ГЛАВА
ПРОЗРАЧНЫЕ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИЕ ПОКРЫТИЯ
С расширением областей использования солнечной энергии возникает необходимость в разработке прочных, дешевых, эффективных покрытий с селективными оптическими свойствами для солнечных установок. Селективные поверхности преобразователей солнечной энергии должны не только иметь высокую поглощательную и низкую излучательную способности (степень черноты), но и обладать устойчивостью характеристик при повышенных рабочих температурах и коррозионной стойкостью в атмосферных условиях. Низкие рабочие температуры (менее 60°С) можно получить, используя неселективные поглощающие поверхности, однако для эффективной работы тепловых насосов и холодильных устройств требуются более высокие температуры. В таких случаях необходимо применять эффективные селективные покрытия. Существуют два способа решения этой проблемы. Первый состоит в нанесении поглощающего покрытия на поверхность коллектора, второй - в создании прозрачного электропроводящего теплоотражающего покрытия на стеклянной пластине коллектора. Второй способ обладает рядом преимуществ по сравнению с первым. Поскольку прозрачное проводящее покрытие наносится на внутреннюю сторону стеклянной пластины, оно не подвергается воздействию температуры и влаги в такой степени, как селективные покрытия на поглощающей поверхности коллектора. В результате теплоотражающие покрытия оказываются более температуро- и влагостойкими и долговечными, чем селективные поглощающие покрытия.
В качестве прозрачных электропроводящих покрытий можно использовать металл, обладающий высокой отражательной способностью в инфракрасной области спектра и очень низкой поглощательной способностью в видимой области спектра, или полупроводник, в котором прозрачность в видимой области обеспечивается соответствующей шириной запрещенной зоны, а высокая отражательная способность в инфракрасной области - достаточно большой концентрацией носителей заряда. Ниже приведен краткий обзор работ по металлическим пленкам и покрытиям из широкозонных полупроводниковых материалов с оптическими свойствами, подходящими для применения в солнечных коллекторах. Чтобы использование селективных покрытий было экономически оправданным, технология их получения должна быть дешевой и допускать обработку больших площадей. Рассмотрены также последние работы по технологии получения покрытий типа окисел - полупроводник, которые будут играть важную роль в различных устройствах с применением солнечной энергии. Селективную поглощающую поверхность характеризуют два параметра - поглощательная способность и степень черноты» Аналогичными характеристиками для прозрачного электропроводящего покрытия являются эффективная поглощательная способность и эффективная степень черноты. Для сравнения эффективности теплоотражающих покрытий и селективных поглощающих покрытий приведены значения этих величин, рассчитанные для различных прозрачных электропроводящих пленок.
Оптические покрытия для поглощения и аккумулирования солнечной энергии
В недавно выполненных экспериментальных работах [1-12] установлено, что прозрачные покрытия, пропускающие видимое излучение и отражающие инфракрасное, найдут широкое применение в устройствах, поглощающих и аккумулирующих солнечную энергию. Тепловые потери в плоском коллекторе обусловлены главным образом из-· лучением с поглощающей поверхности. Эффективность преобразования солнечной энергии в тепло в системе с коллектором можно повысить путем увеличения рабочей температуры последнего. Для этого необходимо уменьшить инфракрасное излучение с его поверхности. Разработаны солнечные коллекторы с черным поглощающим покрытием, обладающим высокой поглощательной способностью в видимой области спектра и малой степенью черноты в инфракрасной. Однако покрытия в этом случае подвергаются воздействию того же температурного цикла, что и поверхность коллектора. Коллектор должен сохранять свои характеристики при равновесной температуре (без протока теплоносителя) и в условиях, колебаний температуры между значениями для дневного времени и для ночного в зимний период. В отличие от селективного поглощающего покрытия, которое наносится на поглощающую пластину, прозрачное теплоотражающее покрытие наносится на стеклянную изоляцию плоского коллектора. Эго покрытие пропускает солнечное излучение и отражает инфракрасное. Если пропускательная способность покрытия равна нулю, то тепловые потери излучением пропорциональны 1 - R, где R - отражательная способность в инфракрасной области спектра. Желательно, чтобы эта величина для прозрачных проводящих покрытии была как можно ближе к 100 %.
Прозрачные теплоотражающие покрытия должны пропускать солнечное излучение в диапазоне длин волн 0,4 < λ < 2,5 мкм, где λ - длина волны, и отражать тепловое излучение нагретой пластины в диапазоне длины волн 2,5 < λ< 100 мкм. В качестве таких покрытий используются материалы двух типов. Материал первого типа - полупроводник, в котором прозрачность в видимой области обусловлена соответствующей шириной запрещенной зоны, а высокая отражательная способность в инфракрасной области - достаточно большой концентрацией носителей заряда, Материал второго типа — металл, обладающий высокой отражательной способностью в инфракрасной области и достаточно низкой поглощательной способностью в видимой области, благодаря чему тонкие пленки прозрачны для видимого излучения. Поглощение видимого излучения металлическими пленками ограничивается их отражательной способностью. Следовательно, их эффективность в качестве прозрачных теплоотражающих покрытий может возрасти, если нанести поверх них слой, который снизит их отражательную способность в видимой области и не изменит ее в инфракрасной области.
