เทคโนโลยีการเคลือบเพื่อความร้อนจากแสงอาทิตย์

ประวัติของการใช้งานความร้อนจากแสงอาทิตย์ยาวนานกว่าการใช้งานของโฟโตวอลตาอิก เครื่องทำน้ำอุ่นพลังงานแสงอาทิตย์เชิงพาณิชย์ปรากฏขึ้นในปี พ.ศ. 2434 การใช้งานความร้อนจากแสงอาทิตย์นั้นเกิดจากการดูดซับแสงอาทิตย์ พลังงานแสงเป็นพลังงานความร้อนหลังจากใช้งานโดยตรงหรือจัดเก็บ นอกจากนี้ยังสามารถแปลงเป็นไฟฟ้าได้โดยการให้ความร้อนแก่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนด้วยไอน้ำ การใช้งานความร้อนจากแสงอาทิตย์สามารถแบ่งออกได้เป็นสามประเภทตามช่วงอุณหภูมิ: การใช้งานที่อุณหภูมิต่ำ (<100C) ส่วนใหญ่ใช้สำหรับทำความร้อนสระว่ายน้ำ อุ่นอากาศระบายอากาศล่วงหน้า ฯลฯ การใช้งานที่อุณหภูมิปานกลาง (100 ~ 400C) ส่วนใหญ่ใช้สำหรับน้ำร้อนในครัวเรือนและทำความร้อนในห้อง ทำความร้อนกระบวนการในอุตสาหกรรม ฯลฯ การใช้งานอุณหภูมิสูง (>400C) ส่วนใหญ่ใช้สำหรับทำความร้อนในอุตสาหกรรม การผลิตพลังงานความร้อน ฯลฯ ด้วยการส่งเสริมระบบผลิตพลังงานตัวรวบรวม การวิจัยวัสดุโฟโตเทอร์มอลที่ทนทานต่ออุณหภูมิปานกลางและสูงจึงกลายเป็นเรื่องสำคัญ

เทคโนโลยีฟิล์มบางยังมีบทบาทสำคัญในการใช้งานความร้อนจากแสงอาทิตย์ด้วย เนื่องจากความหนาแน่นของพลังงานแสงอาทิตย์ที่พื้นผิวต่ำ (ประมาณ 1kW/m² ในตอนเที่ยงวัน ตัวเก็บพลังงานจึงต้องมีพื้นที่ขนาดใหญ่ในการเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ อัตราส่วนพื้นที่/ความหนาขนาดใหญ่ของฟิล์มความร้อนจากแสงอาทิตย์ทำให้ฟิล์มมีความอ่อนไหวต่อการเสื่อมสภาพ ซึ่งส่งผลต่ออายุการใช้งานของอุปกรณ์ความร้อนจากแสงอาทิตย์ ข้อกำหนดที่สำคัญสำหรับฟิล์มความร้อนจากแสงอาทิตย์มีสามประการ ได้แก่ ประสิทธิภาพการใช้พลังงานสูง อายุการใช้งานยาวนาน และประหยัด การเลือกสเปกตรัมใช้เพื่อประเมินประสิทธิภาพการใช้พลังงานของฟิล์มความร้อนจากแสงอาทิตย์ ฟิล์มความร้อนจากแสงอาทิตย์ที่ดีจะต้องมีการดูดซับที่ยอดเยี่ยมในช่วงกว้างของแถบรังสีดวงอาทิตย์และมีการแผ่รังสีความร้อนต่ำ ค่าสัมประสิทธิ์ a/e ใช้เพื่อประเมินการเลือกสเปกตรัมของฟิล์ม โดยที่ a ย่อมาจากการดูดซับแสงอาทิตย์และ e ย่อมาจากการแผ่รังสีความร้อน ประสิทธิภาพความร้อนของฟิล์มแต่ละประเภทแตกต่างกันอย่างมาก ฟิล์มดูดซับความร้อนในช่วงแรกประกอบด้วยการเคลือบสีดำบนแผ่นโลหะ ซึ่งสูญเสียรังสีคลื่นยาวที่แผ่ออกมามากถึง 45 เปอร์เซ็นต์เมื่อดูดซับความร้อนและอุ่นขึ้น ส่งผลให้สามารถเก็บเกี่ยวพลังงานแสงอาทิตย์ได้เพียง 50 เปอร์เซ็นต์ ประสิทธิภาพของฟิล์มความร้อนจากแสงสามารถปรับปรุงได้อย่างมีนัยสำคัญโดยใช้ฟิล์มบางที่เลือกสเปกตรัม เช่น โลหะแพลตตินัม โครเมียม หรือคาร์ไบด์และไนไตรด์ของโลหะทรานซิชันบางชนิด ฟิล์มความร้อนจากแสงมักจะเตรียมโดย CVD หรือการสปัตเตอร์แมกนีตรอน และสามารถลดการแผ่รังสีความร้อนลงเหลือเพียง 15 เปอร์เซ็นต์สำหรับฟิล์มที่มีประสิทธิภาพตัวรวบรวมสูงถึง 80 เปอร์เซ็นต์ ฟิล์มตัวรวบรวมที่เลือกสเปกตรัมในอุดมคติมีค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนมากกว่า 0.98 ในแถบหลักของสเปกตรัมแสงอาทิตย์ (<3um) และค่าสัมประสิทธิ์การแผ่รังสีความร้อนน้อยกว่า 0.05 ในแถบการแผ่รังสีความร้อน 500°C (>3um) และมีโครงสร้างและประสิทธิภาพที่เสถียรที่อุณหภูมิ 500°C ในบรรยากาศอากาศ

–บทความนี้ตีพิมพ์โดยผู้ผลิตอุปกรณ์เคลือบสูญญากาศเทคโนโลยีกวางตุ้ง Zhenhua