טכנולוגיית ציפוי לאנרגיה סולארית תרמית

ההיסטוריה של יישומים תרמיים סולאריים ארוכה מזו של יישומים פוטו-וולטאיים. דודי מים סולאריים מסחריים הופיעו בשנת 1891. יישומים תרמיים סולאריים הם באמצעות ספיגת אור שמש. אנרגיית אור לאנרגיה תרמית לאחר שימוש ישיר או אחסון, ניתן גם להמיר אותה לחשמל על ידי גנרטורים המונעים על ידי קיטור. ניתן לחלק יישומים תרמיים סולאריים לשלוש קטגוריות לפי טווח הטמפרטורות: יישומים בטמפרטורה נמוכה (<100C), המשמשים בעיקר לחימום בריכות שחייה, חימום מוקדם של אוויר אוורור וכו'; יישומים בטמפרטורה בינונית (100 ~ 400C), המשמשים בעיקר לחימום מים חמים ביתיים וחדרים, חימום תהליכים בתעשייה וכו'; יישומים בטמפרטורה גבוהה (>400C), המשמשים בעיקר לחימום תעשייתי, ייצור חשמל תרמי וכו'. עם קידום מערכות ייצור חשמל באמצעות קולטים, עמידות בפני טמפרטורות בינוניות וגבוהות וחומרים פוטותרמיים עמידים לסביבה הפך לעדיפות.

טכנולוגיית שכבה דקה ממלאת גם תפקיד חשוב ביישומים תרמו-סולאריים. בשל צפיפות אנרגיית השמש הנמוכה על פני השטח (כ-1 קילוואט/מ"ר בצהריים), קולטים זקוקים לשטח גדול כדי לאסוף אנרגיה סולארית. יחס השטח/עובי הגדול של סרטי פוטותרמיות סולאריים גורם לסרטים הרגישים להזדקנות, דבר המשפיע על אורך החיים של ציוד פוטותרמי סולארי. הדרישות המרכזיות לסרטים תרמיים סולאריים הן שלוש: יעילות אנרגטית גבוהה, אורך חיים ארוך וחסכוני. סלקטיביות ספקטרלית משמשת להערכת יעילות האנרגיה של סרטי פוטותרמיות סולאריים. סרט תרמי סולארי טוב צריך להיות בעל ספיגה מצוינת על פני טווח רחב של תחומי קרינה סולארית ופליטות תרמית נמוכה. מקדם a/e משמש להערכת הסלקטיביות הספקטרלית של הסרט, כאשר a מייצג ספיגה סולארית ו-e מייצג פליטה תרמית. הביצועים התרמיים של סרטים שונים משתנים במידה ניכרת. סרטים סופגי חום מוקדמים כללו ציפוי שחור על נייר מתכת, שאיבד עד 45 אחוז מהקרינה ארוכת הגל שנפלטה כשהוא ספג חום והתחמם, וכתוצאה מכך קצירת אנרגיה סולארית של 50 אחוז בלבד. ניתן לשפר משמעותית את יעילות הסרטים הפוטותרמיים באמצעות שימוש בסלקטיביות ספקטרלית. חומרים בעלי שכבה דקה כגון מתכת פלטינה, כרום, או קרבידים וניטרידים של חלק מתכות המעבר. סרטים פוטותרמיים מוכנים בדרך כלל על ידי CVD או התזה מגנטרונית, וניתן להפחית את פליטת התרמית ל-15 אחוזים בלבד עבור סרטים בעלי יעילות קולט של עד 80 אחוזים. סרטי קולט ספקטרליים סלקטיביים אידיאליים הם בעלי מקדם בליעה של יותר מ-0.98 בפסים העיקריים של ספקטרום השמש (<3µm), ומקדם קרינה תרמית של פחות מ-0.05 בפס הקרינה התרמית של 500°C (>3µm), והם יציבים מבחינה מבנית וביצועית ב-500°C באטמוספירה אווירית.

–מאמר זה פורסם על ידייצרן ציוד ציפוי ואקוםטכנולוגיה של גואנגדונג Zhenhua.