真空磁控溅射法沉积平板集热器板芯选择性吸收涂层

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)辽宁装备制造职业技术学院 作者:魏海波

  主要介绍了采用真空磁控溅射技术在平板集热器板芯上沉积选择性吸收涂层,提高平板集热器的集热效率和使用的耐候性。该工艺可以实现集热板芯清洁环保连续真空镀膜工业化生产,对发展太阳能光热利用技术具有积极的推动作用。

  随着新能源的推广和普及,以及科技的进步和发展,太阳能与建筑一体化对太阳能热水器技术要求越来越高,市场需求越来越迫切。在城市建筑中,真空管产品在安装高度,公共安全,管道,质量以及市容建设等方面遇到的瓶颈问题日益突显。这些问题和缺陷使人们开始重新审视平板太阳能集热器。平板太阳能集热器具有承压性、双循环系统、易于与建筑结合、能提供更多的生活热水等技术优势。因此,在太阳能系统工程、分体式太阳能热水器和对太阳能与建筑一体化有要求的场所,平板集热器比全玻璃真空管集热器在系统结构、寿命、系统维护与建筑物结合等方面具有明显优势。这为平板太阳能集热器的发展带来了新的机遇。

  世界各国都力图将太阳能与建筑密切结合,寻求外形美观、布局合理、管理规范的太阳能与建筑一体化的设计。因此,国外发达国家(北美、北欧、南欧及夏威夷地区)平板太阳热水器占市场92%以上,作为建筑材料实现太阳能利用与建筑物一体化。目前国内太阳能集热器市场也正在逐渐接受这一理念。这促进了平板太阳能热水器、太阳能空调等光热产品的广泛使用,而光热产品种类和使用范围的扩大,又必将扩大对太阳能光谱选择性涂层集热器板芯的需求。

1、吸收涂层的光学性能与平板集热器效率

  平板式集热器的瞬时效率为η

  式中αS———集热板表面的吸收率
  τ———盖板玻璃的透过率
  TP———集热板表面的绝对温度
  T0———环境温度
  I———太阳的辐射强度
  UL———集热器的损失系数

  其中UL 与环境温度、风速、日照强度以及吸热表面的发射率ε 有关,当环境温度、风速、日照强度等固定不变时,UL 与发射率成增函数关系即UL=f(ε),故式(1)可以改写成:

  由于热辐射损失与绝对温度的四次方成正比,而对流和传导热损失仅与温度一次方成正比,随着温度的升高辐射热损失越大。因此,在平板集热器中,集热器板芯与玻璃盖板间的气体对流换热是该集热器的主要热损之一。为了提高平板太阳集热器的效率,唯一有效的办法是在保持最大限度地采集太阳能的同时尽可能减小其对流和辐射热损,用优质选择性吸收涂层是满足上述要求的重要途径。同时,由于集热器板芯在大气环境使用,要努力改善集热器板芯吸收涂层的耐候性能,提高平板集热器的使用寿命。

5、结论

  为了实现在平板太阳能集热器板芯上制备高性能光热转换效率涂层,同时能满足膜层在大气环境下长期使用,采用磁控溅射工艺能够制出多种均匀成份不同的薄膜,吸收层金属含量大小的选取及吸收层的厚度影响膜系的性能,采用中频溅射SiO2 作为减反射和保护层。调整各个膜层之间光学常数、折射率和消光系数,可以使整个膜系具有高的吸收率低的发射率和良好的耐候性能,而目制造成本低,膜层理化性能好。该工艺促进光谱选择性涂层的清洁环保大批量工业化生产和在平板太阳能集热器上的广泛应用,对发展太阳能光热利用技术具有积极的推动作用。并逐步取代其它类型的芯片, 使太阳能的利用得到进一步的发展。使平板集热器作为功能建筑材料使用,实现太阳能集热器与建筑一体化,这也是太阳能产业发展的必然趋势。

参考文献

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