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        太陽選擇性吸收涂層認識綱要(下)

        2014-03-10 01:17:52清華大學殷志強
        太陽能 2014年2期
        關鍵詞:極小值鹽霧集熱器

        清華大學 ■ 殷志強

        4) 新工藝方法:有郭射宇博士(江蘇吳江科技創(chuàng)業(yè)園)提出的氣流濺射法、德國安鋁使用的熱熔膠法等,相關圖譜如圖6所示。由圖6可知,郭射宇博士提出的氣流濺射法制備的涂層α=0.92,εn=0.06(80℃),德國安鋁熱熔膠樣品α=0.91,εn=0.31。樣品由殷志強、周小雯等人采用PE Lambda 950和美國“dts”儀在北京衛(wèi)星廠檢測,測試顯示涂層的性能不良。

        2.6 吸收涂層反射曲線

        2.6.1 波長在0.3~2.5μm的情形

        1) 極小值:1個極小值、2個極小值、3個極小值。

        2) 反射曲線形狀:“峽谷”、“勺形”;“平谷”、“平底鍋”、“平地坡”、“平鏟”。

        3) 實際涂層測量與理論計算如圖7~11所示。

        圖6 新工藝制備的圖層性能檢測

        圖7

        圖8

        圖9

        圖10

        4) 理論計算太陽吸收比極大值約0.96(AM1.5)。用分光光度計測試太陽吸收比的不確定度可達0.01,一個百分點。

        2.6.2 波長在0.3~15μm的情形

        AlN/SS-N-O/Al基材的吸收涂層反射曲線如圖12所示。

        圖11 太陽吸收比與發(fā)射比的準確測量

        從涂層反射曲線可計算80~500℃不同溫度下發(fā)射比。鏡反射附件的金膜標準樣品反射比可追溯來自英國國家物理實驗室,研發(fā)傳遞至PE紅外光譜儀金積分球(液氮冷卻)測試結果的不確定度(誤差)為:

        Zhou-Au樣品e=0.021±0.006

        Ke-AgCu樣品e=0.026±0.006

        Sun-Al樣品e=0.046±0.007

        圖12 紅外光譜儀,液氮冷卻金積分球

        2013年11月19日召開了表面低發(fā)射比測量的專家評議會,該儀器及附件、測試方法可才采用總反射能譜法校對,卡計法的低熱發(fā)射比參考標準樣品。

        2.7 太陽選擇性吸收涂層厚度方向的化學成分分析

        太陽選擇性吸收涂層厚度方向的化學成分分析使用俄歇電子掃描(AES)或光電子譜(XPS)進行檢測,如圖13、14所示。

        圖13 SiO2/Cr-N-O/Cu 吸收涂層

        圖14 SiO2/Cr-N-O/AlOx/Al 吸收涂層

        3 檢驗吸收涂層的耐久性

        3.1 高溫老化試驗

        1) 按 GB/T 26974-2011《平板型太陽能集熱器吸熱體技術要求》從平板型太陽能集熱器吸熱體上截取3片為試驗樣板,將試驗樣板放置在250℃空氣中200h,再次測量試樣的太陽吸收比和法向發(fā)射比,計算得出平均吸熱體表面光學性能的評價函數(衰減系數)PC值。

        PC值的計算式為:

        式中,-芶σ為太陽吸收比變化值,無量綱;5芿ν為法向發(fā)射比變化值,無量綱。

        2) 熱發(fā)射比的加權因子為0.5更合適(Solar Energy-Collector components and materials — Part 3: Absorber surface durability ISO-DIS- 22975-3,2013公布),PC值的計算式變?yōu)椋?/p>

        老化溫度根據涂層工作溫度選擇。

        3) PC≤0.05,檢驗合格,期望壽命25年。

        3.2 高濕度試驗

        按ISO-DIS-22975-3空氣中濕氣和吸收涂層表面的冷凝水都可能會引起老化反應。無機氧化物組成選擇性吸收涂層可能會發(fā)生水化反應導致涂層的發(fā)射比增大。95%RH(相對濕度),需在兩種溫度40℃和30℃或40℃和60℃進行測試。

        吸熱體耐高濕度空氣中含SO2(二氧化硫)腐蝕試驗,按ISO-DIS-22975-3標準;空氣中的SO2由燃煤引起(供選擇)。

        3.3 耐鹽霧試驗

        按我國GB/T 26974-2011中要求按照GB/T 1771的有關規(guī)定進行集熱器吸熱體涂層帶劃痕的耐鹽霧試驗。

        中性鹽霧試驗條件試驗溶液為氯化鈉鹽水濃度:50±5g/L(三級水),鹽霧箱內的溫度為35±2℃,工作壓力1kg。

        3.4 檢驗結論

        通過一年多的試驗研究工作,結論如下:

        1) 德國與我國制造的太陽集熱器吸熱體涂層,鋁基材上的太陽選擇性涂層在經過24h鹽霧試驗后,都發(fā)生“腐蝕”。耐鹽霧性好的,樣品未帶劃痕經標準鹽霧試驗如圖15所示。

        圖15

        2) 國標GB/T 26974-2011《平板型太陽能集熱器吸熱體技術要求》實施需制定細則??赡艿姆椒ㄓ校盒∮?.5~1h的鹽霧試驗,目測不能有腐蝕斑點;中性鹽霧試驗48h,測試試驗前后吸熱體涂層的太陽吸收比與熱反射比,建立評價函數PC,而目前使用的卡計法測熱發(fā)射比的不確定度問題,對試驗后的判斷帶來困難。

        3) 太陽能集熱器在海邊長期工作,需要鹽霧檢驗。

        4 討論與結論

        1) 我國已掌握選擇性吸收涂層的設計、計算與優(yōu)化方法,涂層的制備方法、試驗方法與測試方法。

        2) 國產化有較大的進展,還需繼續(xù)努力,在不遠的將來,涂層性價比優(yōu)于發(fā)達國家的產品,將改變平板集熱器吸熱體國際市場的格局。

        3) 我國的市場經濟快速發(fā)展,企業(yè)結構轉型,要技術進步、提高質量。而低價、低質量是沒有競爭力的,加速企業(yè)的浮沉。

        4) 企業(yè)的發(fā)展,在資金方面,要改變重裝備、輕知識、輕技術的建設。研發(fā)投入嚴重不足。

        5) 人們關切環(huán)境與空氣,政府下決心治理霧霾,企業(yè)家的社會責任與經濟效益一致,對濕法與干法制備吸收涂層,要用發(fā)展的眼光,要放棄與不要引進對環(huán)境不友好的工藝方法。

        6) 實施國標,與國際接軌,國內要啟動SO2的試驗,SO2與鹽霧試驗建議作為標準的選擇項目。

        致謝:對周小雯、焦青太、魏寶成與堯克光等人的有益討論與幫助表示衷心的感謝。

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