[发明专利]槽式太阳能中温吸收涂层

说明书

技术领域

本发明涉及槽式太阳能中温热发电领域，具体涉及一种中温集热管内太阳能选择性吸收涂层。

背景技术

太阳能热发电是大规模开发利用太阳能的一个重要技术途径，目前有塔式、槽式、碟式系统，其中以槽式和塔式系统商业应用较多，特别是槽式太阳能热发电，是迄今为止世界上唯一经过20年商业化运行的成熟技术，其造价远低于光伏发电。槽式聚光热发电系统的储能系统可以实现24小时运行，随着规模的增加，发电成本也具有很强的竞争力。目前，发展重点是中温集热，工作温度超过400℃的集热管，可用于热发电。中温集热管中，一般采用高倍聚光技术，聚光比可以高达80。光热转化效率是关键指标，往往一个百分点的提高都是尽力追求的。

 对于太阳能选择性吸收涂层目前已经研究和广泛使用了黑铬、阳极氧化着色Ni-NiO以及具有成分渐变特征的SS-C/SS（不锈钢）和Al-N/Al等膜系，但这些涂层适用于200℃以内的平板型集热装置的集热管表面。但在中温条件下，由于其红外发射率随温度上升明显升高，导致集热器热损失明显上升，热效率显著下降。对于太阳能的中温利用，尤其是中温利用，需要一种吸收率高、发射率低、热稳定性好，而且工艺简便的选择性吸收涂层。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种槽式太阳能中温吸收涂层，能使集热管在350-450℃温度环境下工作时，涂层对太阳光谱的吸收率高、中温黑体辐射的发射率低、热稳定性良好。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种槽式太阳能中温吸收涂层，从基体到表面依次为红外反射层、第一吸收层、第二吸收层和减反射层，所述红外反射层由Ni膜组成，厚度为25-35nm；第一吸收层，为Ni+NiAl膜，厚度均为50-100nm，其中NiAl的含量为25-35wt%；第二吸收层，为Ni+NiAl膜，厚度均为75-150nm，其中NiAl的含量为35-50wt%；所述减反射层为NiO膜，厚度为25-50nm。

其中，所述红外反射层的厚度为25-30 nm。

其中，所述第一吸收层的厚度为50-80 nm。

其中，所述第二吸收层的厚度为90-120 nm。

其中，所述第一吸收层和第二吸收层的厚度和为所述红外反射层的4-8倍。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明所提供的选择性吸收涂层由红外金属反射Ni层、Ni和NiAl混合组成的双干涉吸收层和合金减反射层组成。具有良好的中温稳定性能，适用于300-450 ℃的中温范围。同时，由于采用了双干涉吸收层结构，利用薄膜的干涉效应和光学陷阱来增强涂层的吸收效应，使膜层具有太阳光谱高的吸收率，红外光谱低发射率的优点。另外，本发明的涂层选择的原材料均为常规材料，应用范围比较广，成型性能好，可以加工成柱状靶材，显著提高靶材利用率，同时价格也比较低廉，可以进一步降低工作成本。适用于中温工作温度的太阳能集热管。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明槽式太阳能中温吸收涂层包括四层膜，从基体到表面依次为红外反射层、第一吸收层、第二吸收层和减反射层，所述红外反射层由Ni膜组成，厚度为25-35nm；第一吸收层，为Ni+NiAl膜，厚度均为50-100nm，其中NiAl的含量为25-35wt%；第二吸收层，为Ni+NiAl膜，厚度均为75-150nm，其中NiAl的含量为35-50wt%；所述减反射层为NiO膜，厚度为25-50nm。

本发明的槽式太阳能中温吸收涂层，可以采用以下方法制备：其包括以下步骤：

对基底进行预处理

先对不锈钢基底进行预处理，将不锈钢基底表面抛光，然后分别在酒精中超声波清洗10-20 min，然后再用去离子水超声波清洗5-10 min，接着进行烘干处理，然后将烘干后的不锈钢基底进行磁控溅射；先将真空腔抽真空至10^-3 Pa数量级，充入Ar气作为溅射气氛，调整溅射气压到1-3 Pa，用离子源对基底进行清洗25-30min。

在基体上沉积第一层红外反射层

选用纯度99.99%的Ni靶，在清洗完基底之后，开启Ni靶电源。采用直流磁控溅射，调整直流电源电压为350-450 V；该层对红外波段光谱具有高反射特性。

在红外反射层上沉积吸收层