集熱管罩玻璃管增透膜的老化性能測試

山東力諾新材料有限公司研發(fā)中心 ■ 杜勇 劉光磊 劉希杰 張化明

一 引言

太陽能集熱管通過內(nèi)管吸收涂層將光能轉(zhuǎn)變成熱能。太陽能集熱管的外罩管形成真空夾層，以保護(hù)內(nèi)管及防止熱量過度散失。太陽光穿過罩管時，約有8%的光能被罩管反射[1]，可通過罩玻璃管的增透實現(xiàn)反射降低到3%的目標(biāo)。太陽能集熱管的使用環(huán)境較惡劣，要經(jīng)受紫外線照射、灰塵顆粒、大氣水汽、酸雨侵蝕等方面的影響，降低了集熱管罩玻璃管的太陽透射比。增透膜層是否能夠經(jīng)受環(huán)境影響而保持較高的太陽透射比已成為廣大用戶關(guān)心的首要問題。

溶膠－凝膠技術(shù)在平板玻璃增透方面已經(jīng)較成熟，廣泛應(yīng)用于精密光學(xué)儀器、玻璃鏡片、建筑用玻璃等，并且在集熱管罩玻璃管上的應(yīng)用也得以發(fā)展，其太陽透射比的提高對于提高集熱管的集熱性能有顯著作用。

山東力諾新材料有限公司在溶膠－凝膠提拉罩玻璃管增透[2]方向已經(jīng)做了較深入的研究，在大面積管狀增透膜層制備、參數(shù)優(yōu)化和膜層性能分析等方面進(jìn)行大量試驗。目前在科研領(lǐng)域內(nèi)仍沒有較全面成熟的針對增透膜層老化的系統(tǒng)處理方法和檢測方法[3]。山東力諾新材料公司借鑒光伏標(biāo)準(zhǔn)《地面用薄膜光伏組件設(shè)計鑒定和定型》GB/T 18911—2002[4]初步形成了增透膜老化性能測試的系統(tǒng)方法。本文采用酸催化溶膠－凝膠方法在罩玻璃管內(nèi)外兩表面鍍制了SiO2增透膜層，分別對增透罩玻璃片、罩玻璃原片進(jìn)行紫外老化、高溫高濕和酸性鹽霧試驗。

二 實驗

以分析純的正硅酸乙酯、無水乙醇、去離子水、鹽酸為原料，采用較低級的酸催化方式配制溶膠，溶膠陳化后待用。罩管經(jīng)超聲波清洗、去離子水清洗和干燥，以自制的提拉機提拉成膜，干燥后經(jīng)熱處理得到帶增透膜罩管。

采用紫外燈耐氣候試驗箱(無錫市十和田環(huán)境試驗設(shè)備GDW-100L)測量增透膜的抗紫外老化能力；采用恒定溫濕試驗箱(江蘇淮安市中亞實驗設(shè)備HS-100B)測量增透膜的耐高溫濕熱實驗的能力；使用鹽霧試驗箱(無錫市十和田環(huán)境試驗設(shè)備YWX-250)測量器耐酸性鹽霧實驗的能力；采用紫外－可見－分光光度計(日本島津UV36900)檢測實驗前后罩玻璃片的太陽透射比。為了對比，測試了未增透的罩玻璃管的以上性能。

三 結(jié)果與分析

1 太陽透射比測試分析

太陽透射比曲線如圖1所示，上部為增透后罩管的太陽透射比曲線，下部為未增透的太陽透射比曲線。由圖1可知，增透罩管的曲線在可見光范圍內(nèi)明顯提高，其太陽透射比峰值在波長557.4nm處，該波長范圍太陽輻照量最大，從而實現(xiàn)了增透集熱管的太陽輻照量最大吸收。

在大氣質(zhì)量數(shù)為1.5條件下，按ISO9050:2003[5]進(jìn)行計算，得出罩管增透后平均太陽透射比為93.8%，比增透前提高了2%以上。

未增透罩管太陽透射比衰減率為0.80%，增透罩管的衰減率為0.36%。增透膜層的抗紫外性能明顯優(yōu)于普通的高硼硅玻璃，可減緩太陽能集熱管在使用過程中紫外光對罩玻璃管的老化，使罩玻璃管的太陽透射比維持在較高的狀態(tài)下，有利于內(nèi)管膜層更有效地進(jìn)行光熱轉(zhuǎn)換。

(2)增透膜層濕－熱老化性能

濕－熱預(yù)處理過程[3]：①試驗溫度：85±2℃；②相對濕度：85%±5%；③試驗時間：1000h。

試驗前后未增透罩管與增透罩管的太陽透射比變化見表3、表4。

未增透罩管的太陽透射比衰減率為0.99%，增透

2 老化性能測試

(1)增透膜層紫外老化測試

紫外(UV)輻照預(yù)處理過程[6]：①控制組件溫度范圍在60±5℃；②控制輻照波長范圍280～320nm和320～385nm；③輻照度均勻性為±15%，無小于280nm波長輻射；④控制輻照波長280～385nm的輻照度≤250W/m2；⑤樣片垂直接收波長在280～385nm內(nèi)輻射為15kWh/m2，波長280～320nm輻射≥5kWh/m2；⑥ 樣品輻照時間為1000h。

試驗前后未增透罩管與增透罩管太陽透射比變化見表1、表2。片的衰減率為0.74%。增透膜層的耐高溫高濕性能明顯優(yōu)于普通的高硼硅玻璃，能減緩太陽能集熱管在使用過程當(dāng)中較高溫濕度對罩玻璃管的老化。

表1 未增透罩管的紫外老化試驗數(shù)據(jù)

表2 增透罩管的紫外老化試驗數(shù)據(jù)

表3 未增透罩管的濕－熱老化試驗數(shù)據(jù)

表4 增透罩管濕－熱老化試驗數(shù)據(jù)

(3)增透膜層酸性老化性能

酸性鹽霧預(yù)處理[7]：①試驗箱溫濕度35℃，92%RH；②鹽水濃度5%；③pH值3.1；④鹽霧沉降量1.5mL/80cm2/h；⑤壓縮空氣壓力10kgf/cm2；⑥試驗室溫度35℃；⑦壓力桶溫度47℃。

試驗前后未增透罩管與增透罩管的太陽透射比變化見表5、表6。

未增透罩管的太陽透射比衰減率為0.58%，增透片的衰減率為0.54%。增透膜層的抗酸性鹽霧性能優(yōu)于普通的高硼硅玻璃，可減緩太陽能集熱管在使用過程當(dāng)中酸度環(huán)境對罩玻璃管的老化。

表5 未增透罩管抗酸性鹽霧老化數(shù)據(jù)

表6 增透罩管抗酸性鹽霧老化數(shù)據(jù)

四 結(jié)論

鍍制增透膜層的集熱管罩玻璃管的太陽透射比比罩玻璃原管提高2%以上；增透膜層的抗高紫外輻照、高溫高濕、酸性環(huán)境的老化性能較高，衰減率都在1%以下。

增透膜的鍍制能夠保持太陽能集熱管罩玻璃管較高的太陽透射比，相應(yīng)提高太陽能集熱管的集熱性能。紫外老化、高溫高濕、酸性鹽霧實驗是針對增透集熱管使用環(huán)境中可能遇到的老化因素進(jìn)行的相應(yīng)實驗，構(gòu)成了一個較完善的老化檢測系統(tǒng)，填補了增透膜層性能的檢驗方面的空白。

[1]王秀英.增透膜的原理及幾個問題的解答[J].物理教師, 2004,25(11): 27－28.

[2]薛濤, 趙俊民.化學(xué)鍍膜技術(shù)[M].北京: 國防工業(yè)出版社, 1982:54－57.

[3]GB/T 18911-2002.地面用薄膜光伏組件設(shè)計鑒定和定型[S].

[4]張偉清, 唐永興, 樂月琴, 等.KDP晶體增透膜和保護(hù)膜性能研究[J].強激光與粒子束, 1999, 11(2): 220－224.

[5]ISO 9050:2003.International Standard[S].

[6]GB/T19394-2003.光伏(PV)組件紫外試驗[S].

[7]GB/T 10125-1997.人造氣氛腐蝕試驗鹽霧試驗[S].