تقنية الطلاء للطاقة الشمسية الحرارية

يعود تاريخ تطبيقات الطاقة الشمسية الحرارية إلى فترة أطول من تطبيقات الطاقة الكهروضوئية، حيث ظهرت سخانات المياه الشمسية التجارية عام 1891. وتعتمد تطبيقات الطاقة الشمسية الحرارية على امتصاص ضوء الشمس وتحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة حرارية، ويمكن استخدامها مباشرةً أو تخزينها، كما يمكن تحويلها إلى كهرباء عن طريق تسخين مولدات تعمل بالبخار. ويمكن تقسيم تطبيقات الطاقة الشمسية الحرارية إلى ثلاث فئات حسب نطاق درجة الحرارة: تطبيقات درجات الحرارة المنخفضة (أقل من 100 درجة مئوية)، وتُستخدم بشكل أساسي لتسخين حمامات السباحة وتسخين هواء التهوية، وتطبيقات درجات الحرارة المتوسطة (من 100 إلى 400 درجة مئوية)، وتُستخدم بشكل أساسي لتوفير المياه الساخنة للاستخدام المنزلي وتدفئة الغرف وتسخين العمليات الصناعية، وتطبيقات درجات الحرارة العالية (أكثر من 400 درجة مئوية)، وتُستخدم بشكل أساسي للتدفئة الصناعية وتوليد الطاقة الحرارية. ومع تطور أنظمة توليد الطاقة باستخدام المجمعات الشمسية، أصبحت الأبحاث المتعلقة بالمواد الكهروضوئية المقاومة لدرجات الحرارة المتوسطة والعالية والمقاومة للعوامل البيئية أولوية قصوى.

تلعب تقنية الأغشية الرقيقة أيضاً دوراً مهماً في تطبيقات الطاقة الشمسية الحرارية. نظراً لانخفاض كثافة الطاقة الشمسية على سطح الأرض (حوالي 1 كيلوواط/م² عند الظهيرة)، تحتاج المجمعات الشمسية إلى مساحة كبيرة لجمع الطاقة الشمسية. وتؤدي النسبة الكبيرة بين مساحة وسمك الأغشية الكهروضوئية الشمسية إلى أغشية عرضة للتقادم، مما يؤثر على عمر المعدات الكهروضوئية الشمسية. وتتمثل المتطلبات الأساسية للأغشية الكهروضوئية الشمسية في ثلاثة أمور: كفاءة طاقة عالية، وعمر طويل، واقتصادية. ويُستخدم الانتقاء الطيفي لتقييم كفاءة الطاقة للأغشية الكهروضوئية الشمسية. يجب أن يتمتع الغشاء الكهروضوئي الشمسي الجيد بامتصاص ممتاز عبر نطاق واسع من أطياف الإشعاع الشمسي وانبعاث حراري منخفض. ويُستخدم معامل a/e لتقييم الانتقاء الطيفي للغشاء، حيث يرمز a إلى الامتصاصية الشمسية وe إلى الانبعاثية الحرارية. ويختلف الأداء الحراري للأغشية المختلفة اختلافاً كبيراً. كانت الأغشية الماصة للحرارة في بداياتها تتكون من طبقة سوداء على رقاقة معدنية، والتي فقدت ما يصل إلى 45% من الإشعاع ذي الطول الموجي الطويل المنبعث أثناء امتصاصها للحرارة وتسخينها، مما أدى إلى حصاد 50% فقط من الطاقة الشمسية. يمكن تحسين أداء الأغشية الكهروضوئية بشكل ملحوظ باستخدام مواد رقيقة انتقائية طيفيًا، مثل معدن البلاتين أو الكروم أو كربيدات ونيتريدات بعض المعادن الانتقالية. تُحضّر هذه الأغشية عادةً بتقنية الترسيب الكيميائي للبخار (CVD) أو الترسيب بالرش المغناطيسي، ويمكن خفض الانبعاثية الحرارية إلى 15% فقط للأغشية ذات كفاءة تجميع تصل إلى 80%. تتميز أغشية التجميع الانتقائية طيفيًا المثالية بمعامل امتصاص يزيد عن 0.98 في النطاقات الرئيسية للطيف الشمسي (أقل من 3 ميكرومتر)، ومعامل إشعاع حراري أقل من 0.05 في نطاق الإشعاع الحراري عند 500 درجة مئوية (أكبر من 3 ميكرومتر)، كما أنها مستقرة هيكليًا وأدائيًا عند 500 درجة مئوية في جو هوائي.

– نُشر هذا المقال بواسطةمصنع معدات الطلاء بالتفريغتكنولوجيا قوانغدونغ تشنهوا.