เทคโนโลยีการเคลือบผิวสำหรับพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์

ประวัติการใช้งานพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์นั้นยาวนานกว่าการใช้งานพลังงานแสงอาทิตย์แบบโฟโตโวลตาอิก โดยเครื่องทำน้ำอุ่นพลังงานแสงอาทิตย์เชิงพาณิชย์ปรากฏขึ้นในปี 1891 การใช้งานพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์คือการดูดซับแสงแดด เปลี่ยนพลังงานแสงเป็นพลังงานความร้อน จากนั้นนำไปใช้งานโดยตรงหรือเก็บสะสมไว้ และยังสามารถแปลงเป็นไฟฟ้าได้โดยการให้ความร้อนแก่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนด้วยไอน้ำ การใช้งานพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์สามารถแบ่งออกเป็นสามประเภทตามช่วงอุณหภูมิ ได้แก่ การใช้งานที่อุณหภูมิต่ำ (<100°C) ส่วนใหญ่ใช้สำหรับทำความร้อนสระว่ายน้ำ การอุ่นอากาศระบายอากาศ ฯลฯ การใช้งานที่อุณหภูมิปานกลาง (100-400°C) ส่วนใหญ่ใช้สำหรับน้ำร้อนในครัวเรือนและการทำความร้อนในห้อง การให้ความร้อนในกระบวนการผลิตทางอุตสาหกรรม ฯลฯ และการใช้งานที่อุณหภูมิสูง (>400°C) ส่วนใหญ่ใช้สำหรับให้ความร้อนในอุตสาหกรรม การผลิตไฟฟ้าด้วยความร้อน ฯลฯ ด้วยการพัฒนาของระบบผลิตไฟฟ้าแบบเก็บรวบรวมพลังงานแสงอาทิตย์ การวิจัยวัสดุโฟโตเทอร์มอลที่ทนต่ออุณหภูมิปานกลางและสูง และทนต่อสภาพแวดล้อมจึงกลายเป็นสิ่งสำคัญลำดับต้นๆ

เทคโนโลยีฟิล์มบางยังมีบทบาทสำคัญในด้านการใช้งานพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์อีกด้วย เนื่องจากความหนาแน่นของพลังงานแสงอาทิตย์ที่พื้นผิวต่ำ (ประมาณ 1 กิโลวัตต์/ตารางเมตร ในช่วงกลางวัน) ตัวเก็บรวบรวมพลังงานแสงอาทิตย์จึงต้องการพื้นที่ขนาดใหญ่ในการเก็บรวบรวมพลังงานแสงอาทิตย์ อัตราส่วนพื้นที่ต่อความหนาที่สูงของฟิล์มความร้อนจากแสงอาทิตย์ส่งผลให้ฟิล์มมีความอ่อนไหวต่อการเสื่อมสภาพ ซึ่งส่งผลต่ออายุการใช้งานของอุปกรณ์ความร้อนจากแสงอาทิตย์ ข้อกำหนดที่สำคัญสำหรับฟิล์มความร้อนจากแสงอาทิตย์มีสามประการ ได้แก่ ประสิทธิภาพพลังงานสูง อายุการใช้งานยาวนาน และความประหยัด การเลือกดูดซับสเปกตรัมถูกใช้เพื่อประเมินประสิทธิภาพพลังงานของฟิล์มความร้อนจากแสงอาทิตย์ ฟิล์มความร้อนจากแสงอาทิตย์ที่ดีต้องมีการดูดซับที่ดีเยี่ยมในช่วงคลื่นรังสีแสงอาทิตย์ที่กว้างและมีการแผ่รังสีความร้อนต่ำ สัมประสิทธิ์ a/e ถูกใช้เพื่อประเมินการเลือกดูดซับสเปกตรัมของฟิล์ม โดยที่ a หมายถึงการดูดซับแสงอาทิตย์ และ e หมายถึงการแผ่รังสีความร้อน ประสิทธิภาพทางความร้อนของฟิล์มต่างๆ แตกต่างกันอย่างมาก ฟิล์มดูดซับความร้อนในยุคแรกๆ ประกอบด้วยการเคลือบสีดำบนแผ่นฟอยล์โลหะ ซึ่งสูญเสียรังสีคลื่นยาวที่ปล่อยออกมามากถึง 45 เปอร์เซ็นต์เมื่อดูดซับความร้อนและอุ่นขึ้น ส่งผลให้การเก็บเกี่ยวพลังงานแสงอาทิตย์ทำได้เพียง 50 เปอร์เซ็นต์ ประสิทธิภาพของฟิล์มโฟโตเทอร์มอลสามารถปรับปรุงได้อย่างมากโดยการใช้วัสดุฟิล์มบางที่มีคุณสมบัติเลือกสเปกตรัม เช่น โลหะแพลทินัม โครเมียม หรือคาร์ไบด์และไนไตรด์ของโลหะทรานซิชันบางชนิด ฟิล์มโฟโตเทอร์มอลมักเตรียมโดยวิธี CVD หรือการสปัตเตอร์แบบแมกเนตรอน และการแผ่รังสีความร้อนสามารถลดลงได้เหลือเพียง 15 เปอร์เซ็นต์สำหรับฟิล์มที่มีประสิทธิภาพในการเก็บรวบรวมสูงถึง 80 เปอร์เซ็นต์ ฟิล์มเก็บรวบรวมที่มีคุณสมบัติเลือกสเปกตรัมในอุดมคติจะมีค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนมากกว่า 0.98 ในแถบหลักของสเปกตรัมแสงอาทิตย์ (<3 ไมโครเมตร) และค่าสัมประสิทธิ์การแผ่รังสีความร้อนน้อยกว่า 0.05 ในแถบการแผ่รังสีความร้อนที่ 500°C (>3 ไมโครเมตร) และมีความเสถียรทั้งในด้านโครงสร้างและประสิทธิภาพที่ 500°C ในบรรยากาศอากาศ

–บทความนี้เผยแพร่โดยผู้ผลิตอุปกรณ์เคลือบสุญญากาศเทคโนโลยีกวางตุ้ง Zhenhua