真空磁控濺射法沉積平板集熱器板芯選擇性吸收涂層
主要介紹了采用真空磁控濺射技術在平板集熱器板芯上沉積選擇性吸收涂層,提高平板集熱器的集熱效率和使用的耐候性。該工藝可以實現集熱板芯清潔環保連續真空鍍膜工業化生產,對發展太陽能光熱利用技術具有積極的推動作用。
隨著新能源的推廣和普及,以及科技的進步和發展,太陽能與建筑一體化對太陽能熱水器技術要求越來越高,市場需求越來越迫切。在城市建筑中,真空管產品在安裝高度,公共安全,管道,質量以及市容建設等方面遇到的瓶頸問題日益突顯。這些問題和缺陷使人們開始重新審視平板太陽能集熱器。平板太陽能集熱器具有承壓性、雙循環系統、易于與建筑結合、能提供更多的生活熱水等技術優勢。因此,在太陽能系統工程、分體式太陽能熱水器和對太陽能與建筑一體化有要求的場所,平板集熱器比全玻璃真空管集熱器在系統結構、壽命、系統維護與建筑物結合等方面具有明顯優勢。這為平板太陽能集熱器的發展帶來了新的機遇。
世界各國都力圖將太陽能與建筑密切結合,尋求外形美觀、布局合理、管理規范的太陽能與建筑一體化的設計。因此,國外發達國家(北美、北歐、南歐及夏威夷地區)平板太陽熱水器占市場92%以上,作為建筑材料實現太陽能利用與建筑物一體化。目前國內太陽能集熱器市場也正在逐漸接受這一理念。這促進了平板太陽能熱水器、太陽能空調等光熱產品的廣泛使用,而光熱產品種類和使用范圍的擴大,又必將擴大對太陽能光譜選擇性涂層集熱器板芯的需求。
1、吸收涂層的光學性能與平板集熱器效率
平板式集熱器的瞬時效率為η
式中αS———集熱板表面的吸收率
τ———蓋板玻璃的透過率
TP———集熱板表面的絕對溫度
T0———環境溫度
I———太陽的輻射強度
UL———集熱器的損失系數
其中UL 與環境溫度、風速、日照強度以及吸熱表面的發射率ε 有關,當環境溫度、風速、日照強度等固定不變時,UL 與發射率成增函數關系即UL=f(ε),故式(1)可以改寫成:
由于熱輻射損失與絕對溫度的四次方成正比,而對流和傳導熱損失僅與溫度一次方成正比,隨著溫度的升高輻射熱損失越大。因此,在平板集熱器中,集熱器板芯與玻璃蓋板間的氣體對流換熱是該集熱器的主要熱損之一。為了提高平板太陽集熱器的效率,唯一有效的辦法是在保持最大限度地采集太陽能的同時盡可能減小其對流和輻射熱損,用優質選擇性吸收涂層是滿足上述要求的重要途徑。同時,由于集熱器板芯在大氣環境使用,要努力改善集熱器板芯吸收涂層的耐候性能,提高平板集熱器的使用壽命。
5、結論
為了實現在平板太陽能集熱器板芯上制備高性能光熱轉換效率涂層,同時能滿足膜層在大氣環境下長期使用,采用磁控濺射工藝能夠制出多種均勻成份不同的薄膜,吸收層金屬含量大小的選取及吸收層的厚度影響膜系的性能,采用中頻濺射SiO2 作為減反射和保護層。調整各個膜層之間光學常數、折射率和消光系數,可以使整個膜系具有高的吸收率低的發射率和良好的耐候性能,而目制造成本低,膜層理化性能好。該工藝促進光譜選擇性涂層的清潔環保大批量工業化生產和在平板太陽能集熱器上的廣泛應用,對發展太陽能光熱利用技術具有積極的推動作用。并逐步取代其它類型的芯片, 使太陽能的利用得到進一步的發展。使平板集熱器作為功能建筑材料使用,實現太陽能集熱器與建筑一體化,這也是太陽能產業發展的必然趨勢。
參考文獻
[1] 魏海波,等.太陽能集熱板鍍膜及其設備[J].真空,2006(4).
[2] 殷志強,等.漸變AL- N/AL 太陽能選擇性吸收表面[J].真空科學與技術,1998(8).
[3] 葛新石.光譜選擇性吸收涂層[M].北京:科技出版社,1980.
[4] 謝光明. 干涉型Al- N- O 選擇性吸收表面的研究[J].北京科技大學學報.2000(1):59- 61.
[5] Schilling H, Dr Brauer G.New achievement in the field of coating architectural glass. Glass Processing Days,Sept. 1997.
[6] May G,Strumpfel J. ITO coating by reactive magnetron sputtering- comparison of properties from DC and MF. Processing Saarbrucken/Germany, Sept. 1998.