高温太阳光谱选择性吸收涂层计算机模拟.pdf

第29卷 第 11期 太 阳 能 学 报 V0I．29．No．11 2008年 l1月 ACTA ENERGIAE SOLARISs】NICA NOV．．2008 高温太阳光谱选择性吸收涂层计算机模拟 丁大伟，蔡伟民 (上海交通大学环境学院，上海 2O0240) 摘 要：在近几年国际高温涂层研究的基础上，根据理论研究和实验结果从几方面因素(如材料、膜层结构、陶瓷 中金属组分等)分析了其对高温吸收涂层效率的影响。在M0一 03双吸收层涂层的基础上，利用计算机计算了金 属体积分数配比和膜层厚度变化下整个涂层的吸收比和发射比，计算结果表明，膜厚和吸收层中Mo的体积分数对 涂层的吸收比和发射比影响效果差异较大，选择合适的控制因子不仅可以提高涂层的吸收比(=O．92～0．95)，而 且还能有效控制涂层的发射比(￡≤0．05)。 关键词：高温；选择性吸收涂层 ；计算机模拟 中图分类号：TK513 文献标识码 ：A 新型高温太阳能吸收涂层的研究朝着耐久性、耐腐 0 引 言 蚀性、低成本的方向大范围展开，出现了一些新材 太阳光谱吸收涂层按其适用范围可分为低温、 料，新膜层结构和经济性的加工工艺。本文在近几 中温、高温太阳能涂层 3类。低温是指工作温度在 年国际高温涂层研究的基础上，根据理论研究和实 100~C以下，这类太阳光谱吸收涂层主要应用在太阳 验结果从几方面因素 (如材料、膜层结构、陶瓷中金 热水器上；中温太阳光谱吸收涂层主要应用在太阳 属组分等)分析了其对高温吸收涂层效率的影响，为 能空调上，其工作温度分布在 100～200~C，在这个温 高温吸收涂层的设计提供了依据。以Mo一 O3双 度范围一般来说温度越高，空调的COP越大；高温 层膜为研究对象，借助计算机模拟着重剖析了吸收 太阳光谱吸收涂层的工作温度在350~C以上，随所选 涂层对入射光本身吸收和相消性干涉的作用机理， 传热介质 (如油，盐溶液)的不同而设定 (最高可达 计算在不同金属体积分数配比和膜层厚度下整个涂 800oc)，通过高倍反射聚焦来实现。这类太阳能涂 层的光学性能，并得出最优化的涂层结构。 层主要应用在太阳能热电站，甚至可以利用它产生 的高能量分解水制氢，属于太阳能热利用中的前沿 一吕 亍L 领域 。 ● 选择性吸收涂层具有在太阳光谱可见．近红外 ＼ 波段高吸收，在红外波段高反射的特性。由于太阳 鳗 杂 辐射光谱主要集中在0．3～2．5a／n范围内，而黑体辐 驿 射强度峰值主要分布在红外波段 (如图 1所示)，根 据基尔霍夫定理，对红外波段光谱的全反射可避免 材料表面因热辐射而损失热量，因此，选择性吸收涂 图1 太阳光谱和黑体辐射强度对照 层满足最大限度吸收光波的同时又能减少热损。从 Fig．1 ASIM G173—03Referencespectra＆Hackbody 目前发展来看，选择性吸收涂层是一种可靠的、有待