平板太阳能集热器吸热层应用现状分析

提要:自20世纪50 年代以色列科学家塔博(Tabor)教授提出选择性吸收涂层理论以来,选择性吸收涂层研究得到了很快的发展,太阳能光热应用的发展以及集热器技术的发展,实际上就是选择性吸收涂层的发展过程。

  自20世纪50 年代以色列科学家塔博(Tabor)教授提出选择性吸收涂层理论以来,选择性吸收涂层研究得到了很快的发展,太阳能光热应用的发展以及集热器技术的发展,实际上就是选择性吸收涂层的发展过程。

  回顾我国平板太阳能吸收涂层发展可以分为三大类型

  第一个类型是涂料涂层

  由黏结剂和金属氧化物颗粒组成,制备方法一般采用涂刷和喷涂的方法。这种涂料型涂层因生产过程对人保护有限,且生产过程中造成浪费和污染,难以撑控涂料厚度,吸收层的发射比非常高,目前市场除极少数公司采用外,基本上不见踪影,其中代表性的选择性吸收涂料主要是铁锰铜氧化物,使用时将其和黏合剂混合在一起喷涂到吸热板表面。该涂层已有三十多年历史,目前仍有部分在使用,其主要特点是工艺简单、成本低廉,缺点是使用过程中容易老化从而引起性能下降。

  第二个类型是电化学涂层

  常用的有电镀法和阳极氧化法。电镀法用的电镀涂层主要有黑镍涂层、黑铬涂层、黑钴涂层等,均具有良好的光学性能,目前市场主要存在以铜或铝为基材的电镀黑铬涂层和黑镍涂层,黑铬和黑镍涂层从问世到现在,经受了30 多年的实践检验。它不但具有优良的光学性能,而且也具有非常优异的耐热耐湿耐候性能,该涂层的太阳吸收比可高达0.94 以上,红外发射比控制在0.10 以下。黑铬涂层主要缺点是生产过程中需对废液严加控制,否则易对环境造成一定程度的污染,铬属于重金属,一旦发生意外对人体健康影响较大,且生产成本较高,目前欧洲等一些发达国家已经禁止此类涂层的生产。黑镍涂层生产过程污染小,但涂层在生产后期封孔阶段成本高,较高的成本在一定程度上影响了产品的应用推广。阳极氧化法常用的电化学涂层主要是铝阳极氧化涂层,因其良好的性价比,铝阳极氧化吸收层是目前平板市场保有量和占有率最高的涂层。

  第三个类型是真空镀膜涂层

  利用真空蒸发和磁控溅射技术制取,如磁控溅射得到的AlN 涂层和NiCrO 涂层,以及电子束蒸发的TiNOx,因其制备最终产品大部分均为蓝色,所以市场也通称此类涂层为“蓝膜”。真空镀膜涂层的主要优势是生产过程无污染,生产效率高,且涂层的光学性能优异,尤其是发射比是目前市面产品中表现最好的,但因之前此项技术及设备一直掌握在德国和美国等少数发达国家手中,制约了该类涂层早期在中国的发展,2010 年后国内企业相继自主研发设备或引进国外设备,蓝膜才得以大范围推广和应用。

  深圳市嘉普通太阳能有限公司(以下简称“嘉普通”)历经十年不懈努力,与清华大学殷志强教授合作,于2010 年成功研制出国内首家拥有自主知识产权的铜基材真空镀膜光选择性吸收涂层(蓝膜),其光学性能、耐久耐候性能、性价比均达国际领先水平,该专利目前已取得欧洲专利局Pct 专利授权,打破了欧洲发达国家在这一技术领域的垄断地位。

  纵观市场上各类涂层,笔者认为从推进平板太阳能普及以及节约社会成本角度考虑,低成本高性能的涂层一定会得到长远发展。深圳市嘉普通太阳能有限公司历经多年研发积累再添佳绩,于2012 年成功研发出卷绕式宽幅铝阳极氧化涂层,该涂层设备及生产工艺均为嘉普通自主独立研发。该光选择性吸收涂层吸收比达0.94,发射比为0.092,性能稳定,而且自动化程度高、生产效率高。

  宽幅面卷绕式阳极氧化光选择性吸收涂层制备从2010 年立项,2012 年12 月得到大规模生产。产品经国家太阳能热水器质量监督检验中心检测,吸收比可达0.94,发射比为0.092,抗盐雾、抗老化性能好,技术指标达到国际同类产品技术的领先水平。

  2012 年5 月,项目产品成功应用到整板光选择性吸热体的平板太阳能集热器中,经用户反应,该款平板太阳能集热器集热效率与常规的条带式平板太阳能集热器相比,效率提高10%左右,性价比高,推广应用好。

  同年,该产品推广应用到深圳、北京、天津、海南、江西、陕西、内蒙古等多个地区的太阳能热利用工程项目中。实践证明,该产品不论从质量、性能还是经济效益上都值得大规模应用推广的,尤其在大型太阳能热利用工程中具有好的发展前景和经济效益。

新浪地产
关键词:集热效率  黑镍  磁控溅射  

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