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平板太阳能热水器集热材料详解

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平板太阳能热水器集热材料详解

浏览量: 来源:作者:海德阳光
  平板太阳能热水器:太阳主要以电磁辐射的形式给地球带来光与热。太阳辐射波长主要分布在0.25~ 2.5μm范围内。从光热效应来讲,太阳光谱中的红外波段直接产生热效应,而绝大部分光不能直接产生热量。我们感觉在强烈的阳光下的温暖和炎热,主要是衣服和皮肤吸收太阳光线,从而产生光热转换的缘故。从物理角度来讲,黑色意味着光线几乎全部被吸收,吸收的光能即转化为热能。因此为了最大限度地实现太阳能的光热转换,似乎用黑色的涂层材料就可满足了,但实际情况并非如此。这主要是材料本身还有一个热辐射问题。
     平板太阳能热水器:从量子物理的理论可知,黑体辐射的波长范围在2~ 100μm之间,黑体辐射的强度分布只与温度和波长有关,辐射强度的峰值对应的波长在10μm附近[3]。由此可见,太阳光谱的波长分布范围基本上与热辐射不重叠,因此要实现最佳的太阳能热转换,所采用的材料必须满足以下两个条件:①在太阳光谱内吸收光线程度高,即有尽量高的吸收率α;②在热辐射波长范围内有尽可能低的辐射损失,即有尽可能低的发射率γ。一般来说,对同一波长而言,材料的吸收率和发射率有同样的数值,即吸收率高则相应的发射率也高。但吸收率α与反射率γ及透射率t满足如下关系:α+γ+ t= 1。对于不透明材料由于t= 0,则α+γ= 1。而对于黑色物体来说,γ= 0,则α= 1。根据以上讨论可知,最有效的太阳能光热转换材料是在太阳光谱范围内,即λ< 2.5μm,有α≈ 1(即γ≈ 0);而在λ> 2μm,即热辐射波长范围内,有ε= 0(即γ≈ 1或α≈ 0),一般将具备这一特性的涂层材料称为选择性吸收材料。如不完全满足以上条件,在热辐射波长范围内ε值较大,尽管太阳光谱α≈ 1,仍有很大的热辐射损失,这类材料通常称为非选择性涂层材料。所有选择性吸收涂层的构造基本上分为两个部分:红外反射底层(铜、铝等高红外反射比金属)和太阳光谱吸收层(金属化合物或金属复合材料)。吸收涂层在太阳光波峰值波长(0.5μm)附近产生强烈的吸收,在红外波段则自由透过,并借助于底层的高红外反射特性构成选择性涂层。在聚光方面,由于日光波长覆盖范围大,聚焦用的反射镜或折射镜的高反射率或高透射率波长应覆盖300~ 2500nm,因而镜面采用新型的纳米涂层,从室内保温涂层到太阳镜上的防反涂层等,这些技术将集热器的效率提高了近5%。从最近众多的纳米技术的研究成果来看,玻璃涂层将获得更加长足的发展。
    平板太阳能热水器:预计涂层未来的研发方向主要有以下几个方面:①超长的户外寿命(抗风、防灰尘吸附等);②高太阳光反射率(反射波长覆盖300~ 2500nm);③良好的抗机械应力特性,以适应对反射镜面的定期清洗;④耐腐蚀性(< 0.15%,与镀银镜面耐腐蚀性相当)。在吸热方面,太阳能一次吸热(指直接从阳光获取热能)材料主要有金属、塑料、玻璃等,但实际使用的几乎全是金属。按吸热板芯材料划分有钢板铁管、全铜、全铝、铜铝复合、不锈钢、塑料、溴化锂、氯化锂、硫化钠、硅胶、水等,国内外使用得比较普遍的是全铜集热器和铜铝复合集热器。
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