太阳能光热项目

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1、科研计划书科研计划书题目：耐候性太阳能选择性光热吸收涂层的制备和产业化研究一．立题依据（一）课题的背景和意义随着世界范围内的能源短缺和人们环保意识的增强，新能源和可再生能源技术将是21世纪世界经济发展中最具有决定性影响的技术领域之一，而太阳能作为取之不尽同时又是生态学上纯净的和不改变地球上燃料平衡的能源，有着能源总量大，容易实现小型化的优点，被认为是21世纪最重要的新能源。太阳能光热系统是成熟适用、清洁环保的重要新能源技术，其应用推广对满足能源增长需要、保护环境、实现可持续发展具有重要作用。近年来，我国在推广太阳能热水器方面取得了引人瞩目的成就。我国太阳能热水器推广占世

2、界太阳能热水器推广总量的70%，已成为“世界太阳能应用总量第一大国”。我国大多数地区都明确要求12层以下建筑要全面推广和配置太阳能热水系统，这为太阳能应用提供了巨大的发展空间，太阳能产业也将因此迎来新的发展契机。太阳能热水系统集热器种类主要有平板型和全玻璃真空管型两大类。在城市建筑中，真空管产品在安装高度，公共安全，管道，质量以及市容建设等方面遇到的瓶颈问题日益突显。平板太阳能集热器比全玻璃真空管集热器在系统结构、寿命、系统维护与建筑物结合等方面具有明显优势。并且国家政策要求建筑全面推广和配置太阳能热水系统，因此，平板耐候性太阳能光热产业具有极其巨大的发展空间。太阳能集

3、热器的核心功能材料是太阳能选择性吸收涂层（SolarSelectiveAbsorbingCoatings，以下简称SSAC)，其吸收表面能最大限度地吸收太阳辐射，同时又能最小化本身的特征热辐射损失。SSAC的示意性结构如图一（a）所示。它由在基体上沉积的多层薄膜组成，其基本结构包括红外反射层、吸收层和减反层。红外反射层是一层金属薄膜，其作用是把吸收层的红外辐射反射回去，使其被二次吸收，减少涂层向外的热辐射。吸收层是主功能层，一般由具有成分梯度的金属陶瓷（Cermet）复合材料组成，其金属成分梯度沿向上的厚度方向递减。这种材料利用陶瓷和金属各自对太阳辐射能的优化吸收波谱，

4、达到取长补短的整体优化效果。减反层是靠近最表面的一层薄膜，其组成材料一般是透射率较高的陶瓷材料（如非晶的二氧化硅和氮化硅等），能提高涂层对太阳能辐射的吸收率。在某些系统里基体和红外反射层之间还镀有一层扩散阻隔层（氧化物薄膜），用以减少两者之间原子的互扩散，提高系统的耐久性和稳定性。很显然，这种结构具有梯度化的光学性能。从涂层表面到基体，材料的光折射系数逐渐增大，这样能够减小光反射和涂层向外的热发射，增加光热吸收效率，此即选择性吸收的光学机制。(b)金属成分递减金属成分递减(b)基体兼红外反射层吸收层（金属陶瓷层）兼扩散阻隔层减反层扩散阻隔层红外反射层减反层基体吸收层（金

5、属陶瓷层）(a)图一：太阳能选择性吸收涂层(SolarSelectiveAbsorbingCoatings，简称SSAC)的基本结构。（a）由四层薄膜组成的SSAC;(b)由两层薄膜结合起红外反射作用的金属基体构成的SSAC。图一(b)中显示了考虑经济化因素后简化的涂层结构。这种结构用具有高红外反射性的金属基体起到红外反射层的作用，在基体上溅射特殊的金属陶瓷层起到选择性光热吸收和阻碍基体原子扩散的双重作用（如在铜基体上溅射非化学配比的过渡金属氮化物层），最后在金属陶瓷层上溅射沉积一层减反层。这种双层的SSAC结构，可以用相对简单的直流孪生靶真空溅射镀膜工艺制备，比四层的

6、SSAC结构更适宜于工业化生产。在太阳能吸收率和辐射损失率相当或相差不大的情况下，它无疑是更优的平板SSAC涂层的工程解决方案。（一）研究现状新一代太阳能集热器技术正向高温，平板过渡，对太阳能选择性吸收涂层也提出了更高的要求，其中对涂层耐候性的要求尤其苛刻。目前国内市场太阳能集热器上的光热涂层有如下几种制备工艺：1．阳极氧化法：将铝片置于稀磷酸溶液中阳极氧化至表面形成多孔氧化膜，然后在硫酸镍或硫酸亚锡溶液中交流电解，镍（锡）离子还原沉积于氧化的孔隙中，形成具有选择性吸收的表面。该法是属于化学镀的方法，产品生产过程中的废液排放易造成环境污染。2．电镀黑铬法：黑铬涂层是采用

7、电镀方法在太阳能集热板上制备黑铬SSAC选择性吸收涂层。电镀废液会造成环境污染，目前我国新上电镀线已不再审批，国外同类生产线也纷纷停产。阳极氧化法或电镀黑铬法，其工艺复杂，手工操作多，工艺设计或生产控制不当，废液处理容易造成环境污染。3．磁控溅射法：用于太阳能真空集热管技术的SSAC涂层目前以AlN-AlNx-Al涂层为主。该涂层使用反应直流磁控溅射技术沉积，具有高吸收率（a=0.97），低红外辐射率，低成本，真空下高温稳定性好等优点。AlN-AlNx-Al涂层中的Al红外反射层抗大气腐蚀性能不佳，导致涂层在低真空或大气环境下极易剥落。因