李文通,王朝陽

(1.中國(guó)計(jì)量學(xué)院 材料科學(xué)與工程學(xué)院,浙江 杭州 310018;2.浙江大明玻璃有限公司,浙江 嘉興 314200)

太陽能光熱發(fā)電用反射鏡反射特性研究

李文通1,王朝陽2

(1.中國(guó)計(jì)量學(xué)院 材料科學(xué)與工程學(xué)院,浙江 杭州 310018;2.浙江大明玻璃有限公司,浙江 嘉興 314200)

反射率是太陽能聚光鏡的關(guān)鍵參數(shù).依據(jù)不同玻璃透過率和不同鍍膜工藝制備了一系列太陽能聚光鏡樣品.采用Lambda1050紫外/可見/近紅外分光光度計(jì)測(cè)量了這些樣品的反射率曲線,并結(jié)合太陽光譜權(quán)重計(jì)算得出反射率.結(jié)果表明,相同條件下,玻璃的透過率越高則反射鏡的反射率越高;反射鏡反射率隨著銀含量增大而增高,并趨于飽和;銅含量對(duì)反射率影響較小.

聚光鏡;反射率;透過率;銀含量;銅含量

近年,隨著能源危機(jī)以及環(huán)境惡化,現(xiàn)階段太陽能的利用,特別是利用太陽能進(jìn)行熱發(fā)電,越來越受到人們的重視[1-3].反射鏡是太陽能熱發(fā)電站集熱場(chǎng)的核心組件,提高反射鏡的反射率可以顯著提高集熱場(chǎng)的聚光集熱效率,從而達(dá)到降低光熱電站建造成本的目的.反射率受玻璃材料及鍍膜工藝的影響,為了確定材料和鍍膜工藝等相關(guān)的生產(chǎn)參數(shù),需要測(cè)量反射鏡的反射率;而反射率的測(cè)量需要在符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行,但國(guó)內(nèi)符合條件的實(shí)驗(yàn)室較少,因此反射鏡廠商不得不將反射鏡樣品送往國(guó)外的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行反射率檢測(cè),致使費(fèi)時(shí)又費(fèi)力,而且成本高昂.

鑒于上述情況，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室條件下對(duì)反射鏡進(jìn)行了反射率測(cè)量,研制了依據(jù)玻璃透過率、銀含量和銅含量三方面因素制備出玻璃銀鏡樣品并檢測(cè)了光譜半球反射率.根據(jù)ASTM G173太陽光輻照度表加權(quán)平均計(jì)算出反射率(鏡子的漫反射可忽略不計(jì)),并進(jìn)行了比較分析.對(duì)太陽能熱發(fā)電用玻璃反射鏡的生產(chǎn)具有一定的價(jià)值.具體的情況如下.

1 樣品制備及測(cè)試設(shè)備

玻璃銀鏡生產(chǎn)工藝技術(shù)如下:

上片→預(yù)洗→拋光→清洗→敏化→活化→鍍銀→鍍銅→烘干→淋底漆→底漆烘干→淋面漆→面漆烘干→面漆固化冷卻→鏡面清洗→下片→檢驗(yàn)→包裝.

其中敏化、活化、鍍銀及鍍銅等工藝流程是影響玻璃銀鏡反射率的關(guān)鍵.

1.1 樣品制備

制備了透過率不同的8片玻璃樣品,透過率分別為86.5%、87.4%、88.5%、89.6%、90.4%、91.7%、92.5%、93%.樣品銀層含量為1 500 mg·m-2,銅層含量為500 mg·m-2.

制備了銀層含量不同的8片樣品,銀層含量分別為(單位:mg·m-2):700、900、1 000、1 100、1 200、1 300、1 400、1 500,樣品的透過率均為91.7%,銅層含量為500 mg·m-2.

制備了銅層含量不同的8片樣品,銅層含量分別為(單位:mg·m-2):100、200、300、400、500、600、700、800,樣品透過率為91.7%,銀層含量為1 500 mg·m-2.

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及測(cè)試原理

實(shí)驗(yàn)的主要設(shè)備為紫外/可見/近紅外分光光度計(jì),其型號(hào)為L(zhǎng)ambda1050.

Lambda1050是雙光束分光光度計(jì).圖1為雙光束分光光度計(jì)的光路原理圖.雙光束光路從光源到檢測(cè)器有兩條光通道,即試樣光束和參比光束,因此雙光束分光光度計(jì)可以在兩條光路上同時(shí)測(cè)量待測(cè)樣品與參比樣品,可直接獲得待測(cè)樣品的測(cè)定數(shù)據(jù),還可自動(dòng)補(bǔ)償測(cè)量時(shí)因測(cè)試條件的隨機(jī)變化所引起的誤差[4].

圖1 雙光束分光光度計(jì)光路圖Figure 1 Double beam spectrophotometer light path diagram

Lambda1050內(nèi)置一個(gè)150 mm寬帶InGaAs積分球,采用氘燈、鎢燈作為光源,波長(zhǎng)范圍為175～3 300 nm,紫外可見區(qū)域使用高靈敏度的R6872光電倍增管和高性能的InGaAs檢測(cè)器,近紅外區(qū)域使用PbS檢測(cè)器,掃描范圍為185～3 000 nm.使用Uv WinLab軟件進(jìn)行操作,檢測(cè)反射鏡光譜反射率時(shí)設(shè)定的波長(zhǎng)范圍為280～2 500 nm,波長(zhǎng)間隔為5 nm,光線入射角為8°.

(1)

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

實(shí)驗(yàn)中分別對(duì)依據(jù)三種因素制備的玻璃銀鏡的反射率進(jìn)行了測(cè)試,得到了三組玻璃銀鏡的光譜反射率.并繪制了每組樣品的光譜反射率曲線及每種因素對(duì)玻璃銀鏡反射率的影響趨勢(shì)曲線.

2.1 玻璃透過率對(duì)反射鏡反射率的影響

玻璃透過率是指透過玻璃的輻射能與入射到玻璃上的總輻射能之比.由于銀層很薄,厚度僅為幾十到上百納米,玻璃對(duì)銀層起到保護(hù)與支撐的作用.光需要經(jīng)過玻璃傳播到銀層反光面,因此高反射率的玻璃銀鏡,需要采用高透過率的玻璃.銀含量和銅含量一定的情況下,改變玻璃透過率玻璃銀鏡反射率隨之改變,透過率越大反射率越大.

透過率不同的玻璃銀鏡的光譜反射率曲線如圖2.圖3表示透過率對(duì)反射率的影響趨勢(shì).觀察圖2和圖3可知,當(dāng)透過率逐漸提高時(shí),光譜反射率在280～2 500 nm范圍內(nèi)均有明顯提高,反射率逐漸增大,說明理論與實(shí)際相符.

圖2 不同透過率玻璃銀鏡樣品的光譜反射率曲線Figure 2 Spectrum curve of samples with different glass transmittance

圖3 玻璃透過率與反射鏡反射率的關(guān)系Figure 3 Relationship between the transmittance of glasses and the reflectance of the reflectors

2.2 銀含量對(duì)反射鏡反射率的影響

銀含量是指每平方米玻璃銀鏡銀層中所含金屬銀的總質(zhì)量.銀層是玻璃銀鏡的主要光能反射層,由于工藝等原因,附著于玻璃表面的銀層厚度不能做到絕對(duì)均勻,從而使部分光能透射銀層時(shí)就會(huì)影響銀鏡的反射率.在現(xiàn)有鍍銀工藝條件下,工業(yè)上一般采用增加銀含量來保證銀鏡的反射率,但是銀屬于貴金屬,為了控制生產(chǎn)成本,需要找到銀含量對(duì)于銀鏡最大反射率的邊界值.在玻璃透過率和銅含量一定的情況下,隨著銀含量的提高,玻璃銀鏡的反射率隨之提高.

銀含量不同的玻璃銀鏡的光譜反射率曲線如圖4.銀含量對(duì)反射率的影響趨勢(shì)曲線如圖5.觀察圖4和圖5可知,當(dāng)銀含量增加到1 400 mg·m-2左右時(shí),反射率達(dá)到95.2%,反射率不再隨著銀含量的提高而提高.說明1 400 mg·m-2是邊界值.

圖4 銀含量差異樣品的光譜反射率曲線Figure 4 Spectrum curve of samples with different silver content

圖5 銀含量與玻璃銀鏡反射率的關(guān)系Figure 5 Relationship between the silver content and the reflectance of the reflectors

2.3 銅含量對(duì)反射鏡反射率的影響

銅含量是指每平方米玻璃銀鏡銅層所含金屬銅的總質(zhì)量.銅層對(duì)銀層起到保護(hù)與補(bǔ)充的作用,銀含量較小的情況下,銅層能夠?qū)︺y層的缺陷起到補(bǔ)償?shù)淖饔?從而保證銀鏡的反光性能.在玻璃透過率一定和銀含量處于較高水的的情況下,改變銅含量,玻璃銀鏡的反射率沒有明顯變化.

銅含量不同的玻璃銀鏡的光譜反射率曲線如圖6、銀含量對(duì)反射率的影響趨勢(shì)曲線如圖7.觀察圖6和圖7可知,銅含量的變化對(duì)樣品反射率的幾乎沒有影響.說明在銀含量較高的情況下,銅含量的變化不會(huì)引起銀鏡的反射率可測(cè)的變化.

圖6 銅含量差異樣品的光譜曲線Figure 6 Spectrum of samples with different copper content

圖7 銅含量與玻璃銀鏡反射率的關(guān)系Figure 7 Relationship between the copper content and reflectance of the reflectors

3 結(jié) 語

用控制變量法研究了玻璃透過率、銀含量和銅含量對(duì)玻璃銀鏡反射率的影響規(guī)律.根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)得出如下結(jié)論:

1)在銀銅含量不變的情況下,玻璃透過率越高,制得的玻璃銀鏡的反射率越高；

2)在玻璃透過率和銅含量不變的情況下,一定范圍內(nèi),隨著銀含量提高,玻璃銀鏡反射率隨之提高;當(dāng)銀含量達(dá)到1 400 mg·m-2時(shí),改變銀含量,反射率不再有明顯變化；

3)在玻璃透過率一定,并且銀含量處于較高水平的情況下,銅含量對(duì)玻璃銀鏡的反射率沒有明顯影響.

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Reflctive properties of the reflector for solar-thermal power generation

LI Wentong1, WANG Chaoyang2

(1. College of Materials Science and Engineering, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China; 2. Zhejiang Daming Glass Co., Ltd, Zhejinag Jiaxing 314200, China)

Reflectivity is the key parameter of a solar condenser. A series of solar condenser samples were prepared according to the glass transmittance and the film coating process. The reflection spectra of the samples were aquired with the UV/Vis/NIR spectrophotometer, and the reflectivities were calculated with the solar spectrum weighting. The results show that the higher the transmittance of the glass, the higher the reflectivity of the mirror. The reflectivitives of the glasses increase with the silver content and tend to saturation. The impact of the copper content on the reflectivity is not significant.

condenser; reflectance; transmittance; silver content; copper content

1004-1540(2015)02-0212-04

10.3969/j.issn.1004-1540.2015.02.016

2015-03-09 《中國(guó)計(jì)量學(xué)院學(xué)報(bào)》網(wǎng)址：zgjl.cbpt.cnki.net

TN312.8

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