsque le capteur solaire se trouve en stagnation, que la
sollicitation en température sur la surface d’absorbeur solaire entraînera une dégradation thermique
significative. La sollicitation thermique de référence ou la fonction de fréquence de température, sur une
année, représentant les conditions de service dans ce mode opératoire recommandé, correspond par
conséquent à 30 journées ensoleillées lorsque le capteur solaire se trouve en stagnation, voir Figure B1.
La sollicitation en température sur la surface d’absorbeur solaire dépend également des propriétés
optiques de la surface d’absorbeur et par conséquent de la température de surface d’absorbeur
solaire maximale au cours des conditions de stagnation. Dans ce mode opératoire recommandé, la
température de surface d’absorbeur solaire maximale est déterminée à partir de l’absorptance solaire
et de l’émissivité thermique au moyen d’interrelations représentées dans le Tableau B1. Par la suite,
la sollicitation thermique de référence en termes de température moyenne effective est calculée, ci
après, en fonction de l’énergie d’activation pour la dégradation thermique en utilisant la température de
surface d’absorbeur maximale.
NOTE Si une autre fonction de fréquence de température est jugée plus appropriée, elle peut être utilisée
pour représenter les conditions de service. La nouvelle température moyenne effective correspondant à une
énergie d’activation spécifique peut être calculée à l’aide de la Formule (4).
6.1.4 Pour évaluer la stabilité thermique de la surface d’absorbeur, des essais de courte durée,
accentuant la dégradation thermique de la surface d’absorbeur à une température constante élevée, sont
effectués. Pour convertir la durée de vie en service de 25 années en la plus courte durée avant défaillance
acceptable, t , pour un essai à température constante à effectuer à la température T , la fonction de
R R
transformation de durée suivante est utilisée:
 E 
−−11
T
t =×25 8760exp −−TT (5)
( )
R effR
 
R
 
où
T est la température moyenne effective de la surface d’absorbeur définie par la Formule (4), en
eff
kelvin (K).
La température moyenne effective variera avec l’énergie d’activation et par conséquent variera également
avec la plus courte durée avant défaillance acceptable pour un essai mené à une température constante
spécifique.
6.1.5 Pour déterminer si une surface d’absorbeur est qualifiée ou non, il est nécessaire de disposer de
résultats provenant d’essais menés à au moins deux températures constantes différentes à moins que les
performances optiques de la surface d’absorbeur solaire soumise à essai ne soient altérées au cours du
premier essai. Le principe de qualification et les conditions pour les essais de température sont donnés
respectivement aux Figures B.2 à B.4 et dans le Tableau B.2.
6.2 Appareillage
6.2.1 La chambre d’essai à utiliser pour l’évaluation de la stabilité thermique de la surface d’absorbeur
doit être conçue de sorte que:
a) Les essais à température constante puissent être effectués jusqu’à une température d’au moins
380°C;
NOTE 1 Il est recommandé d’utiliser les chambres d’essai dotées d’un chauffage par circulation d’air plutôt
que celles dotées d’un chauffage radiatif, car la différence de température entre le capteur et les échantillons
d’essai sera inférieure du fait que la température régnant dans les chambres d’essai du premier type est plus
uniforme.
NOTE 2 Lorsque des fours radiatifs sont utilisés, la température des échantillons d’essai et la température
du capteur de température dépendent fortement de l’échange de rayonnement avec le dispositif de chauffage
et par conséquent dépendent également de leurs propriétés optiques. Dans ce cas, il est préférable de mesurer
la température de l’échantillon d’essai pour un contrôle du chauffage.
b) La température est maintenue constante à ±1°C près après avoir atteint des conditions stabilisées
après le début de l’essai;
NOTE 3 Même si la variation de la température autour de la température de consigne est symétrique, cela
augmente la température moyenne effective pour la dégradation thermique.
c) La température au sein de la chambre est par conséquent uniforme du fait que la variation entre
les échantillons d’absorbeur soumis à essai simultanément se trouve dans la plage de ± 1 °C, voir
NOTE 1 et 2;
d) Au cours du refroidissement de la chambre après une exposition aux températures élevées, la
vitesse de diminution de température doit être supérieure ou égale à 10°C/min (à partir de 200 °C
jusqu’à 100 °C). Si la chambre ne satisfait pas à cette exigence, les échantillons d’essai doivent être
immédiatement retirés de la chambre après que la durée d’essai spécifiée s’est écoulée, voir 6.3.4.
6.2.2 Les instruments de mesure des propriétés optiques des surfaces d’absorbeur conformes aux
exigences sont spécifiés à l’Annexe A.
6.2.3 Appareil de traction et cylindres d’essai destinés au mesurage de l’adhérence du revêtement
d’absorbeur conformément à l’ISO 4624 comme spécifié en 5.5. Si une méthode plus simple d’évaluation
de l’adhérence est utilisée, voir 4.3, utiliser un équipement conforme aux exigences données dans la
norme applicable pour l’évaluation de l’adhérence.
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6.3 Mode opératoire pour l’exécution d’essais à températures élevées
6.3.1 Sélectionner trois échantillons d’essai de surface d’absorbeur présentant une absorptance solaire
et une émissivité thermique connues et étant qualifiés pour les essais conformément à 4.2.
6.3.2 Augmenter la température de la chambre d’essai pour atteindre le niveau spécifiée de l’essai.
Après avoir atteint cette température, placer les échantillons d’essai qui sont à température ambiante
dans la chambre d’essai.
6.3.3 Laisser les échantillons d’essai à ce niveau de température pendant la durée d’essai spécifiée.
6.3.4 Après écoulement de la durée d’essai spécifiée ou en cas d’interruption du mesurage de l’ampleur
de la dégradation, diminuer la température de la chambre d’essai à la température ambiante. Il convient
que le taux de refroidissement soit d’au moins – 10 K/min jusqu’à ce que la température chute à 40 °C ou
à 100 K en dessous de la température d’essai, la première rencontrée étant retenue.
Si la chambre d’essai ne satisfait pas à l’exigence de vitesse de refroidissement minimale comme
spécifiée ci-dessus, les échantillons d’essai doivent immédiatement être retirés de la chambre d’essai
après l’écoulement de la période d’essai spécifiée. Après avoir été retirées de la chambre d’essai, les
échantillons d’essai chauds doivent être placés sur un matériau thermiquement isolant afin de réduire le
plus possible les dommages, qui sont susceptibles de résulter du choc thermique subi par les échantillons
d’essai lorsqu’ils sont exposés à un refroidissement.
6.3.5 Déterminer l’absorptance solaire et l’émissivité thermique des échantillons d’essai comme
spécifié à l’Annexe A.
6.3.6 A partir des nouvelles valeurs d’absorptance solaire et d’émissivité thermique des échantillons
d’essai, calculer la valeur de la fonction PC pour chaque plaquette soumise à essai à l’aide de la Formule (1).
Calculer également la valeur moyenne de la fonction PC pour les différents échantillons d’essai.
6.3.7 En cas d’interruption de l’essai uniquement pour le mesurage de l’ampleur de la dégradation,
réintroduire les échantillons d’essai après le mesurage dans la chambre climatique après stabilisation des
conditions d’essai stabilisées aux niveaux spécifiés.
6.4 Mode opératoire de qualification
6.4.1 A partir des valeurs moyennes de l’absorptance solaire et de l’émissivité thermique de la surface
d’absorbeur solaire à soumettre à essai, déterminer la température de surface d’absorbeur maximale
attendue T à l’aide du Tableau B.1 pour le cas de revêtement anti-réflexion (AR) (ligne 1 du Tableau B.1);
max
voir également Figure B.2.
6.4.2 A partir de la valeur T , déterminer la température T du premier essai à effectuer à l’aide du
max 1
Tableau B.2.
6.4.3 Effectuer l’essai sur un ensemble de trois échantillons d’essai, comme spécifié en 6.3, à la
température T et mesurer α et ε après les durées d’essai de 18, 36, 75, 150, 300 et 600 h ou encore
1 s
jusqu’à ce que PC ≥ 0,05 soit atteint. Si PC > 0,05 après 18 h d’essai, la surface de l’absorbeur solaire n’est
pas qualifiée par rapport à sa stabilité thermique. Dans tous les autres cas, introduire la durée t , qui
correspond à la dernière durée d’essai/de mesurage avec PC ≤ 0,05.
6.4.4 Si PC ≤ 0,015 après 600 h d’essai, vérifier si la surface d’absorbeur satisfait à l’exigence d’adhérence
comme spécifié en 5.5. Si l’exigence d’adhérence est satisfaite, la surface de l’absorbeur est qualifiée par
rapport à sa stabilité thermique.
6.4.5 Si t ≥ 300 h et PC > 0,015, vérifier si la surface d’absorbeur satisfait à l’exigence d’adhérence
comme spécifié en 5.5. Si l’exigence d’adhérence est satisfaite, procéder comme suit: Utiliser le Tableau B.2
pour déterminer la valeur T qui correspond à la valeur T précédemment déterminée. Déterminer
3 max
également à partir du Tableau B.2, la durée d’essai t qui correspond à la valeur t précédemment
3 1
déterminée; voir également la Figure B.3.
Avec un nouvel ensemble de trois échantillons d’essai, réaliser un essai à T pendant une durée t et
3 3
mesurer α et ε pour déterminer PC.
s
Si PC (T , t ) ≥ PC (T , t ), la surface d’absorbeur est qualifiée par rapport à sa stabilité thermique.
3 3 1 1
6.4.6 Si t ≤ 150 h, procéder en utilisant le Tableau B.2 pour déterminer la valeur T qui correspond à la
1 2
valeur T précédemment déterminée. Déterminer également à partir du Tableau B.2, la durée de l’essai
max
t qui correspond à la valeur t précédemment déterminée; voir également la Figure B.4.
2 1
Avec un nouvel ensemble de trois échantillons d’essai, réaliser un essai à T pendant une durée t et
2 2
mesurer α et ε pour déterminer PC.
s
Si PC (T , t ) ≤ PC (T , t ), vérifier si la surface d’absorbeur satisfait à l’exigence d’adhérence comme
2 2 1 1
spécifié en 5.5. Si l’exigence d’adhérence est satisfaite, la surface de l’absorbeur est qualifiée par rapport
à sa stabilité thermique.
7 Essais de détermination de la résistance vis-à-vis de l’eau condensée sur les
surfaces d’absorbeur
7.1 Principe
7.1.1 La présence d’une forte humidité et d’eau condensée sur des matériaux peut déclencher de
nombreux types de réactions de dégradation. Des revêtements d’absorbeur sélectifs composés d’oxydes
inorganiques peuvent parfois subir des réactions d’hydratation augmentant l’émissivité thermique
du revêtement. Une forte humidité doit prévaloir pour qu’une corrosion électrochimique survienne,
provoquant une oxydation du métal et une possible diminution des performances optiques du revêtement.
7.1.2 Comme le coffre d’un capteur solaire plan est habituellement aéré, cela signifie que la surface
d’absorbeur se trouve en contact avec l’air ambiant. L’humidité présente dans l’air ambiant entre par
conséquent dans le capteur solaire et la température à l’intérieur du capteur solaire est parfois si faible
par rapport au taux d’humidité qu’une condensation d’eau a lieu. Certains capteurs ne sont pas rendus
étanches vis-à-vis de l’eau de pluie, ce qui signifie qu’une surface d’absorbeur doit résister à des périodes
d’exposition dans des atmosphères très humides au cours de sa durée de vie en service. Il convient par
conséquent qu’une surface d’absorbeur qualifiée conformément à ce mode opératoire résiste à une charge
d’humidité représentative pour un capteur solaire non étanche à l’air ayant une aération plus ou moins
incontrôlée dans le capteur solaire.
La fraction de temps sur une année, où l’humidité relative de l’air dans l’espacement entre l’absorbeur et
la plaque de couverture dépasse 99 %, est utilisée en tant que mesure de la sévérité de l’humidité dans
les conditions de service. Cependant, la sévérité dépend également de la température moyenne effective
au cours de ces périodes à forte humidité. La température moyenne effective au cours de conditions de
forte humidité est définie par la Formule (4). Dans ce cas, la Formule (3) contiendra par conséquent les
paramètres donnés ci-dessous ayant les significations suivantes:
f (T) est la fonction de fréquence sur base annuelle pour la température de service d’une surface
H
d’absorbeur dans le capteur solaire lorsque le taux d’humidité relative dépasse 99 %, ce qui correspond
à la fraction de temps sur une année où la température de service se trouve dans l’intervalle de T à T + dT
et où le taux d’humidité relative dépasse 99 %.
T est la température de service maximale, en kelvin (K), de la surface d’absorbeur dans le capteur
H,max
solaire, lorsque le taux d’humidité relative dépasse 99 %.
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T est égale à 273,15 K, du fait qu’en dessous de cette température, de la glace est formée sur la
H,min
surface d’absorbeur.
E est l’énergie d’activation d’Arrhenius, exprimant la dépendance entre la température et l’éventuelle
H,T
réaction de dégradation de la surface d’absorbeur causée par l’action de l’eau condensée.
La fonction f (T) de ce mode opératoire recommandé est représentée sur la Figure C.1.
H,
NOTE Si d’autres données humidité/température sont jugées plus appropriées, elles peuvent être utilisées
pour représenter les conditions de service. Les nouvelles températures moyennes effectives pour les valeurs
d’énergie d’activation spécifiques peuvent être calculées à l’aide de la Formule (3).
7.1.3 Pour évaluer la résistance vis-à-vis de l’eau condensée sur une surface d’absorbeur, des essais
de courte durée à différentes températures de surface d’absorbeur sont effectués. Pour obtenir une
condensation d’eau constante sur la surface d’absorbeur au cours de l’essai, l’air environnant est maintenu
à une température de 5 K au-dessus de la température de la surface d’absorbeur et à une humidité relative
de 95 %. De manière à convertir la durée de vie en service, établie à 25 années, en la plus courte durée
avant défaillance acceptable pour un essai de courte durée, la Formule (4), est également appliquée ici.
La plus courte durée avant défaillance acceptable, en fonction de l’énergie d’activation, est représentée
pour une série d’essais à condensation constante sur la Figure C.2.
7.1.4 Pour déterminer si une surface d’absorbeur est qualifiée ou non, il est nécessaire de disposer
de résultats provenant d’au moins deux essais différents à condensation constante effectués à deux
températures différentes. Pour ce mode opératoire recommandé, il est nécessaire d
...