两种太阳能选择性吸收涂层的综合评价

将全生命周期评价的基本方法和传热模型相结合,以市场上较为普遍的两种分别使用电镀法和物理气相沉积法(PVD)制作的太阳能选择性涂层为例,综合分析不同情景下使用这两种涂层的太阳能集热器的热利用效率、环境成本和综合能源价格。结果表明:物理沉积法所制涂层虽然制备成本较高,但生产过程对环境友好,同时该涂层在多种情景下的适用面相对更广,具有更好的经济性。

基于钼二维表面光栅的高温太阳能选择性吸收表面设计

采用严格耦合波分析方法设计了基于二维表面光栅的高温太阳能选择性吸收表面。首先根据高温太阳能选择性表面的要求,选择金属钼(Mo)作为二维表面光栅的基底材料。通过优化钼二维表面光栅的几何结构,实现对太阳能的选择性吸收。结果表明:采用等效复折射率渐变的金字塔形光栅,适当减少光栅周期,提高深宽比,可有效提高Mo二维表面光栅的太阳吸收比,同时保持较低的高温热发射比。经过结构优化的Mo表面光栅,法向吸收比α_n=0.936,法向发射比ε_n=0.0692(500℃),0.1765(1000℃),有望用于高温太阳能选择性吸收表面。

太阳能选择性吸收涂层设计及空气高温稳定性测试

使用光学软件TFCalc设计了2种金属陶瓷太阳能选择性吸收涂层,根据反射率曲线,优选出Al–Al2O3复合涂层,并按照设计的最优涂层结构,采用磁控溅射法在铜基体上制备了Al–Al2O3复合涂层。研究了涂层在300°C/3 h热处理前后的结合强度、太阳光反射率和表面形貌。结果表明,经300°C空气高温处理3 h后,涂层临界载荷由11.62 N下降到8.75 N,太阳光谱吸收率由93%(该值与TFCalc模拟结果基本一致)下降到86%。显微分析证实涂层性能下降是由于热处理后,涂层表面不再致密平整所致。

金属陶瓷太阳能选择性吸收涂层传热研究

在太阳能热利用中,太阳能集热器的传热性能至关重要。主要综述了太阳能光谱选择性吸收涂层有效导热系数的理论预测方法、材料制备方法以及实验测量导热系数的方法。对比了多种方法,简要分析了各种方法的优缺点,强调了界面接触热阻在复合材料导热中的重要性。最后将理论、制备、实验三者结合,对未来的发展趋势做出了展望。

太阳能选择性吸收涂层的研究进展

介绍半导体吸收涂层、半导体吸收-金属反射涂层、多层渐变涂层、微不平表面、电介质-半透明金属干涉涂层和金属陶瓷涂层;重点介绍适合在高温条件下应用的微不平表面、电介质-半透明金属干涉涂层和金属陶瓷涂层;总结涂层在高温应用中存在的问题,并对相应的解决方案进行探讨。

电镀-高温氧化法制备CoCo_2O_4尖晶石型太阳能选择性吸收层

先采用电镀法在铁素体不锈钢上制备纯钴镀层,配方和工艺为:CoSO_4·7H_2O 300 g/L,CoCl_2·6H_2O 50 g/L,H_3BO_4 30 g/L,十二烷基磺酸钠(SDS)0.03 g/L,p H 5.0,室温,电流密度20 m A/cm^2,极间距30 mm,时间20 min。再在800°C下对Co镀层高温热氧化4 h,得到尖晶石型CoCo_2O_4太阳能选择性吸收层。分别采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对镀层的相结构和表面形貌进行表征。研究了Co镀层厚度(即电镀时间)对尖晶石型CoCo_2O_4吸收层光学性能的影响。结果表明,电镀时间为20 min时,最终所得CoCo_2O_4层的光学性能最佳,在700°C下工作的优选因数FOM为50.31 W/cm^2。将热氧化时间延长至100 h后,CoCo_2O_4吸收层的结构和光学性能均未发生明显变化,说明其高温稳定性优良。

太阳能选择性吸收涂层高温光谱吸收率的测量方法

太阳能热发电是高效利用太阳能资源的有效途径之一,对缓解能源危机和环境污染具有重要的推动作用和深远的社会意义。选择性吸收涂层是太阳能真空集热管的重要组成部分,是决定太阳能与热能转换效率的关键因素。针对高温状态下太阳能选择性吸收涂层光学性能的表征问题,提出一种适用于高温金属-陶瓷选择性吸收涂层太阳光谱吸收率的测量方法。基于双探测器的傅里叶光谱仪和具有涂层加热功能的积分球,研制了能够防止高温氧化并模拟涂层工作温度的高真空测量装置,实现0.3~2.5μm、室温-700℃太阳光谱吸收率的测量。选取磁控溅射制备的Mo-SiO_2选择性吸收涂层作为测量样品,该样品具有双吸收层的多层膜结构。对涂层样品不同温度下的太阳光谱吸收率进行了测量实验,室温测量值与理论计算值进行了对比分析,结果表明具有较好的一致性,最大偏差仅为2.9%,验证了涂层太阳光谱吸收率测量方法的可行性。高温光谱吸收率测量对涂层参数设计的优化及吸收性能的提高具有重要的指导意义及推动作用。

基于W双十字形微结构的太阳能选择性吸收薄膜的数值研究（英文）

提出一种基于金属-介质六层膜的高太阳辐射吸收的新型双十字形微结构,计算显示其加权平均吸收率在截止波长前的光谱区约为96.5%,850 K温度的辐射率为0.086.通过场图分析对太阳能波段的光热吸收机制进行了探讨.不同入射角情况下的计算结果显示,基于双十字形微结构的太阳能选择性吸收薄膜可具有低偏振依赖性,以及小于50°入射角条件下的低入射角依赖性特点,将能够满足太阳能选择性吸收器件的应用需求.

基于W-SiO_(2)双金属陶瓷结构的高效率太阳能选择性吸收薄膜的优化和制备

理论优化并成功制备了一种以W-SiO_(2)双金属陶瓷作为吸收层的太阳能选择性吸收薄膜,同时提高了薄膜在太阳辐射波段的吸收并降低了在红外波段的热辐射。研究了包括金属反射层材料、吸收层金属体积分数等因素对薄膜整体吸收效率的影响。基于对Si和K9玻璃基底上生长的不同金属体积分数的W-SiO_(2)陶瓷薄膜光学常数的研究,利用磁控溅射方法制备出如下膜系:W(~150 nm)/W-SiO_(2)(94 nm,0.67HVF)/WSiO_(2)(34 nm,0.27LVF)/SiO_(2)(47 nm)。膜系实际测量结果与仿真结果完全吻合,在250∼1500 nm宽光谱波段实现了高达95.3%的吸收率,并且在600 K温度下达到0.124的低热辐射率。该四层膜系结构简单,易于制备,有很强的实际应用前景。

SiO_2/CrO_x/CrN_y/Al太阳能选择性吸收涂层盐雾腐蚀性能分析

对SiO_2/CrO_x/CrN_y/Al型太阳能光谱选择性吸收涂层的盐雾腐蚀性能进行测试。在35℃下经质量分数为1%、3%、5%的NaCl盐雾处理一系列时间后采用UV、VIS、NIR、FTIR、SEM等方法表征该涂层腐蚀后光学性能及表面形貌的变化。结果表明经不同浓度的NaCl盐雾腐蚀后涂层出现表面粗糙度增加、白色斑点、起泡等缺陷。光学性能的衰减规律为:吸收比呈指数衰减,发射比初期迅速增加,然后进入钝化期,最后进入过钝化期而再次迅速增加。

SnO_2/CrON/Cu太阳能选择性吸收涂层循环热冲击性能研究

采用DC磁控溅射法制备SnO_2/CrON/Cu太阳能光谱选择性吸收涂层并进行中低温循环热冲击试验。对所制备涂层循环热冲击试验前后的光学性能和热稳定性进行表征。该涂层沉积态的吸收比为0.927,100℃发射比为0.048,在25℃/300℃的中低温下经264.25 h的循环热冲后涂层表面粗糙度几乎不变,未出现明显的元素扩散。吸收比仅衰减为0.912,发射比仅增加为0.076。表明该涂层适用于中低温光热利用领域。

碳化物超高温陶瓷太阳能选择性吸收涂层的研究进展

太阳能选择性吸收涂层是将太阳辐射选择性吸收转化成热能的材料。为更大限度地利用太阳能,高温太阳能选择性吸收涂层成为提高光热转化效率的关键部件。碳化物超高温陶瓷因具有良好的光学性能和高温稳定性而成为优选材料。目前,很多研究者已通过磁控溅射法、热喷涂法、溶胶凝胶法和激光涂覆法等方法制备了多种碳化物陶瓷基太阳能选择性吸收涂层,并且做了大量的工作来优化其性能。本文综述了碳化物陶瓷基太阳能选择性吸收涂层的研究进展,介绍了太阳能光谱选择性的要求及其选择性吸收的基本原理,总结了碳化物陶瓷基太阳能选择性吸收涂层的制备方法、材料、性能及其重要影响因素,最后展望了碳化物超高温陶瓷太阳能选择性吸收涂层的发展前景。

太阳能选择性吸收涂层的研究进展与应用前景

太阳能作为清洁的可再生能源其储量极其丰富,光热转换技术可实现对太阳能的有效利用。太阳能选择性吸收涂层是光热转换技术的核心。阐述了太阳能选择性吸收涂层的选择性吸收原理,并对太阳能选择性吸收涂层的种类、制备方法以及目前的研究进展进行了介绍,最后提出了太阳能选择性吸收涂层目前仍需解决的问题,并对未来的研究方向进行了展望。

太阳能选择性吸收涂层中铝靶拐点电压的影响因素分析

利用磁控溅射技术制备不锈钢-氮化铝(SS-Al N)太阳选择性吸收涂层的过程中,铝靶拐点电压的选取以及微控对所镀膜层的质量及其重要。本文分别试验了单独开启铝靶时不同溅射压强(0.2Pa、0.3Pa、0.4Pa、0.5Pa)下、单独开启铝靶时不同铝靶电流(30A、35A、40A)下、同时开启不锈钢靶和铝靶时不同不锈钢靶电流(20A、30A、40A)下,铝靶拐点电压的变化。

铈掺杂CoCuMnO_(x)太阳能选择性吸收涂层的制备及性能

采用共沉淀高温烧结法制备了铈掺杂CoCuMnO_x功能粉体(Ce@CoCuMnO_(x)),并掺入自制硅改性聚氨酯黏结剂中,在马口铁表面喷涂了太阳能选择性吸收涂层。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、紫外-可见-近红外分光光度计、红外光谱仪和自制太阳光模拟装置表征了粉体的物相组成、表面形貌以及涂层的选择吸收性能。结果表明,Ce@CoCuMnO_(x)功能粉体的物相组成包括CoCuMnO_(x)、Co_(3)O_(4)和CeO_(2)。当Ce、Co、Cu、Mn物质的量比为1.5∶2.5∶1.0∶1.0,煅烧温度为450℃,煅烧时间为4 h时,所制涂层的选择吸收性能最佳,太阳能吸收比(α_(s))为95.9%,发射率(ε_(T))为23.8%,品质因子(α_(s)/ε_(T))达到4.03。

WC-Co金属陶瓷太阳能选择性吸收涂层研究现状

WC-Co金属陶瓷涂层在太阳能选择性吸收方面具有良好的特性,本文阐述WC-Co金属陶瓷太阳能选择性吸收涂层在国内外的研究现状。介绍其他碳化物金属陶瓷涂层在太阳能选择性吸收中的研究进展,提出WC-Co金属陶瓷太阳能选择性吸收涂层未来的发展趋势。

太阳能光谱选择性吸收薄膜高温性能衰减分析

对SiO_2/CrO_x/CrN_y/Al型太阳能光谱选择性吸收薄膜的热稳定性进行测试,分析薄膜在高温下的光学性能、表面及截面形貌、元素分布、微观结构等变化。在450℃下热处理300 h后采用SEM、AES、TEM等方法分析薄膜热处理后的微观结构、成分变化。结果表明,经热处理薄膜出现表面粗糙度增加、晶粒异常长大、亚层界面变模糊等变化。主要的衰减机制为薄膜在高温下O、N发生轻微扩散,另外经热处理后吸收层Cr结晶度略有增加。

Mo-SiO_2太阳选择性吸收涂层的空气高温热稳定性

采用磁控溅射的方法制作Mo-SiO_2太阳能选择性吸收涂层,测量了涂层经过空气高温退火前后在0.34～25μm波长范围内反射曲线的变化情况。刚沉积完的涂层,太阳吸收比达到0.95,发射比为0.093。在空气中500、600℃退火1h后,涂层反射曲线基本不变。在空气中700℃退火1h后,涂层光谱选择性恶化,太阳吸收比下降到0.91,发射比上升到0.6。通过扫描电子显微镜观察了单层Mo、单层SiO_2以及SiO_2覆盖Mo的样片薄膜在空气中不同温度退火前后的形貌变化,发现以上薄膜表面不再平整,甚至出现裂纹和薄膜脱落,成为Mo-SiO_2选择性吸收特性恶化的主要原因。

Co_3O_4-CoAl_2O_4薄膜的热处理温度对Co-WC选择性涂层吸收性能的影响规律研究

目的提高Co-WC太阳能选择性吸收涂层的吸收性能。方法采用溶胶-凝胶法在超音速火焰喷涂(HVOF)制备的Co-WC涂层上涂覆Co_3O_4-CoAl_2O_4薄膜。在大气环境下,对样品进行梯度温度热处理,通过XRD表征在不同热处理温度下涂层的组成成分;利用FE-SEM和表面粗糙度仪观察涂层表面微观结构和测量涂层表面粗糙度;通过天平称量涂层质量变化来评价Co_3O_4-CoAl_2O_4涂层在不同温度下的服役性能;借助EDS分析Co_3O_4-CoAl_2O_4涂层的元素分布情况;使用UV-Vis-NIR分光光度计测试涂层的吸收性能。结果经过Co_3O_4-CoAl_2O_4薄膜改善后,Co-WC涂层的吸收性能提高。其中在650℃热处理温度下,Co_3O_4-CoAl_2O_4涂层的吸收率最佳,α=0.901,表面为典型的尖晶石结构,晶粒尺寸细小,表面粗糙度为3.519μm。650℃热处理温度下,Co_3O_4-CoAl_2O_4涂层在40 h抗超声震荡实验和20次抗热震实验中,相比其他热处理温度下的样品,质量变化最小,分别为14.9 mg和0.5 mg,且涂层的吸收率维持在0.89左右。结论Co_3O_4-CoAl_2O_4薄膜通过选取合适的热处理温度,可以在改善Co-WC涂层表面状态的同时,一定程度上提高吸收性能。

氧化铜选择性涂层的研究

以氧化铜为吸收粉体,有机硅树脂或酚醛树脂作为粘接剂,配制成一种低成本的太阳能选择性涂层,用涂膜器将其涂在不锈钢板上。重点讨论涂层的厚度、粘接剂的种类和配比对涂层光学性能的影响,涂层的耐温性能。经研究发现,有机硅树脂作为粘接剂有更好的耐温效果,当涂膜厚度在10μm,CuO的含量在50%-60%时,涂层有良好的光学性能,吸收率αs=0.87、发射率ε=0.32,这种涂层在300℃左右性质稳定,适用于中温太阳能集热器。