光谱选择性吸收涂层研究与发展过程
太阳选择性涂层研究及发展汇编
太阳选择性涂层研究及发展——强化辐射换热技术在太阳热利用中应用0 引 言太阳能集热器的热损主要是对流与吸热面的本身辐射，对于没有透明覆盖，也即吸热面暴露于外界环境的太阳集热器，当吸热面的温度不太高时，对流热损是起决定作用，并且随风速之增大而急剧上升。
对于具有透明覆盖的太阳能集热器，不论吸热面温度的高低，吸热面与透明覆盖之间的辐射换热恒大于它们之间空气层中的对流换热。
因此，无论对于平板或真空管集热器，强化辐射换热是提高集热效率的关键。
减少吸热板到环境的辐射换热主要通过在吸热板上都镀上一层选择性涂层，这些涂层在太阳光谱内具有高的吸收率，在大部分吸热板发射的红外（IR ）光谱内有低的发射率，通常为十分之一的量级。
因此选择性涂层降低了热损失并提高了集热器效率。
1 选择性吸收涂层的理论基础与工作原理1.1 选择性吸收涂层的理论基础—基尔霍夫定律基尔霍夫根据热力学第二定律导得关于物体表面吸收率与发射率之间的关系，并称之为基尔霍夫定律，该定律叙述为：对于给定的温度和波长，所有表面的发射率与吸收率之比是相同的，且与黑体的相同，这意味着，在一个封闭的等温系统中，没有净传热;同时也意味着，具有低吸收率的表面必定也具有低的发射率和高的反射率（在等温系统中）。
为满足这种条件，可用下式表示：αλ，T ＝ελ，T ＝1－ρλ，T （1）为更好地说明式（1）的意义，可用限制条件来加以说明，即：αλ1，T1≠ελ2，T1 （λ1≠λ2） (2)例如，白漆对太阳辐射的吸收率为0.2（在0.3-2.5微米），而本身的发射率（在室温下）却为0.9。
另一个限制条件是：αλ1，T1≠αλ1，T2许多材料在给定波长下的吸收率，随温度变化颇为缓慢，但对于一个相当大的温度范围，温度的影响可能是可观的，而当发生热力学变化时，就更为重要。
例如，在超导状态下，金属可以是一个完全反射体，但在1000k 时其吸收率可为0.4。
应当指出，光谱选择性涂层的理论基础就是式（2），因此，理解该式是特别重要的，也正因为太阳辐射的主要光波范围（0.3-2.5微米），明显地不同于吸收表面本身温度下的发射辐射的主要波长范围（5-30微米），故有可能获得太阳吸收率αs 大而发射率ε小的表面，即光谱选择性吸收表面。
太阳能光热转换的核心材料_光谱选择性吸收涂层的研究与发展过程解读
展趋势的需求，电化学方法制备光谱选择性吸收黑铬涂层已经发展为连续化生产技术。
1981-1983年，黄涵芬、赵玉文、张宝英等人研制了铝阳极化电解着色选择性吸收涂层（α＝0.92～0.96，ε＝0.10～0.20）。由于铝制集热器是当时最普遍采用的太阳集热器，所以铝阳极化电解着色选择性吸收涂层对这种集热器具有特殊的意义，此外，它还具有生产过程能耗低、污染小、成本低等优点。1987年，北京市太阳能研究所引进了铝复合条带轧机生产线，为了满足太阳集热器铜铝复合条带的生产要求，黄涵芬、韩建功、李小苏等人经过科技攻关，在国内首次研制成功并建成了连续式阳极化电解着色选择性吸收涂层生产线，实现了涂层大批量规模化生产，年产量达到十几万平方米，该项技术获得了1993年北京市科技进步二等奖。
随着太阳集热器技术的不断进步，光谱选择性吸收涂层的研究工作也在不断发展。1986-1988年，赵玉文、谢光明等又研制了黑钴选择性吸收涂层。该涂层具有良好的光谱选择性（α=0.92～0.96，ε=0.06～0.08），适合应用在工作温度较高的真空集热管上，北京市太阳能研究所采用该涂层生产的Ф65mm热管式真空集热管其性能已达到荷兰飞利浦公司同类产品的水平。
料，必须是一种复合材料，即由吸收太阳光辐射和反射红外光谱2部分材料组成。吸收辐射是指当辐射通过物质时，其中某些频率的辐射被组成物质的粒子(原子、离子或分子等)选择性地吸收，从而使辐射强度减弱的现象。吸收辐射的实质，是物质粒子发生由低能级(一般为基态)向高能级(激发态)的跃迁。在太阳光谱区，波长在0.3～2.5μm的太阳辐射强度最大，对该光谱区的光量子吸收是关键，因此，涂层材料中只有存在与波长0.3～2.5μm光子的能量相对应的能级跃迁，才具有较好的选择吸收性。一般来说，金属、金属氧化物、金属硫化物和半导体等发色体粒子的电子跃迁能级与可见光谱区的光子能量较为匹配，是制备太阳能选择性涂层吸收
光谱选择性吸收涂层研究与发展过程解读
光谱选择性吸收涂层研究与发展过程链接：/tech/39448.html 来源：中国太阳能工程光谱选择性吸收涂层研究与发展过程多年来，随着太阳能集热器技术的不断发展，选择性吸收涂层的研究工作始终没有停止前进的步伐。
近几年，随着太阳能热水器市场的发展变化，尤其是工程市场的不断扩大，平板太阳能集热器以其特有的性能优势重新受到人们的青睐。
作为提高太阳能集热器性能的核心材料，适用于平板太阳能集热器的选择性吸收涂层的研发及应用很快成为人们关注度焦点。
一、选择性吸收涂层的基本常识从18世纪世界上第一台太阳能集热器诞生以来，人们一直认为黑色物质是最理想的吸收材料。
从物理角度来讲，黑色意味着光线几乎全部被吸收，被吸收的光能即可转化为热能。
因此，很多企业认为用黑色的涂层材料就可以最大限度的实现太阳能的光热转换，但实际情况并非如此。
这主要是因为材料本身还有一个热辐射问题。
在量子物理中，黑体辐射的波长范围大约在2μm～l00μm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，太阳光谱的波长分布范围与热辐射不重叠。
在这个理论基础上，以色列科学家Tabor于上个世纪50年代末，提出了光谱选择性吸收理论。
他认为，要实现最佳的太阳能光热转换，必须找到一种材料使其同时满足以下两个条件：1.在太阳光谱内有尽量高的吸收比α ；2.在热辐射波长范围内有尽可能低的发射比ε。
只有满足以上条件的材料才能使太阳能集热器尽可能多地吸收太阳的能量，同时又尽可能少地减少自身热辐射的损失，从而达到提高太阳能光热转换效率的效果。
以上就是选择性吸收涂层的基本概念。
二、平板集热器涂层材料的应用和发展目前正在研究或应用的选择性吸收涂层有几十种之多，大致看来选择性吸收涂料、阳极化铝电解着色涂层和电镀黑铬涂层以及近年来发展起来的真空镀膜材料（蓝膜）是用于平板型太阳能热水器中低、中、高三种档次的代表性涂层。
下面分别加以介绍：1. 选择性吸收涂料选择性吸收涂料的主要成分是铁锰铜氧化物，首先将这些氧化物进行球磨，使其成为细小颗粒。
光谱选择性吸收涂层的研究进展
光谱选择性吸收涂层的研究进展近年来，光谱选择性吸收涂层的研究已经取得了显著的进展。
这种涂层可以根据不同波长的光线选择性地吸收和反射。
它在太阳能热利用、太阳能电池和热辐射领域都有广泛的应用前景。
本文将重点介绍光谱选择性吸收涂层的研究进展，包括其原理、制备方法和应用前景。
首先，光谱选择性吸收涂层的原理是基于材料的光学特性。
一般来说，材料具有多种吸收和反射光的能力。
通过适当选择涂层的材料和结构，可以使其在一些特定波长范围内具有高吸收率和低反射率。
这样，涂层就可以有效地吸收特定波长的光线，并将其转化为热能。
其次，制备光谱选择性吸收涂层的方法多种多样。
目前常用的方法有物理蒸发、溅射、激光烧结和溶液法等。
物理蒸发和溅射是最常用的方法，可以制备出具有高光谱选择性的涂层。
激光烧结方法采用激光加热的方式，可以在涂层表面形成纳米结构，从而提高光谱选择性。
溶液法是一种简单的制备方法，但其制备的涂层的光谱选择性相对较低。
光谱选择性吸收涂层在太阳能热利用方面有着广阔的应用前景。
利用光谱选择性吸收涂层，可以将太阳辐射能高效地转化为热能。
这种涂层可以应用于太阳能集热器、太阳能热水器和太阳能空调等设备中，提高能量利用效率。
此外，光谱选择性吸收涂层还可以用于太阳能电池。
通过在太阳能电池表面涂覆光谱选择性吸收涂层，可以提高电池的光吸收效率，从而提高转换效率。
除了太阳能领域，光谱选择性吸收涂层还可以应用于热辐射领域。
在工业生产中，常常需要控制物体的辐射热量。
通过在物体表面涂覆光谱选择性吸收涂层，可以调节其对特定波长的辐射热量的吸收和反射能力。
这样，就可以实现对物体辐射能的控制和调节，满足工业生产过程中的需求。
综上所述，光谱选择性吸收涂层是一种具有广阔应用前景的新型材料。
其主要原理是基于材料的光学特性，可以根据不同波长的光线选择性地吸收和反射。
制备方法多样，包括物理蒸发、溅射、激光烧结和溶液法等。
在太阳能热利用和热辐射领域有着广泛的应用前景。
集热器吸收涂层
黑铬与不同涂层的性能对比
编 号 光学性能 涂层类型 α ε 长×宽×厚 (mm) 195×110 ×0.20 195×110 ×0.15 195×110 ×0.15 195×110 ×0.60 管板结合方 式 超声波焊接 全铜复合轧 制 超声波焊接 铜铝复合轧 制
1
2
磁控溅射氮氧化钛
选择性吸收黑铬涂层
陶瓷金属膜系 吸收率≥0.95；发射率≤0.06(80 ℃) 耐候性有很大提高
1
2
3
盐雾24h: 1.镍铬涂层2.安铝
30
Log (Counts)
20
d=2.08914
10
涂层表面形貌
d=2.33933
d=1.22076
6
100
5 4 3
d=2.08914 d=2.0216 高红外反射层
三、平板选涂层的发展及应用
自上个世纪五十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，选择性吸收涂层的研究得到 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.
平板式集热器
平板集热器涂层材料的应用和发展主要 分为以下三个阶段：
2.太阳光谱与太阳常数
太阳主要以电磁辐射的形式传输能量。其中在0.3～3μm波长范围 内的光线占总太阳光的98%之多。太阳常数 ：1353瓦/米2
3.吸热板辐射
所有物体与投射来的辐射能不断地互相交换着能量。
投射在任何物体表面上的辐射流F，部分F被反射，部
分F被吸收，而剩下的部分F将透过物体，即： F＝ F＋ F＋ F
60 50 40 30
Log (Counts)
20
10
太阳能光热转换的核心材料_光谱选择性吸收涂层的研究与发展过程解读
太阳能光热转换的核心材料_光谱选择性吸收涂层的研究与发展过程解读太阳能光热转换是指将太阳能转化为热能的过程，其中核心材料为光谱选择性吸收涂层。
光谱选择性吸收涂层广泛应用于太阳能光热转换设备中，它能够选择性地吸收太阳辐射，将其转化为热能，提高能源利用效率。
在太阳能光热转换领域中，光谱选择性吸收涂层的研究与发展过程非常重要。
光谱选择性吸收涂层的研究起源于20世纪60年代。
当时，科学家开始意识到金属和绝缘体的界面存在着光谱选择性吸收的现象。
他们发现，通过改变金属和绝缘体之间的界面形状和结构，可以实现对不同波长的太阳辐射的选择性吸收。
因此，科学家开始尝试开发一种新型材料，以实现对太阳辐射的高效吸收。
经过多年的研究和发展，科学家们逐渐掌握了光谱选择性吸收涂层的制备技术。
最早的光谱选择性吸收涂层是通过将金属氧化物沉积在金属表面上得到的。
这些金属氧化物能够选择性地吸收太阳辐射中的一些波长，从而转化为热能。
然而，这种方法存在一些问题，例如制备工艺复杂、成本高昂等。
随着科学技术的进步，研究人员还开发出了更加先进的光谱选择性吸收涂层材料。
例如，一些研究人员利用纳米技术制备了一种新型的光谱选择性吸收涂层材料。
这种纳米涂层可以通过控制纳米颗粒的大小和形状来实现对太阳辐射的选择性吸收。
这种新型材料不仅具有高效的太阳辐射吸收能力，还具有制备简单、成本低、稳定性好等优点。
除了材料的改进外，研究人员还对光谱选择性吸收涂层的结构进行了优化。
他们发现，通过控制涂层的厚度和多层结构，可以进一步提高吸收效率。
例如，一些研究人员设计了多层结构的光谱选择性吸收涂层，其中每一层材料对不同波长的太阳辐射进行选择性吸收。
这种多层结构能够使整个涂层对太阳辐射的吸收范围更广，吸收效率更高。
总之，太阳能光热转换的核心材料-光谱选择性吸收涂层的研究与发展经历了多年的努力。
通过优化材料的性质和结构，研究人员取得了显著的进展。
这些研究成果不仅为太阳能光热转换设备的性能提供了技术支持，还为实现可持续能源的利用做出了重要贡献。
太阳能光热转换的核心材料_光谱选择性吸收涂层的研究与发展过程
太阳能光热转换的核心材料_光谱选择性吸收涂层的研究与发展过程太阳能光热转换核心材料——光谱选择性吸收涂层的研发过程■文/谢光明北京太阳能研究所有限公司太阳能光热应用无疑是人类利用太阳能最简单、最直接、最有效的途径之一。
然而，由于其到达地球后能量密度小且不连续，给大规模开发利用带来困难。
长期以来，如何将低品位的太阳能转化为高品位的热能，并丰富太阳能，以最大限度地利用太阳能，已成为研究者关注的问题。
在现有的一系列光热应用技术中，选择性吸收涂层技术被公认为核心技术，在提高太阳能热转换效率和促进太阳能光热大规模应用方面发挥着至关重要的作用。
前北京太阳能研究所是中国较早开展这项工作的单位之一。
本文将从原北京太阳能研究所的研究工作入手，介绍光谱选择性吸收涂层技术。
1，光谱选择性吸收涂层的基础这个常识1。
顾名思义，光谱选择性吸收涂层光谱选择性吸收涂层的基本概念是对光谱吸收具有选择性的涂层材料简而言之，光谱选择性吸收涂层在可见光区具有较高的吸收率(α)，在红外区具有较低的发射率(ε)，这也是选择性吸收涂层光学性能的两个重要参数。
由于太阳能和集热器的吸收面以粒子辐射的形式传输，只有具有特殊性质的材料才能吸收尽可能多的太阳能，同时尽可能少的减少自身的热辐射损失，从而达到提高太阳能光热转换效率的效果。
材料必须是复合材料，即它由吸收太阳辐射和反射红外光谱的两部分材料组成吸收辐射是指当辐射穿过物质时，某些频率的辐射被粒子(原子、离子或分子等)选择性吸收的现象。
)构成物质，从而减弱辐射强度。
吸收辐射的本质是物质粒子从低能级(通常是基态)到高能级(激发态)的转变在太阳光谱区，波长为0.3 ~ 2.5μ m的太阳辐射强度最大，在该光谱区光的量子吸收是关键。
因此，只有在涂层材料中存在与波长为0.3 ~ 2.5μ m的光子能量相对应的能级跃迁，才能具有更好的选择性吸收。
一般来说，发色团粒子如金属、金属氧化物、金属硫化物和半导体的电子跃迁能级与可见光谱区的光子能相对匹配。
Al-AlN选择性吸收涂层性能分析及光学模拟
Al-AlN选择性吸收涂层性能分析及光学模拟杨沐晖;夏建业;郭廷伟;黄健【摘要】研究了双层Al-AlN吸收层加减反射层结构膜系,并对这种结构膜系涂层性能进行分析和模拟,在模拟得到单层Al-AlN层的膜厚和填充因子基础上,工艺优化制备得到的Al-AlN选择性吸收涂层吸收率达到0.942,100℃发射率为0.044,聚光比为1条件下,光热转换效率为0.89.【期刊名称】《太阳能》【年(卷),期】2012(000)017【总页数】3页(P37-39)【关键词】Al-AlN;选择性吸收涂层;填充因子;吸收率;发射率【作者】杨沐晖;夏建业;郭廷伟;黄健【作者单位】常州博士新能源科技有限公司;常州博士新能源科技有限公司;常州龙腾太阳能热电设备有限公司;常州龙腾太阳能热电设备有限公司【正文语种】中文一引言太阳能选择性吸收涂层是一种高效吸收太阳能热辐射的薄膜材料，属于太阳能热利用技术。
目前，国内用于太阳能热水器上的选择性吸收材料很多，有Al-AlN、SS-AlN等复合材料。
Al-AlN选择性吸收涂层是目前应用最为广泛的吸热材料之一。
这种传统渐变结构膜系的选择性吸收涂层吸收率良好，但发射率也较高[1] 。
章其初等人[2] 提出双金属－介质选择性吸收膜系结构，这种涂层由金属层、两层金属－介质吸收层和减反射层构成。
使用的金属材料主要有Au、Ag、Cu、Al、Ni等，用以提高膜层的红外光谱反射率，降低膜层发射率；电介质－金属吸收层由金属含量不同的高、低金属填充因子金属－介质层组成；减反射层有AlN、Al2O3、SiO2等。
本文采用双金属－介质选择性吸收膜系结构，研究了Al-AlN选择性吸收涂层材料的光热性能。
选择性吸收涂层金属－介质层是主要的吸热层，对Al-AlN单层膜的反射率光谱进行模拟分析，得到膜厚及填充因子。
实验以模拟的数据为标准，通过多次优化实验，得到高吸收率和低发射率的Al-AlN选择性吸收涂层。
二实验方法本实验采用衡阳SCS-850型镀膜机。
太阳能吸热涂层的研究现状
ε 图6 着色电流对 a s 、 n 的影响 电解电流密度直接影响沉积物晶体粒度的分 布 。而沉积物平均粒度随电流密度增加 。由图 6 得 出这样的结论 ,沉积物的粒度分布严重影响着色膜 的光学性能 。平均粒度过大将使着色膜的选择吸收 特性明显变差 。所以 ,适当选择电解着色工艺参数 , ε 图4 着色膜厚度对 a s 、 n 的影响 图 4 表明 , 随氧化膜厚度的增加 , 吸收率 a s 有 一定的上升 ,法向发射率ε n 则大幅度增加 。当膜厚 μm 后 ,a s 和ε 度超过 2. 5 n 的变化趋与稳定 。因此 , μm ～ 0. 75 μm 之 把着色吸热膜的厚度控制在 0. 50 间 ,可获得具有最佳选择性的吸热膜 。 图 5 的曲线表明 ,着色时间短 ,沉积物的沉积量 过少 ,着色膜的吸收率 a s 和法向发射率ε n 都较低 ; 对制备高效选择性吸收膜是相当重要 。 姚仲达 [7 ] 报道了用于太阳能吸收板的铝电解着 色层研究 ,讨论了影响膜光学性能的多种因素 ,如膜 厚、 着色粒子填充率和膜的结构 。徐国治 [8 ] 则认为 交流升压的电解着色效果更好 。陈延禧 [9 ] 应用色度 学方法系统研究了铝电解着色膜的色度特点 , 在此 基础上 ,对电解着色膜的吸收和发射性能及其影响 因素也进行了较为深入的研究 [10 ] 。
3. 1. 2 钢的阳极氧化膜
1999 年 9 月
电镀与环保
第 19 卷第 5 期 [11 ] 、 万泰新 [12 ] 报道了钢的阳极氧化膜在 太阳能热转换中的应用 ,采用交流氧化工艺 ,在冷轧 钢带的表面制备了可用于低温太阳能热转换的选择 性涂层 。所用电解液含有三氧化铬 , 电解温度为 25
1 前言
太阳辐射能量集中在可见光谱和红外光谱区 , μm 。对吸收太阳能的黑体来 其波长范围为 0. 3 ～ 3 讲 ,要求涂覆对太阳能的吸收率高而对红外线辐射 μm 时 , 其表面 小的镀层 。若这些涂层在波长λ < 3 反射率甚低ε= 0. 05 ,根据 Kirchoff 定律 ,其吸收率 a μm 时 , 即红外光谱区 为 0. 95 ; 反之 , 在波长大于 3 时 ,则反射率高达ε= 0. 9 [1 ] 。 吸收率 a 、 反射率ε、 工作温度和寿命作为反映 选择性涂层性能的主要指标 [2 ] , 其重要性是不言而 喻的 。工作温度和寿命的重要性大家都很清楚 , 而 ε两项指标而言 ,一般说来 ,a 越大越好 ε 就 a、 , 越小 越好 。但在实际制备涂层时 ,当 a 达到某一数值后 , 要想进一步增大 a ε , 也会随之增大 。而且 ,有时ε增 加的值大于 a 增加的值 ,故研究中经常应用 a 与ε的 ε ) 来表征涂层选择性的高低 。 比值 ( aΠ ε为重要指标 ,太阳能吸热涂层总体上可分 以 aΠ 为非选择性涂层和选择性涂层两大类 。非选择性吸 ε ≤1 ; 选择性吸热涂层的 aΠ ε > 1 [3 ] 。下 热涂层的 aΠ 面对这两大类吸热涂层的研究现状进行综述 。
光谱选择性吸收涂层解析
光谱选择性吸收涂层谢光明要了解光谱选择性吸收涂层在太阳能利用中的作用，首先要从太阳辐射谈起。
众所周知，太阳是离我们最近的一颗恒星，它是一个炙热的气态球体。
太阳内部不断地进行热核反应，中心温度高达4000万度，并以辐射的形式向宇宙空间发射巨大的能量，每秒钟向外发射的能量，相当于每秒钟燃烧1.32亿亿吨标准煤放出的能量。
其中22亿分之一左右的能量到达地球大气上层，每秒钟约有1.765×1017焦耳，折合标准煤约600万吨。
如此说来，既然太阳能量如此之大，地球上怎么还会出现能源危机呢？人类只要无偿地坐享太阳的恩赐不就万事大吉了吗？问题却并非如此简单。
我们知道，虽然太阳辐射能量十分巨大，可到达地面的能量密度并不很高（平均每平方米1000瓦左右），而且是不连续的，这就给我们有效地利用太阳能带来了许多困难。
因此要广泛地利用太阳能不仅要解决技术上的种种问题，而且在经济上必须能同常规能源相竞争。
利用太阳能的途径虽然很多，但从技术与经济的观点来看，最简单也最切合实际的途径就是把太阳能转换成热能来加以利用，这就是我们所说的太阳能热利用。
在太阳能热利用装置中，首先要将太阳辐射能转换成热能，实现这种转换的器件称为太阳集热器。
无论哪种形式和结构的集热器，都要有一个用来吸收太阳辐射的吸收部件，该部件吸收表面的热辐射性能对集热器的热性能起着重要的作用。
表征吸收表面热辐射性能的物理量是吸收比和热发射比，前者表征吸收太阳辐射能的能力，后者表征自身温度下发射辐射能的能力。
为了提高太阳集热器的热效率，我们要求吸收部件表面在波长0.3～2.5μm太阳光谱范围内具有较高的吸收比（α），同时在波长为2.5～5.0μm红外光谱范围内保持尽可能低的热发射比（ε）。
换句话说，就是要使吸收表面在最大限度地吸收太阳辐射的同时，尽可能减小其辐射热损。
获得这种吸收效果的表面的涂层称为选择性吸收涂层。
显而易见，该涂层两个重要的性能参数α、ε对提高集热器的热效率起着至关重要的作用。
太阳能光热技术国内外研究现状
太阳能光热技术国内外研究现状就目前来说，国内外利用太阳能光热技术主要用来发电，通过收集和吸收太阳辐射来加热水或空气，通过高温蒸汽来驱动蒸汽轮机发电，这种发电方式叫做聚光式发电[6]。
世界上所使用的太阳能热发电形式主要有：太阳能塔式发电系统、太阳能槽式发电系统、太阳能碟式发电系统和线性菲涅尔式太阳能热发电系统[7]。
随着太阳能热发电技术的发展，国内也大量研发出太阳能热发电的技术和装备，甚至一些研发部门已经设计出可商业化的热发电系统。
而在其他领域，太阳能光热技术的应用还不是十分广泛,仅在一些方面小规模应用。
刘余、徐伟巍[8]提出建立太阳能光热技术与建筑相结合的系统，使建筑更加节能，通过该系统可以将太阳能与建筑紧密结合，具有良好的发展前景。
专利CNXX10127145.9[9] 提出将太阳能电池组件与太阳能集热器整合，形成太阳能光热系统。
不但可更有效的利用太阳能，亦可有效降低太阳能组件所累积的热能，更加可靠，效率更高。
30288在本课题中，主要应用太阳能光热技术来促使工质受热膨胀，驱动装置运转。
整体装置分为三个部分：集热装置、驱动装置以及追踪装置。
太阳能集热装置是提高光热转换效率的关键，国内外对该部分进行了多方面的研究。
袁颖利[10]等人研制了一种真空管太阳能空气集热器，该集热器使用内插管结构，能极大提高集热效率，并降低总体热损系数。
任云锋、鱼剑琳[11]等人结合复合抛物面聚光器(CPC)和热管平板式集热器，设计了一种新型太阳能集热器，该集热器以平面吸热板为接收器，集热温度和集热效率比普通平板式太阳能集热器高，并且集热过程中热损失较低。
Hamid Mohadam、Farshad Farshchi Tabrizi[12]等人对太阳能平板集热器进行研究，使用数学建模设计出太阳辐射吸收率最大化的前提下平板的倾斜角度，并将其设计出的结果与气象站观测到的数据相比较，证明该倾斜角度与实际过程的太阳辐射变化能完美的匹配。
TiNTiSiNSiN太阳能选择性吸收光热涂层的研究中期报告
TiNTiSiNSiN太阳能选择性吸收光热涂层的研究中
期报告
本次研究旨在研究开发一种太阳能选择性吸收光热涂层，以提高太阳能的转化效率。
在前期研究中，我们制备了一系列不同组分比例的碳化钼、碳化硅和氮化钛混合粉末，并使用高温烧结法制备了多层复合膜。
通过对膜的结构和光学性质的表征，我们发现该膜具有良好的太阳能选择性吸收性能。
在本次中期研究中，我们对复合膜的光热性能进行了测试。
首先，我们在太阳能模拟器下模拟了太阳辐射的光谱，并测量了复合膜的吸收率、反射率和透过率。
结果表明，复合膜在可见光和近红外光谱范围内具有良好的选择性吸收能力，而在短波红外光谱范围内具有较高的反射率。
接着，我们利用一个自制的光热测试平台对复合膜进行了光热性能测试。
通过对膜的表面温度和辐射率的测量，我们可以计算出复合膜的吸收率和热转化率。
结果表明，复合膜的吸收率高达96%，热转化率为92%，远高于传统太阳能吸收材料的性能。
总的来说，本次研究证明了该复合膜具有良好的太阳能选择性吸收性能和高效的光热转化能力，具有很大的应用潜力。
下一步研究将进一步优化复合膜的性能，并研究其在太阳能集热和太阳能电池等领域的应用。
太阳能光热转化选择性吸收涂层研究进展
太阳能光热转化选择性吸收涂层研究进展熊德华1,2，陈炜2，李宏11.武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室，武汉4300702.华中科技大学武汉光电国家实验室（筹），武汉430074摘要随着全球能源、环境问题的日益加剧，太阳能光热利用成为广泛关注的焦点问题之一。
太阳能选择性吸收涂层，是太阳能光热转换器件中最核心的部分，对器件的光热转换效率起决定性的影响。
本文从太阳能选择性吸收涂层的技术原理出发，综述涂层材料、结构、制备方法、工业化应用等方面的国内外发展状况，探讨太阳能选择性吸收涂层存在的问题及今后研究发展的方向。
关键词太阳能；光热利用；选择性吸收涂层；吸收率；发射率中图分类号TK5;TB3文献标志码A doi10.3981/j.issn.1000-7857.2014.09.007 Recent Progress in Solar-thermal Selective Absorber CoatingsXIONG Dehua1,2,CHEN Wei2,LI Hong11.State Key Laboratory of Silicate Materials for Architectures,Wuhan University of Technology,Wuhan430070,China2.Wuhan National Laboratory for Optoelectronics,Huazhong University of Science and Technology,Wuhan430074,ChinaAbstract It is urgent to solve the problem of energy shortage and the growing environmental problems,and to effectively utilize the clean and renewable solar energy via the photothermal conversion.The highly efficient solar selective absorber coating is the most critical part of solar thermal conversion devices,the property of which plays a decisive role in the device performance.This paper reviews the recent development of the solar-thermal selective absorber coatings,including the material selections,the coating structures,their preparation methods and their commercial applications.The existing problems of the solar selective coatings and their possible solutions are commented.Keywords solar energy;photothermal conversion;selective solar absorber;photothermal absorber;emissivity随着全球性能源危机的加剧以及环境问题（污染、温室效应）的日益严重，太阳能作为一种理想洁净的新能源，其有效利用受到广泛关注。
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光谱选择性吸收涂层研究与发展过程
多年来，随着太阳能集热器技术的不断发展，选择性吸收涂层的研究工作始终没有停止前进的步伐。
近几年，随着太阳能热水器市场的发展变化，尤其是工程市场的不断扩大，平板太阳能集热器以其特有的性能优势重新受到人们的青睐。
作为提高太阳能集热器性能的核心材料，适用于平板太阳能集热器的选择性吸收涂层的研发及应用很快成为人们关注度焦点。
一、选择性吸收涂层的基本常识
从18世纪世界上第一台太阳能集热器诞生以来，人们一直认为黑色物质是最理想的吸收材料。
从物理角度来讲，黑色意味着光线几乎全部被吸收，被吸收的光能即可转化为热能。
因此，很多企业认为用黑色的涂层材料就可以最大限度的实现太阳能的光热转换，但实际情况并非如此。
这主要是因为材料本身还有一个热辐射问题。
在量子物理中，黑体辐射的波长范围大约在2μm～l00μm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，太阳光谱的波长分布范围与热辐射不重叠。
在这个理论基础上，以色列科学家Tabor
于上个世纪50年代末，提出了光谱选择性吸收理论。
他认为，要实现最佳的太阳能光热转换，必须找到一种材料使其同时满足以下两个条件：
1.在太阳光谱内有尽量高的吸收比α ；
2.在热辐射波长范围内有尽可能低的发射比ε。
只有满足以上条件的材料才能使太阳能集热器尽可能多地吸收太阳的能量，同时又尽可能少地减少自身热辐射的损失，从而达到提高太阳能光热转换效率的效果。
以上就是选择性吸收涂层的基本概念。
二、平板集热器涂层材料的应用和发展
目前正在研究或应用的选择性吸收涂层有几十种之多，大致看来选择性吸收涂料、阳极化铝电解着色涂层和电镀黑铬涂层以及近年来发展起来的真空镀膜材料（蓝膜）是用于平板型太阳能热水器中低、中、高三种档次的代表性涂层。
下面分别加以介绍：
1. 选择性吸收涂料
选择性吸收涂料的主要成分是铁锰铜氧化物，首先将这些氧化物进行球磨，使其成为细小颗粒。
使用时将其和树脂黏合剂混合在一起涂刷或喷涂到吸热板表面。
选择性吸收涂层已有20多年历史，目前仍在使用，其主要特点是工艺简单、成本低廉，缺点是由于涂层厚度难以控制，从而使涂层的发射比较高（一般大于0.30），同时涂层中作为有机化合物的树脂材料在使用过程中容易老化从而使太阳能集热器的性能下降。
2. 电化学涂层
电化学涂层主要包括阳极化涂层和黒铬涂层。
阳极化铝电解着色涂层简称阳极化涂层，是目前平板太阳能集热器中应用最为广泛的涂层材料，主要用于采用铜铝复合条带的平板太阳能集热器。
该涂层多采用连续化的生产工艺，成本适中，具有良好的光学性能和耐候性，涂层的太阳吸收率可达92%，红外发射率控制在20%以下。
黑铬涂层从问世到现在，经受了30多年的实践检验，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，该涂层的太阳吸收率可高达95%以上，红外发射率控制在10%以下。
其主要缺点是在生产时对废液不加以控制的话，容易对环境造成一定程度的污染。
但如果经过工艺设计控制，完全可以实现无污染生产。
这里介绍一下深圳海达克公司在?铬涂层研究生产方面的一些技术创新工作。
凭借原有的连续电镀成套技术，2006年底，海达克开始对电镀黑铬铜带产品进行研发，一年后形成了窄带（宽度＜200mm）产品批量生产能力；为适应国内平板太阳能集热器向整板发展的新形势，海达克在多年从事窄带电镀黑铬生产的基础上，从2011年初启动了“宽幅连续电沉积太阳能黑铬吸热板工艺及装备”的研究工作，并耗资500多万元建成一条连续化生产线。
经过一年多的运行调试，目前具备正式
生产条件，年产可达到200万m2。
而后，海达克经过技术创新又成功地实现在铝板上沉积?铬涂层，为平板太阳能集热器的开发提供了新的材料选择。
3.真空镀膜涂层（蓝膜技术）
20世纪90年代末期，随着环保理念的加强，发达国家开始减少使用电化学方法生产的吸收涂层。
一些以生产平板太阳能集热器为主的欧洲国家开始研究选择性吸收涂层真空镀膜生产技术。
其中以德国为代表，在金属卷带上连续沉积金属陶瓷吸收涂层。
慕尼黑大学Scholkopt采用e-Beam电子束蒸发的方法在金属条带上连续沉积TiNOx选择性吸收涂层a=0.95, e（100oC）=0.06。
该涂层具有较高的耐湿耐温性能，已被广泛应用于平板太阳能集热器的生产之中，由于采用真空镀膜方法生产的涂层，在性能和外观方面，较化学方法生产的涂层都有很大改善，所以被称为新一代的太阳能集热器产品。
目前，代表的生产商有：德国安铝 ALANOD、德国
BLUETECH、德国TiNOx以及瑞典的SUNSTRIP（以窄幅为主）等欧洲公司。
图1为德国安铝ALANOD和德国Blue Tec的CrNiO 磁控溅射图，图2是TiNOx 电子束反应蒸发图。
图1 CrNiO 磁控溅射（ALANOD，BLUETECH从大气到大气)
图2 TiNOx 电子束反应蒸发（真空封闭系统）
连续化的生产方式不但提高了生产效率，还提高了产品质量的稳定性，并降低了产品的生产成本。
金属陶瓷材料、中频电源以及射频溅射技术的采用，大大提高了涂层的耐侯性。
我国近年来也出现了了采用磁控溅射方法生产的平板太阳能集热器涂层材料的设备及工艺。
代表厂家有：北京的蓝色海洋、江苏的东泰、沈阳的金搏等公司。
值得一提的是，北京蓝色海洋的李博峰先生经过近10年的潜心钻研和不懈地努力，终于率先在国内研制成功连续化镀膜生产技术与设备，填补了国内镀膜生产的空白，目前该技术和设备已通过国内和国外的有关机构的认证。
威海金博新能源公司为国内外客户开发制造多条大型连续化镀膜（卷对卷）生产线，已在兴业、夏博士等生产平板太阳能集热器的公司得到应用。
而东泰公司则在原来生产玻璃幕墙技术的基础上开发了非卷对卷式连续化镀膜生产线。
几年来的实际应用，这些涂层都保持了良好的光学性能和外观状况，初步经受住了
考验。
三、平板集热器涂层材料耐候性的研究
平板太阳能集热器涂层材料与其它涂层的最大区别是具备良好的耐候性。
由于涂层本身的多孔结构，使得空气中的水及其它有害介质很容易进入其中对其进行腐蚀。
目前使用的平板涂层大多能经受恒温恒湿的考验，即可以满足一般情况下的使用要求。
然而由于平板热水器要长期在各种不同的气候条件下使用，因此平板太阳能集热器需要经受各种恶劣环境的考验。
而经过多年的实践证明，一些平板涂层包括有些蓝膜都有不同程度的变花或脱落现象，基于此，对平板集热器涂层提出了更高的要求。
为了研究这一问题，我们对不同平板涂层样品进行了盐雾对比实验，实验结果表明，多数样品都发生了不同程度的腐蚀现象。
这就需要我们进一步提高现有平板涂层的耐候性能。
笔者认为，解决这一问题最有效的方法就是将涂层表面的介质膜做到位。
我曾多次强调介质膜对涂层性能影响的重要作用，它不仅起到减反射增加涂层吸收比的功能，同时由于介质膜本身对酸碱等物质具有良好的耐腐蚀性，因此对涂层本身也有很好的保护作用。
由于介质膜的制备需要一定的设备与技术条件，其自身的沉积速度比较缓慢，这会给涂层生产带来一定麻烦并增加一定成本，因此有些生产厂家在这个过程并未真正按要求操作，只是走走形式，，最终影响了涂层的质量。
如果不愿意为此增加生产成本的话，使用?铬涂层不失为一个最佳的选择。
?铬涂层以其良好耐候性能、优异的光学性能以及相对较低的价格，完全可以满足平板太阳能集热器的需要。
为了降低涂层成本，同时保证良好的耐候性，国外一些公司又重新研究开发了涂料型平板涂层。
德国的安铝以及日本、美国的一些公司都有产品问世。
新一代的涂料型平板涂层在金属颗粒的制备和树脂等粘合剂方面都有很大的改进和提高。
采用溶胶凝胶方法制备出纳米级的金属颗粒和耐温耐候性极强的聚碳酸树脂作为涂层的粘合剂，喷涂过程采用专业的自动化喷涂设备，使涂层的性能有了很好的保证。
国内也有一些厂家及时引进了相应的设备与技术，由于暂时不能实现国产化生产，所以涂层的成本相对来说还是比较高的。
综上所述，光谱选择性吸收涂层材料的研究与发展过程也是太阳能集热器乃至太阳能光热应用的发展过程。
太
阳能利用的水平，最终取决于太阳能材料的发展水平。
随着能源短缺和环境污染问题的日益加剧，扩大太阳能应用领域的工作势在必行。
我们要不懈地努力，争取在太阳能应用研究领域不断地进行技术突破，为人类依靠太阳能作为主要能源时代的早日到来做出应有的贡献。
作者：国家新能源工程中心顾问 谢光明
原文地址：/tech/39448.html。