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            簡單講解太陽能熱水器的集熱材料

            發布時間:2017-04-18   發布人:admin   瀏覽次數:453

                 太陽主要以電磁輻射的形式給地球帶來光與熱。太陽輻射波長主要分布在0.25~ 2.5μm范圍內。從光熱效應來講,太陽光譜中的紅外波段直接產生熱效應,而絕大部分光不能直接產生熱量。我們感覺在強烈的陽光下的溫暖和炎熱,主要是衣服和皮膚吸收太陽光線,從而產生光熱轉換的緣故。從物理角度來講,黑色意味著光線幾乎全部被吸收,吸收的光能即轉化為熱能。因此為了最大限度地實現太陽能的光熱轉換,似乎用黑色的涂層材料就可滿足了,但實際情況并非如此。這主要是材料本身還有一個熱輻射問題。從量子物理的理論可知,黑體輻射的波長范圍在2~ 100μm之間,黑體輻射的強度分布只與溫度和波長有關,輻射強度的峰值對應的波長在10μm附近[3]。由此可見,太陽光譜的波長分布范圍基本上與熱輻射不重疊,因此要實現最佳的太陽能熱轉換,所采用的材料必須滿足以下兩個條件:①在太陽光譜內吸收光線程度高,即有盡量高的吸收率α;②在熱輻射波長范圍內有盡可能低的輻射損失,即有盡可能低的發射率γ。一般來說,對同一波長而言,材料的吸收率和發射率有同樣的數值,即吸收率高則相應的發射率也高。但吸收率α與反射率γ及透射率t滿足如下關系:α+γ+ t= 1。對于不透明材料由于t= 0,則α+γ= 1。而對于黑色物體來說,γ= 0,則α= 1。根據以上討論可知,最有效的太陽能光熱轉換材料是在太陽光譜范圍內,即λ< 2.5μm,有α≈ 1(即γ≈ 0);而在λ> 2μm,即熱輻射波長范圍內,有ε= 0(即γ≈ 1或α≈ 0),一般將具備這一特性的涂層材料稱為選擇性吸收材料。如不完全滿足以上條件,在熱輻射波長范圍內ε值較大,盡管太陽光譜α≈ 1,仍有很大的熱輻射損失,這類材料通常稱為非選擇性涂層材料。所有選擇性吸收涂層的構造基本上分為兩個部分:紅外反射底層(銅、鋁等高紅外反射比金屬)和太陽光譜吸收層(金屬化合物或金屬復合材料)。吸收涂層在太陽光波峰值波長(0.5μm)附近產生強烈的吸收,在紅外波段則自由透過,并借助于底層的高紅外反射特性構成選擇性涂層。在聚光方面,由于日光波長覆蓋范圍大,聚焦用的反射鏡或折射鏡的高反射率或高透射率波長應覆蓋300~ 2500nm,因而鏡面采用新型的納米涂層,從室內保溫涂層到太陽鏡上的防反涂層等,這些技術將集熱器的效率提高了近5%。從最近眾多的納米技術的研究成果來看,玻璃涂層將獲得更加長足的發展。預計涂層未來的研發方向主要有以下幾個方面:①超長的戶外壽命(抗風、防灰塵吸附等);②高太陽光反射率(反射波長覆蓋300~ 2500nm);③良好的抗機械應力特性,以適應對反射鏡面的定期清洗;④耐腐蝕性(< 0.15%,與鍍銀鏡面耐腐蝕性相當)。在吸熱方面,太陽能一次吸熱(指直接從陽光獲取熱能)材料主要有金屬、塑料、玻璃等,但實際使用的幾乎全是金屬。按吸熱板芯材料劃分有鋼板鐵管、全銅、全鋁、銅鋁復合、不銹鋼、塑料、溴化鋰、氯化鋰、硫化鈉、硅膠、水等,國內外使用得比較普遍的是全銅集熱器和銅鋁復合集熱器。

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