平板型太阳集热器吸收与透过材料的进展

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1、平板型太阳集热器吸收与透过材料的进展发布：icasolar1   来源：《太阳能》2004年第3期   浏览次数：138  平板型太阳集热器结构简单、运行可靠、成本低廉，与真空管集热器相比它还具有承压能力强、吸热面积大等特点。是太阳能与建筑结合最佳选择的集热器类型之一。众所周知，由于太阳能技术的进步和市场产品竞争的激烈，平平板型太阳集热器结构简单、运行可靠、成本低廉，与真空管集热器相比它还具有承压能力强、吸热面积大等特点。是太阳能与建筑结合最佳选择的集热器类型之一。众所周知，由于太阳能技术的进步和市场产品竞争的激烈，平

2、板集热器产品正面临着严峻的考验，只有依靠不断的技术进步，提高产品性能，才能使平板集热器产品在激烈的市场竞争中立于不败之地。为了提高太阳集热器的效率，唯一有效的办法是在保持最大限度地采集太阳能的同时尽可能减小其对流和辐射热损，采用优质选择性吸收涂层材料和高透过率盖板材料是满足上述要求的重要途径。本文就近年来平板集热器选择性吸收涂层、减反射玻璃涂层等技术的进展与应用情况分别加以介绍，图1是平板集热器吸收涂层和减反射玻璃涂层的进展与应用过程。1平板集热器选择性吸收涂层技术（1）      平板集热器选择性吸收涂层技术的发展过

3、程随着太阳能热利用技术的发展，我国对选择性吸收材料的研究工作已有20年的历史了，太阳集热器的发展过程也是涂层技术的发展过程。期间经历了从非选择性的普通黑漆到选择性的硫化铅、金属氧化物涂料，从黑镍、黑铬到铝阳极化涂层等一代接一代的更新换代过程。随着涂层技术的不断进步涂层性能得到了很大的提高，目前我国平板集热器吸收表面主要采用铝条带阳极化着色和铜条带黑铬选择性涂层，使其具有较好的选择性。然而由于表面干涉作用容易造成色差而影响集热器外观。间歇式磁控溅射铝-氮-铝材料选择性吸收涂层的镀膜生产技术是随着真空管集热器的产生而发展起

4、来的，基本上代表了当前我国中低温选择性吸收材料的生产水平。由于该涂层耐候性能较差，不适于平板集热器的使用。20世纪90年代末期，随着环保要求的加剧，发达国家已明令禁止进口和使用污染严重的采用电化学方法生产的吸收涂层。一些以生产平板集热器为主的欧洲国家开始研究选择性吸收涂层镀膜生产技术。其中以德国为代表，在金属卷带上连续沉积金属陶瓷吸收涂层，慕尼黑大学Scholkopt采用e-Benm电子束蒸发的方法在金属条带上连续沉积TiNOx选择性吸收涂层,α=0.95,ε（100°C）=0.06。该涂层具有较高的耐湿耐温性能，涂层

5、已被广泛应用于平板集热器的生产之中，由于采用真空镀膜方法生产的涂层无论性能及外观方面比化学方法生产的涂层都有很大改善，所以被称为新一代的集热器产品。由于技术、成本等诸因素的限制，我国刚刚开始耐候性涂层真空镀膜生产技术的研究。北京市太阳能研究所研制了不锈钢氮化物和不锈钢碳化物，为实现该膜层的生产，研制了一台三靶磁控溅射真空镀膜机并成功的进行了中试。通过小批量试生产制备出合格产品用于平板集热器，为生产平板集热器吸热涂层的换代产品，提高平板集热器的质量打下了基础。(2)耐候性太阳选择性吸收表面材料的选择及膜系设计根据太阳选择

6、性吸收的原理，选择性吸收材料可大致分为以下几种类型：具有本征特性的选择性吸收材料、多层膜、不均匀粒子膜、表面微孔穴。目前，作为耐候性选择性吸收表面研究最多的金属陶瓷(cermet)薄膜，属于不均匀粒子膜。所谓粒子膜是指介质不是由块体构成，象岛状结构膜那样，粒子象岛屿一样分散在基体介质中，如图2所示。    所谓“不均匀”指的是垂直于介质深度方向z的(x、y)面内介质的复折射率N(z)发生微观变化。将金属粒子分散在陶瓷介质基体中形成的金属陶瓷复合薄膜即属于这种情况。金属陶瓷选择性吸收表面具有良好的耐热稳定性。其耐湿性取决

7、于金属粒子以及介质基体。A12O3、MgO、SiO2在可见区折射率<2，是理想的介质基体材料。此外，某些金属氮化物和碳化物如AlN、TiN、TiC、SSC等也可以用作介质基体。某些过渡元素金属粒子如Pt、W、Co、Ni、Mo、Cr等在整个太阳能区域具有理想的“k”值，由这些材料组成的金属陶瓷复合薄膜对可见近红外具有吸收性，对红外则具有透射性，符合作吸收表面的条件。A12O3为基体的金属陶瓷膜热稳定性强，光学性能优异。但是由于制备过程中需要射频溅射技术，相对直流溅射技术而言设备复杂、生产效率低，因而使得涂层成本昂贵，给推

8、广应用带来一定困难。为了解决这一问题，在原有渐变(GRI)铝氮铝涂层研究的基础上采用了以AlN为介质基体的金属陶瓷选择性吸收涂层。采用直流反应溅射沉积AlN介质并用直流共溅射的方法将不锈钢(SS)金属粒子注入介质基体，代替原介质中的金属铝粒子来提高涂层的耐腐蚀能力。由于采用了直流溅射技术提高了溅射速率，使得膜层成本大幅度降低。由介