太陽選擇性吸收涂層認識綱要(下)

清華大學 ■ 殷志強

4) 新工藝方法：有郭射宇博士(江蘇吳江科技創業園)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為法向發射比變化值，無量綱。

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

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生水化反應導致涂層的發射比增大。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。可能的方法有：小于0.5～1h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，還需繼續努力，在不遠的將來，涂層性價比優于發達國家的產品，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展，企業結構轉型，要技術進步、提高質量。而低價、低質量是沒有競爭力的，加速企業的浮沉。

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

5) 人們關切環境與空氣，政府下決心治理霧霾，企業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，要用發展的眼光，要放棄與不要引進對環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。