浅谈太阳能选择性吸热涂层的性能

摘要：太阳能选择性吸热涂层“蓝膜”因其具有高的吸收比和低的热发射比，在平板太阳能集热器中得到广泛的使用。“蓝膜”的关键在于太阳能吸收比和热发射比性能及其在各种条件下的稳定性，如抗盐雾破坏的能力。本文简单介绍了当前几种“蓝膜”的相关性能，建议“蓝膜”的颜色应该多样化，这样更加利于实现集热器与建筑相结合。 　　1选择性吸热涂层 　　选择性吸热涂层的作用是尽可能多地吸收太阳能，将其转化为热能而被利用，与此同时尽可能减少因热辐射而产生的热损失，即需要提高太阳能吸收比和降低热发射比。 　　太阳能吸收比是指涂层吸收的太阳能与投射到涂层表面的太阳能之比，而热发射比是指同温度下涂层与黑体的热辐射能力之比。 　　什么样的光谱曲线能说明涂层具有优异的热性能，在0.3~2.5μm 的波长之间，反射比应尽可能的低，则太阳能热吸收比越高；而在2.5~25μm之间的反射比应尽可能的高，尤其是8~13μm，则热发射比越低。如图1所示，图中点划线是一吸热涂层的光谱测试图。 　　2涂层的性能 　　可通过盐雾试验、高温试验和附着力测试来考察涂层的耐候性等性能，试验方法参考GB/T26974-2011中的相关规定进行。 　　高温试验考察涂层在空气环境、高温条件下的稳定性，通过高温热处理后测试其吸收比和发射比，来评估在实际使用过程中的热稳定性。通过百格试验法附着力不合格，则容易在使用过程中脱膜，导致选择性吸收的功能丧失，性能失效。 　　盐雾试验是考察涂层的耐腐蚀能力，一般是将其放在潮湿、有腐蚀介质的环境中观测其腐蚀发生的程度。盐雾试验后，涂层吸收比和发射比的变化反映出涂层的耐候性能。 　　3 “蓝膜”盐雾试验情况对比 　　盐雾试验是行业内最为关心的性能检测方式之一，对当前市场上几种“蓝膜”的盐雾测试作简要对比研究。 　　如图3、图4 所示，其为厂家1“蓝膜”在盐雾试验过程中的现象。该蓝膜初始吸收比为0.949，热发射比为0.058。随着盐雾时间的增加，表面变花，经过研究分析，发现是其膜层受到腐蚀，白色物质是铝的氧化物，也就是说腐蚀介质已经破坏膜层引起基材的腐蚀，经过96 小时盐雾后，吸收比为0.864，热发射比为0.729，选择性吸收的功能基本丧失。 　　如图5、图6 和图7 所示，其为厂家2 的“蓝膜”在盐雾试验过程中的现象。初始的吸收比为0.891，热发射比为0.043。随着盐雾时间的增加，吸收比出现一定的下降，而发射比有所增加，到96 小时盐雾后，吸收比为0.851，热发射比为0.095。表面颜色基本不变，只是出现一些点腐蚀，也正是这些点腐蚀的出现及扩展，导致了集热性能的下降，整体上耐盐雾性能不错，只是涂层的吸收比偏低，不利于太阳能集热器热性能的提升。 　　后的性能变化情况，曲线一的“蓝膜”盐雾之前吸收比为0.943，热发射比为0.050。而经过96 小时盐雾后，吸收比为0.931，热发射比为0.075。对于曲线二蓝膜盐雾之前吸收比为0.935，热发射比为0.046。经过96 小时盐雾后，吸收比为0.915，热发射比为0.081。两种不同曲线“蓝膜耐盐雾性能优异，吸收比和发射比都非常稳定，只是在盐雾后出现了不均匀表面变化现象，给人以掉膜的感觉。经过研究分析，该变化并非掉膜，而是膜层表面不均匀地吸收水汽，导致膜层的光学厚度发生改变，从而引起对光反射曲线的改变，导致出现不均匀的变化。 　　那厂家2 的蓝膜就不会吸收水汽？为什么不变色？这是因为厂家2 的蓝膜的光谱曲线属于锅底的非干涉型，即使光学厚度发生改变，也不易引起颜色的改变。但对于PiEP 的蓝膜，从原始曲线中可以看出，属于带干涉峰的W 型曲线，这种曲线的干涉峰位置很容易因光学厚度的改变而改变，引起颜色变化。 　　厂家1 的蓝膜产品抗盐雾腐蚀能力很差，经过96 小时盐雾试验后选择性吸热的功能基本丧失；而厂家2 的蓝膜产品虽然吸收比不高，一定程度上牺牲了集热器的热性能，但具有好的盐雾性能；中科百博两种颜色的蓝膜初始光学性能优异，虽然盐雾后会因为吸附水汽而导致表面颜色的变化，但其光学性能在盐雾前后表现稳定，耐盐雾性能较好。 　　4涂层的颜色 　　平板太阳能集热器主要应用于建筑方面，即需要与建筑相结合。而建筑会有不同的颜色，若建筑与集热器的颜色相差太大，则可能出现外观上的不兼容，出现如图11 所示的不协调，则可能影响建筑设计师在设计过程中放弃太阳能集热器。我们需要多种色彩的吸热涂层和边框，使平板太阳能集热器与建筑更加完美的结合。 　　5总结 　　吸热涂层的吸收比和热发射比是决定平板集热器的关键性参数，无论高温试验还是盐雾试验，考察的都是吸热涂层在不同工作条件下的高吸收比和低发射比的稳定性。优异的、稳定的光学性能结合多种色彩的涂层、多色彩的边框设计，可有效促进平板太阳能集热器与建筑相结合，推动我国太阳能热利用行业的发展。（四川中科百博太阳能科技有限公司/敖术广熊斌）