[实用新型]一种碳膜辅助的太阳能选择性吸收膜系

说明书

技术领域

本专利涉及平板太阳能集热器吸热膜、光热转化材料领域，具体是指一种碳膜辅助的太阳能选择性吸收膜系。

技术背景

随着现代社会经济的高速发展，人类对能源的需求量越来越大。然而煤、石油、天然气等传统能源储备量不断减少、日益紧缺，造成价格的不断上涨，同时常规化石燃料造成的环境污染问题也愈加严重，这些都大大限制着社会的发展和人类生活质量的提高。能源问题已经成为当代世界的最突出的问题之一。因而寻求新的能源，特别是无污染的清洁能源已成为现在人们研究的热点。

太阳能是一种取之不尽用之不竭的清洁能源，而且资源量巨大，地球表面每年接收的太阳辐射能总量为1×10¹⁸kW·h，为世界年耗总能量的一万多倍。世界各国都已经把太阳能的利用作为新能源开发的重要一项，我国政府在《政府工作报告》也早已明确提出要积极发展新能源，其中太阳能的利用尤其占据着突出地位。然而由于太阳辐射到达地球上的能量密度小（每平方米约一千瓦），而且又是不连续的，这给大规模的开发利用带来一定困难。因此，为了广泛利用太阳能，不仅要解决技术上的问题，而且在经济上必须能同常规能源相竞争。

太阳能的利用主要有光热转化、光电转化、光化学转换这三种形式。相比于太阳能光伏产业和光化学转换的高昂成本与低的能量转换效率，太阳能热转化是一种能量转换效率和利用率高而且成本低廉、可在全社会广泛推广的太阳能利用方式。在太阳能热利用装置中，关键是要将太阳辐射能转换成热能，实现这种转换的器件称为太阳能集热器。

当前太阳能热利用最活跃、并已形成产业的当属太阳能热水器和太阳能热发电。其中，太阳能热水器技术已很成熟，并已形成行业，正在以优良的性能不断地冲击电热水器市场和燃气热水器市场。目前，世界太阳能市场平板式和真空管式太阳能热水器系统并存，但所占市场份额不同。平板集热器由于有着光热转换速率快、热效率高、采光面积大、结构简单、运行可靠、成本适宜，还具有承压能力强等特点，具有和建筑完美一体化结合等一系列的优势，在欧、美、澳等发达国家其市场占有率达到90%以上。而在我国，却截然相反，以真空管集热器为主，真空管占86%。1990年后中国逐渐成为太阳能热水器的生产与使用大国，2010年年产量约为4900万㎡，其中，真空管集热器面积为4600万㎡，增长15%。而平板集热器面积仅为300万㎡，但增长率为50%，有着很大的发展潜力。尤其是在太阳能集热器与建筑一体化的住宅方面，平板集热器可作为大面积屋顶集热模块，成为建筑的一个构件，既降低了成本，又提高了建筑的整体性和美观性。

无论哪种形式和结构的太阳能集热器，都要有一个用来吸收太阳辐射的吸收部件，该部件吸收表面的热辐射性能对集热器的热性能起着重要的作用。表征吸收表面热辐射性能的物理量是吸收比和热发射比，前者表征吸收太阳辐射能的能力，后者表征自身温度下发射辐射能的能力。

众所周知，太阳辐射具有一个很宽的波段分布，但是其辐射能主要集中在可见光和近红外波段范围（0.3～2.5μm）。因此，为了提高太阳集热器的热效率，我们要求吸收部件表面在波长0.3～2.5μm的太阳光谱范围内具有较高的吸收比（通常用α表示）。而对于一个实际应用中的受热体，其热辐射能量集中在波长为3.0～30.0μm的红外光谱范围内，为了减少热损失，防止吸收的短波能量又以长波形式辐射掉，就要在热辐射波段内保持尽可能低的热发射比（通常用ε表示）。根据普朗克黑体辐射定律和基尔霍夫定律，处于热平衡时，任何物体对黑体辐射的吸收比等于同温度下该物体的发射率。因此，要使物体在热辐射波段内保持尽可能低的热发射比，即相当于使物体在热辐射波段内保持尽可能低的吸收率。概括起来，就是要使吸收表面在最大限度地吸收太阳辐射的同时，尽可能减小其辐射热损失，通俗地讲，就是要“进的多，出的少”。具有这种选择性吸收效果的表面的称为“太阳光谱选择性吸收表面”或“太阳光谱选择性吸收涂层”。显而易见，该涂层两个重要的性能参数α、ε对提高集热器的光热转换效率起着至关重要的作用。