ГЛАВА 5
ПОГЛОЩАЮЩИЕ СЕЛЕКТИВНЫЕ ПОВЕРХНОСТИ
'Эффективные поглощающие покрытия для преобразователей солнечной энергии должны обладать свойством спектральной селективности. Поверхность, оптические характеристики которой - поглощательная и отражательная способности и степень черноты — различны относительно солнечного и теплового инфракрасного излучения, называется спектрально-селективной поверхностью. Спектрально-селективная поверхность в солнечных установках обеспечивает максимальное поглощение солнечного излучения высокой интенсивности в видимой и ближней ИК-областях и минимальное испускание теплового ИК-излучения. Поверхность с идеальной спектральной селективностью должна иметь резкий переход между областями с низкой и высокой отражательными способностями на длине волны 2 мкм, которая является почти предельной для солнечного спектра. Селективные поверхности, используемые на практике, кроме спектрально-селективных свойств должны обладать устойчивостью при рабочих температурах, быть долговечными и дешевыми. Спектральную селективность можно получить различными путями. Существуют следующие типы поглощающих поверхностей: селективные поверхности, оптические свойства которых определяются их собственной энергетической структурой; двухслойные структуры, состоящие из поглощающего и отражающего слоев; многослойные интерференционные покрытия; двухслойные покрытия, состоящие из поглощающего слоя композитного материала и отражающего слоя; селективные поверхности с развитым микрорельефом; композитные керметные пленки; покрытия, основанные на квантовых размерных эффектах. В настоящей главе приводится обзор работ по созданию селективных покрытий различными методами. Детально рассмотрены основные особенности процессов изготовления, оптические характеристики и термическая устойчивость каждого из типов селективных покрытий. Поскольку для солнечных преобразователей энергии большое значение имеет экономическая эффективность, знание различных свойств покрытий оказывается полезным при выборе покрытия для применения в каждом конкретном случае. Особое внимание в этой главе уделено полупроводниковым краскам, дешевые технологические приемы нанесения которых на большие площади разработаны в последние годы для применения в крупномасштабных установках с солнечными коллекторами. Описан также новый интересный метод создания поглощающих селективных покрытий для солнечных коллекторов с концентраторами, работающих при высоких температурах, - магнетронное распыление. Рассматривается способ улучшения тепловых характеристик коллекторов путем применения ячеистых структур между приемной поверхностью и прозрачной изоляцией. В заключение дается обширная таблица (табл. 5.15.1), в которой представлены свойства различных селективных покрытий.
Типы поглощающих поверхностей
Почти все поглощающие селективные поверхности, как правило, формируются на металлической основе, которая обеспечивает низкую степень черноты относительно теплового ИК-излучения и одновременно хорошие теплофизические характеристики, необходимые для тепловых преобразователей солнечного излучения. Процесс поглощения солнечного излучения может происходить таким образом (рис. 5.1.1,а), что основная его часть будет поглощаться и только небольшая часть будет отражаться и испускаться поверхностью. В этом случае говорят, что поверхность обладает хорошей селективностью. Если же поверхность не обладает достаточно хорошей селективностью, можно улучшить поглощение с помощью одного или нескольких фильтров (рис. 5.1.1,б). Фильтр пропускает солнечное излучение на поглощающую поверхность, но препятствует потерям отраженной от этой поверхности энергии.
Р и с. 5.1.1. Различные механизмы поглощения солнечного излучения
Можно также использовать отражающее покрытие, которое будет посылать излучение обратно на поглощающую поверхность и таким образом предотвратит потери (рис. 5.1.1,в). Такую систему можно сделать многослойной. Селективные поверхности в зависимости от физической природы селективности, определяющей их свойства, можно разделить на различные группы. В табл. 5.1.1 представлены различные типы и группы поглощающих селективных покрытий.
