各种太阳能技术及其主要材料介绍

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1、能源材料太阳能利用涉及的技术问题很多,但根据太阳能的特点,具有共性的技术主要有四项,即太阳能采集、太阳能转换、太阳能贮存和太阳能传输,将这些技术与其它相关技术结合在一起,便能进行太阳能的实际利用---光热利用、光电利用和光化学利用。一、太阳能的热应用太阳能的热利用,是将太阳的辐射能转换为热能,实现这个目的的器件叫“集热器”。例如“太阳灶”;“太阳热水器”;“太阳能干燥器”等等。太阳能热利用是可再生能源技术领域商业化程度最高、推广应用最普遍的技术之一。1998年世界太阳能热水器的总保有量约5400万平方米。按照人均

2、使用太阳能热水器面积,塞浦路斯和以色列居世界一、二位,分别为1平方米/人和O.7平方米/人。日本有2O%的家庭使用太阳能热水器,以色列有80%的家庭使用太阳能热水器。太阳能的热利用主要是以下方面:1.太阳能空调降温太阳能制冷及在空调降温研究工作重点是寻找高效吸收和蒸发材料,优化系统热特性,建立数学模型和计算机程序,研究新型制冷循环等。2.太阳能热发电太阳能热发电是利用集热器将太阳辐射能转换成热能并通过热力循环过程进行发电,是太阳能热利用的重要方面。3.太阳房太阳房是直接利用太阳辐射能的重要方面。通过建筑设计把高效

3、隔热材料、透光材料、储能材料等有机地集成在一起,使房屋尽可能多地吸收并保存太阳能,达到房屋采暖目的。太阳房可以节约75%~90%的能耗,并具有良好的环境效益和经济效益,成为各国太阳能利用技术的重要方面。被动式太阳房平均每平方米建筑面积每年可节约2O~4O公斤标准煤,用于蔬菜和花卉种植的太阳能温室在中国北方地区较多采用。全国太阳能温室面积总计约700万亩,发挥着较好的经济效益。我国在相关的透光隔热材料、带涂层的控光玻璃、节能窗等没有商业化,使太阳房的水平受到限制。4.热利用的其它方面太阳灶我国目前大约有15万台太阳

4、灶在使用中。太阳灶表面可以加涂一层光谱选择性材料,如二氧化硅之类的透明涂料,以改变阳光的吸收与发射,最普通的反光镜为镀银或镀铝玻璃镜,也有铝抛光镜面和涤纶薄膜镀铝材料等。提高太阳灶的效率。每个太阳灶每年可节约300千克标准煤。太阳能干燥是热利用的一个方面。目前我国已经安装了有1000多套太阳能干燥系统,总面积约2万平方米。主要用于谷物、木材、蔬菜、中草药于燥等。二、太阳光-热转换及材料材料科学与工程是技术创新的基础。太阳光—热转换材料与工程,如用于太阳集热器的选择性吸收涂层(表面),用于建筑幕墙玻璃和交通工具的选

5、择性透、反射薄膜材料和电致变色薄膜材料与器件,用于集热器的具有太阳光谱高透射比的硼硅玻璃,聚碳酸酯制成的蜂窝结构,以及贮能材料等,推动了太阳光—热转换技术和应用的发展。太阳辐射的能量谱主要分布在波长0.3μm至3μm范围;人眼视觉灵敏谱的波长在0;41μm至0.7μm范围,对人眼敏感的波长,几乎是在太阳辐射最强的波长间隔内;一般物体温度的黑体辐射谱的波长在2μm至100μm范围,太阳光。热转换材料的光-热性能,即辐射特性如透射比、反射比、吸收比和发射比等反映在太阳光谱一物体热谱内。1.太阳光谱选择性吸收涂层(表面

6、)具有高的太阳吸收比和低的发射比的涂层(表面),称为太阳(光谱)选择性吸收涂层。目前,它已有上百种涂层材料与工艺,而从机理上可以将其分为六类,实际的选择性吸收涂层往往包含其中二至三类。应用最广泛的选择性吸收涂层为三层结构,即由底层、中层和表层组成。贴近衬底的底层为红外高反射即低发射比的金属层,如金、银、铜、铝、镍或钥等;中层为吸收层,是由若干金属一介质复合薄膜的次层组成,金属粒子的尺寸、形状及其占该次层的体积比决定了该次层的光学常数,靠近金属底层的吸收次层具有强的吸收,表层为减反层,该层具有低的折射率n(n<1.

7、9=及低的消光系数(k<0.25),或是增加对太阳光的捕获的微不平表面层。这样的光谱选择性吸收涂层具有优异的光谱选择性,即高的太阳吸收比,低的发射。太阳选择性吸收涂层的制备技术可以分为三大类:喷涂与溶胶,化学与电化学方法和真空蒸发与磁控溅射方法。对于产生生活热水的平板太阳集热器,采用喷涂太阳吸收比高、发射比略高的涂层便能满足使用要求;铝吸热板上可采用阳极氧化与交流电解着色涂层,铜吸热板以采用电镀黑铬涂层为宜。对于全玻璃真空太阳集热管主流是采用磁控溅射技术,多层不锈钢将/铜(澳大利亚专利)采用单靶磁控溅射制备氮/铝

8、(中国专利)涂层。真空蒸发或溅射技术制备用于平板太阳集热器的吸收涂层,另一方面应研制用于高温的太阳选择性吸收涂层,使其具有耐高温、很高太阳吸收比与极低发射比的优异性能。2.选择性透、反射薄膜材料选择性透、反射薄膜可以分为三种基本类型,主要应用于建筑幕墙镀膜玻璃、汽车等交通工具。(1)阳光控制膜阳光控制膜通过增加吸收与反射可显著降低太阳辐射通过玻璃窗,同时能保持室内的充足光

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