淺談太陽能選擇性吸熱涂層的性能

摘要：太陽能選擇性吸熱涂層“藍膜”因其具有高的吸收比和低的熱發(fā)射比，在平板太陽能集熱器中得到廣泛的使用。“藍膜”的關(guān)鍵在于太陽能吸收比和熱發(fā)射比性能及其在各種條件下的穩(wěn)定性，如抗鹽霧破壞的能力。本文簡單介紹了當(dāng)前幾種“藍膜”的相關(guān)性能，建議“藍膜”的顏色應(yīng)該多樣化，這樣更加利于實現(xiàn)集熱器與建筑相結(jié)合。 　　1選擇性吸熱涂層 　　選擇性吸熱涂層的作用是盡可能多地吸收太陽能，將其轉(zhuǎn)化為熱能而被利用，與此同時盡可能減少因熱輻射而產(chǎn)生的熱損失，即需要提高太陽能吸收比和降低熱發(fā)射比。 　　太陽能吸收比是指涂層吸收的太陽能與投射到涂層表面的太陽能之比，而熱發(fā)射比是指同溫度下涂層與黑體的熱輻射能力之比。 　　什么樣的光譜曲線能說明涂層具有優(yōu)異的熱性能，在0.3~2.5μm 的波長之間，反射比應(yīng)盡可能的低，則太陽能熱吸收比越高；而在2.5~25μm之間的反射比應(yīng)盡可能的高，尤其是8~13μm，則熱發(fā)射比越低。如圖1所示，圖中點劃線是一吸熱涂層的光譜測試圖。 　　2涂層的性能 　　可通過鹽霧試驗、高溫試驗和附著力測試來考察涂層的耐候性等性能，試驗方法參考GB/T26974-2011中的相關(guān)規(guī)定進行。 　　高溫試驗考察涂層在空氣環(huán)境、高溫條件下的穩(wěn)定性，通過高溫?zé)崽幚砗鬁y試其吸收比和發(fā)射比，來評估在實際使用過程中的熱穩(wěn)定性。通過百格試驗法附著力不合格，則容易在使用過程中脫膜，導(dǎo)致選擇性吸收的功能喪失，性能失效。 　　鹽霧試驗是考察涂層的耐腐蝕能力，一般是將其放在潮濕、有腐蝕介質(zhì)的環(huán)境中觀測其腐蝕發(fā)生的程度。鹽霧試驗后，涂層吸收比和發(fā)射比的變化反映出涂層的耐候性能。 　　3 “藍膜”鹽霧試驗情況對比 　　鹽霧試驗是行業(yè)內(nèi)最為關(guān)心的性能檢測方式之一，對當(dāng)前市場上幾種“藍膜”的鹽霧測試作簡要對比研究。 　　如圖3、圖4 所示，其為廠家1“藍膜”在鹽霧試驗過程中的現(xiàn)象。該藍膜初始吸收比為0.949，熱發(fā)射比為0.058。隨著鹽霧時間的增加，表面變花，經(jīng)過研究分析，發(fā)現(xiàn)是其膜層受到腐蝕，白色物質(zhì)是鋁的氧化物，也就是說腐蝕介質(zhì)已經(jīng)破壞膜層引起基材的腐蝕，經(jīng)過96 小時鹽霧后，吸收比為0.864，熱發(fā)射比為0.729，選擇性吸收的功能基本喪失。 　　如圖5、圖6 和圖7 所示，其為廠家2 的“藍膜”在鹽霧試驗過程中的現(xiàn)象。初始的吸收比為0.891，熱發(fā)射比為0.043。隨著鹽霧時間的增加，吸收比出現(xiàn)一定的下降，而發(fā)射比有所增加，到96 小時鹽霧后，吸收比為0.851，熱發(fā)射比為0.095。表面顏色基本不變，只是出現(xiàn)一些點腐蝕，也正是這些點腐蝕的出現(xiàn)及擴展，導(dǎo)致了集熱性能的下降，整體上耐鹽霧性能不錯，只是涂層的吸收比偏低，不利于太陽能集熱器熱性能的提升。 　　后的性能變化情況，曲線一的“藍膜”鹽霧之前吸收比為0.943，熱發(fā)射比為0.050。而經(jīng)過96 小時鹽霧后，吸收比為0.931，熱發(fā)射比為0.075。對于曲線二藍膜鹽霧之前吸收比為0.935，熱發(fā)射比為0.046。經(jīng)過96 小時鹽霧后，吸收比為0.915，熱發(fā)射比為0.081。兩種不同曲線“藍膜耐鹽霧性能優(yōu)異，吸收比和發(fā)射比都非常穩(wěn)定，只是在鹽霧后出現(xiàn)了不均勻表面變化現(xiàn)象，給人以掉膜的感覺。經(jīng)過研究分析，該變化并非掉膜，而是膜層表面不均勻地吸收水汽，導(dǎo)致膜層的光學(xué)厚度發(fā)生改變，從而引起對光反射曲線的改變，導(dǎo)致出現(xiàn)不均勻的變化。 　　那廠家2 的藍膜就不會吸收水汽？為什么不變色？這是因為廠家2 的藍膜的光譜曲線屬于鍋底的非干涉型，即使光學(xué)厚度發(fā)生改變，也不易引起顏色的改變。但對于PiEP 的藍膜，從原始曲線中可以看出，屬于帶干涉峰的W 型曲線，這種曲線的干涉峰位置很容易因光學(xué)厚度的改變而改變，引起顏色變化。 　　廠家1 的藍膜產(chǎn)品抗鹽霧腐蝕能力很差，經(jīng)過96 小時鹽霧試驗后選擇性吸熱的功能基本喪失；而廠家2 的藍膜產(chǎn)品雖然吸收比不高，一定程度上犧牲了集熱器的熱性能，但具有好的鹽霧性能；中科百博兩種顏色的藍膜初始光學(xué)性能優(yōu)異，雖然鹽霧后會因為吸附水汽而導(dǎo)致表面顏色的變化，但其光學(xué)性能在鹽霧前后表現(xiàn)穩(wěn)定，耐鹽霧性能較好。 　　4涂層的顏色 　　平板太陽能集熱器主要應(yīng)用于建筑方面，即需要與建筑相結(jié)合。而建筑會有不同的顏色，若建筑與集熱器的顏色相差太大，則可能出現(xiàn)外觀上的不兼容，出現(xiàn)如圖11 所示的不協(xié)調(diào)，則可能影響建筑設(shè)計師在設(shè)計過程中放棄太陽能集熱器。我們需要多種色彩的吸熱涂層和邊框，使平板太陽能集熱器與建筑更加完美的結(jié)合。 　　5總結(jié) 　　吸熱涂層的吸收比和熱發(fā)射比是決定平板集熱器的關(guān)鍵性參數(shù)，無論高溫試驗還是鹽霧試驗，考察的都是吸熱涂層在不同工作條件下的高吸收比和低發(fā)射比的穩(wěn)定性。優(yōu)異的、穩(wěn)定的光學(xué)性能結(jié)合多種色彩的涂層、多色彩的邊框設(shè)計，可有效促進平板太陽能集熱器與建筑相結(jié)合，推動我國太陽能熱利用行業(yè)的發(fā)展。（四川中科百博太陽能科技有限公司/敖術(shù)廣熊斌）