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浅谈平板太阳能集热器选择性吸收涂层的制备及发展前景

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论文导读：为了使集热板可以最大限度地吸收辐射能并将其转换成热能，在集热板迎阳光面上应覆深色的涂层，这称之为太阳能选择性吸收涂层。由于国外产品是在条带上（最大幅宽为1200mm）制备光谱选择性吸收涂层，制造平板集热器板芯时需要对条带进行切割，同时在每个翼片的背面通过超声波焊接排管，一方面在焊接过程中破坏膜层性能，另一方面在整个板芯组焊过程中造成膜层的二次污染，极大地影响集热板的集热效率。针对平板式涂层制备技术的不足，国内公司开始采用真空磁控溅射等离子体技术、等离子监控技术和离子表面活化技术，开发了在铜、铝、铜铝复合材料的整板太阳能板芯上制备光谱选择性吸收薄膜的设备与工艺。

关键词：选择性吸收，磁控溅射，平板集热器

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1.概述

在全球能源形势紧张、气候变暖严重威胁经济发展和人们生活健康的今天，世界各国都在寻求新的能源替代战略，以求得可持续发展和在日后的发展中获取优势地位。经过许多专家多年研究和实践表明，太阳能资源丰富，分布均匀广阔，可以再生，且不污染环境，是当今国际社会公认的取之不尽、用之不竭的清洁理想替代能源。预计太阳能将成为未来世界能源舞台的主角，逐步的补充和最终的替代传统能源是发展的必然趋势。在太阳能产业的发展中，太阳能热水器的热利用转换技术无疑是最为成熟的。使用太阳能热水器是目前解决我国能源与环境问题的一个积极有效的辅助手段，平板太阳能热水器更容易与建筑有机结合起来，呈现良好上升趋势，具有良好的市场前景。

2.平板太阳能集热板涂层工艺的制备方法

为了使集热板可以最大限度地吸收辐射能并将其转换成热能，在集热板迎阳光面上应覆深色的涂层，这称之为太阳能选择性吸收涂层。太阳能集热板（芯片）是平板太阳能热水器的核心部件，它的光谱选择性吸收性能（αs-吸收率，ε-发射率）决定平板太阳能热水器的热效率。目前国内市场太阳能集热板制备工艺有如下几种方法。

2.1阳极氧化法

制备工艺的基本过程是将铝片（或铜铝复合芯片）在稀磷酸溶液中阳极氧化至铝表面形成多孔氧化膜，然后在硫酸镍或硫酸亚锡溶液中交流电解，镍（锡）离子还原沉积于氧化的孔隙中，形成具有光谱选择的表面。免费。其αs=0.89～0.91，ε=0.13～0.15。阳极氧化是采用化学镀的方法，产品生产过程中的废液排放易造成环境污染。同时由于涂层的发射率较高，所以热水器的热效率不是很高。

2.2电镀黑铬法

黑铬涂层是采用电镀方法在太阳能集热板上制备黑铬选择性电镀层，普通黑铬涂层类集热板的吸收率在αs=0.91～0.94,发射率在ε=0.08～0.15之间。采用电镀黑铬工艺，需要先在镀件上打底层，如镀覆铜、镍层来增加附着力，然后才能镀黑铬。这样会增加生产成本，同时电镀废液会造成环境污染。目前我国新上电镀线已不再审批。国外同类的生产线纷纷停产，国外经销商多数从中国进口电镀黑铬太阳能板芯。

无论是阳极氧化法还是电镀黒铬法，其工艺复杂、手工操作多，工艺设计或生产控制不当，废液的处理容易造成一定程度的环境污染。由于成膜厚度监控不能自动化，所以这种方法不适合对它都有精确要求的选择性吸收薄膜制备。

2.3真空电子束沉积法

国际市场上的高端太阳能集热器产品其集热膜层的吸收率αs=91～95%的同时，发射率ε=7～10%，并可以承受275度的使用环境热冲击。国际上发达国家，尤其是欧洲，选择性吸收涂层的生产主要有两个特点，其一是采用真空镀膜技术，如德国采用电子束蒸发的方法生产的钛系列TiNOx高选择性钛镀层。这种集热薄膜主要生产在铜基体条带上，既可以封装在真空环境中使用，也可以在大气环境下直接使用。该连续化生产线投资较大，涂层生产成本较高。由于国外产品是在条带上（最大幅宽为1200mm）制备光谱选择性吸收涂层，制造平板集热器板芯时需要对条带进行切割，同时在每个翼片的背面通过超声波焊接排管，一方面在焊接过程中破坏膜层性能，另一方面在整个板芯组焊过程中造成膜层的二次污染，极大地影响集热板的集热效率。

2.4真空磁控溅射技术沉积法

针对平板式涂层制备技术的不足，国内公司开始采用真空磁控溅射等离子体技术、等离子监控技术和离子表面活化技术，开发了在铜、铝、铜铝复合材料的整板太阳能板芯上制备光谱选择性吸收薄膜的设备与工艺。免费。涂层的吸收率αs≥0.92～0.94，红外发射率ε≤0.08～0.1，其涂层耐候性能好，可在大气环境下直接使用。制造成本低，膜层理化性能好，无污染，非常适合大批量工业化生产。使我国平板集热器的集热膜层生产环保化、使光热转换效率与国际高端产品处于同类水平。

以提高集热膜层在大气中使用的耐候性能及集热性能为目的的膜层、膜系研究，是当前太阳能集热器光谱选择性吸收膜层研究、生产和发展的主要方向，也是国、内外平板集热器吸收涂层制备