集热器吸收涂层.ppt

1、太阳光谱选择性吸收涂层,嘉普通内部培训资料 2011.9,一、选择性吸收涂层基本概念,三、平板选涂层的发展及应用,四、选择性吸收涂层的发展方向,主要内容,二、选择性吸收涂层的结构与组成,20亿分之一,太阳组成为氢氦元素的等离子体并不断进行热核反应，表面温度大约为6000K，不断以电磁波的形式向外辐射能量，其中20亿分之一左右的能量经过8分钟的光程到达地球大气上层，相当于全世界发电量的几十万倍。,电磁波形式,1.太阳辐射,一、选择性吸收涂层基本概念,太阳主要以电磁辐射的形式传输能量。其中在0.33m波长范围内的光线占总太阳光的98%之多。太阳常数 ：1353瓦/米2,2.太阳光谱与太阳常数,3.

2、吸热板辐射,所有物体与投射来的辐射能不断地互相交换着能量。投射在任何物体表面上的辐射流F，部分F被反射，部分F被吸收，而剩下的部分F将透过物体，即：,F F F F, = 1,对于不透明体, = 0, = 1,从物理角度来讲，黑色意味着光线的几乎全部的吸收被吸收的光能即转化为热能。因此为了最大限度地实现太阳能的光热转换，似乎用黑色的涂层材料就可满足了，但实际情况并非如此。这主要是材料本身还有一个热辐射问题。从量子物理的理论可知，黑体辐射的波长范围大约在2l00m之间，黑体辐射的强度分布只与温度和波长有关，辐射强度的峰值对应的波长在10m附近。,吸收和辐射,选择性吸收涂层的理论基础,由于太阳光谱

3、的波长分布范围基本上与热辐射不重叠， 据此，以色列科学家Tabor 于上个世纪50年代末，提出了光谱选择性吸收理论 。要实现最佳的太阳能热转换，可以找到一种材料使其同时满足以下两个条件： 在太阳光谱内有尽量高的吸收率； 在热辐射波长范围内有尽可能低发射率。,吸收比：物体吸收某一特定波长辐射能的百分数成为光谱吸收比（spectral absorptive）；一般地说物体的光谱吸收比与波长有关，用字母表示。,选择性吸收涂层的两个重要参数,发射比：一个物体发射出的发射功率与入射到该表面的辐射功率的比值；用字母表示。,4.吸收比与发射比(、 ),膜层的光谱反射曲线,理想曲线,安铝公司产品曲线,1.选择

4、性吸收涂层的结构,以干涉性涂层为例，结构如下：,二、选择性吸收涂层的结构与组成,其中吸收膜层为岛状粒子膜,镍铬膜系,介质层,介质与金属 粒子,低发射率金属,自上个世纪五十年代以色列科学家塔博（Tabor）教授提出选择性吸收涂层理论以来，选择性吸收涂层的研究得到了很快的发展，太阳能光热应用的发展以及集热器技术的发展，实际上就是选择性吸收涂层的发展过程.,三、平板选涂层的发展及应用,平板式集热器,平板集热器涂层材料的应用和发展主要分为以下三个阶段：,1.涂料型阶段,2.电化学涂层阶段,3.真空镀膜涂层阶段,电镀法：常用的电镀涂层主要有黑镍涂层、黑铬涂 层、黑钴涂层等 , 均具有良好的光学性能。 阳

5、极氧化法：常用的电化学涂层有铝阳极氧化涂层 和钢的阳极氧化涂层等。,电化学涂层,1.,2.,3.,真空镀膜涂层：,利用真空蒸发和磁控溅射技术制取 , 如磁控溅射得到的AlN涂层和NiCrO涂层，以及电子束蒸发的TiNOx,涂料涂层：,由粘结剂和金属氧化物颗粒组成，制备方法一般采用涂刷和喷涂的方法。,19791980年研制出硫化铅沥青漆涂层,19811983年研制了TXT铁、锰、铜氧化物系列选择性吸收涂料,19791980年采用电化学方法研制了选择性吸收黑铬涂层,19811983年研制了铝阳极化电解着色选择性吸收涂层,19861988年研制成黑钴选择性吸收涂层,19881990年间又研制了铝氮氧

6、渐变型选择性吸收涂层 ,真空镀膜技术应用,国内涂层的主要发展历程,用于平板集热器的涂料型吸收涂层,其中代表性的选择性吸收涂料主要是铁锰铜氧化物，使用时将其和黏合剂混合在一起喷涂到吸热板表面。该涂层已有二十多年历史 目前仍有部分在使用，其主要特点是工艺简单、成本低廉，缺点是使用过程中容易老化从而引起性能下降。,用于平板集热器的电化学型型吸收涂层,主要代表是： 黑铬涂层 铝阳极化着色涂层,黑铬涂层,黑铬涂层主要用于铜吸热板表面。 黑铬涂层从问世到现在，经受了30多年的实践检验，它不但具有优良的光学性能而且也具有非常优异的耐热耐湿耐候性能，该涂层的太阳吸收率可高达95%以上而红外发射率控制在10%以

7、下。其主要缺点是若生产过程对废液不加以控制的话，容易对环境造成一定程度的污染。但经过工艺设计控制，是完全可以实现无污染生产的。,黑铬涂层的结构,黑铬涂层的光谱特性曲线,黑铬与不同涂层的性能对比,铝阳极化涂层,阳极化铝电解着色涂层简称阳极化涂层是目前平板集热器中应用最为广泛的涂层材料， 主要用于采用铜铝复合条带的平板集热器。 该涂层采用连续化的生产工艺， 成本适中，具有良好的光学性能和耐候性，涂层的太阳吸收率可达92%，红外发射率控制在20%以下。,真空镀膜涂层,德国安铝 ALANOD 德国 BLUETECH 德国 TiNOx 国内 Commonprais嘉普通,真空镀膜技术,CrNiO 磁控溅

8、射（air to air),慕尼黑大学Scholkopt采用e-Beam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 =0.95, （100 ）=0.03。最高工作温度375 ，已建成年产20,000平方米的涂层生产线。由于是连续化镀膜，成本较低，被称为新一代的涂层技术。德国另一家公司Interpane在生产平板玻璃幕墙技术的基础上在金属卷带上连续沉积陶瓷吸收膜。生产每平米涂层仅消耗一度电，降低了能耗，提高了生产效率。涂层吸收率=0.95（实测0.93）, =0.05 （100 ），工作温度可达400。,连续化生产方式,1.,四、平板集热器选择性吸收涂层的发展方向,2，金属陶瓷材料的采用,采用Al2O3 介质作为基体材料, 主要有Ni -Al2O3 、Co - Al2O3 、Pt - Al2O3 、Mo - Al2O3 以及Fe -Al2O3 等。,澳大利亚悉尼大学ZHANG QC和MILLS DR 等人,在渐变AIN - Al 的基础上,研制以AlN 介质为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,并用直流共溅射方法将不锈钢、钨等金属粒子注入介质基体,提高了溅射速率,大幅度降低了膜