[发明专利]一种吸收材料以及使用这种材料的太阳能板

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能板材料领域,更具体的说，是涉及一种吸收材料以及使用这种材料的太阳能板。

背景技术

受到波长λ和入射能量E(λ,T)的电磁辐射的温度为T的物体，按下面的关系式(1)透过、吸收或反射一部分射入能量：

E(λ,T)＝Et(λ,T)+Ea(λ,T)+Er(λ,T)＝τ.E(λ,T)+αE(λ,T)+ρ.E(λ,T)(1)

其中τ,α,ρ分别是材料的透射比率、吸收比率、反射比率。这些系数又被称作透射率、吸收率和反射率。根据入射能量守恒原则可在它们之间建立关系式：τ+α+ρ＝1.如果物体在入射辐射下是不透明的(τ＝0)，则它的吸收率与反射率互补(α＝1-ρ)。

一种材料的发射率是指它的辐射能力与相同温度和波长条件下吸收所有接收到的能量，并辐射所有吸收的能量以保持热平衡(发射率ε＝1)的黑体的辐射能力之比，基尔荷夫定律具体指出，在热平衡时(恒温)、一定波长下，发射率(ε)等于吸收率。所以，在一定波长下，可通过以下方式来确定发射率：ε＝ 1-τ-ρ，而且如果是不透明物体：ε＝1-ρ。

折射指电磁波的传播速度在两种介质之间发生改变，使电磁波发生偏差的现象，一般会发生在这两种介质的交界处。如果是一般吸收性材料或金属材料，考虑到光波在介质中的衰减，我们用一个复数来确定折射率。所以，复折射率被记作N＝n+i.k，n和k分别是折射率和消光系数或衰减系数。折射率n是指光在真空中的传播速度和所考虑的波在介质中的传播速度之比。如果是非吸收性介质，k＝0(波与介质之间没有相互作用)，则复折射率等于折射率n。电磁辐射在两种介质交界处的反射系数取决于这两种介质的折射率。按简化方式，在正常入射下，两种介质1和2交界处的反射率，其从1到2的辐射，可表示如下：

ρ_1-2＝[(n₂-n₁)²+(k₂-k₁)²]/[(n₂+n₁)²+(k₂+k₁)²] (2)

申请号为WO2012069718的专利中描述了太阳能板使用的吸收材料的问题，简述如下：

为制造高效的太阳能光热板，探寻一种材料，它在可见光和近红外光谱 (波长0.4<λ<2.5μm)中的吸收性高(>90％)，并且通常介于6-10μm的波长的红外发射率最小(<10％)，从而在尽量吸收太阳能的同时，尽量减少太阳能板变热时，因热辐射而产生的能量损失。当太阳能光热板正常运行时，太阳能被转换成热量，热量经传热介质排出，比如，使用热交换器，加热水箱里的水。传热介质在太阳能板中循环，在太阳能吸收器附近，太阳能板的热量得到疏散，并且使温度保持在100-120℃以下。

相反地，当传热介质停止循环，比如当水箱里的水已达到期望温度时，传热介质静止不动，并不再排出一直处于太阳辐射下的太阳能板所储存的能量；在此情形下，太阳能板的温度会升高到平衡温度，即饱和温度，日照1000W/m2 时，这个温度可以达到220-250℃。如此高的饱和温度还会导致传热介质快速损坏，不得不经常更换；这样的饱和温度还必须使用高性能建材来制造太阳能板，以及建立水利系统来管理增压(膨胀水箱)。

为降低太阳能板内的饱和温度，作为改进，申请号为WO2012069718专利文件特别提出：

使用一层随温度变化而表面形态改变的材料，限制材料在温度大于一定阈值时的吸收率；

或者是一层可变表面形态材料结合一层热致变色材料吸收层，后者在红外光区的透射率Tr(波长大于3μm)为：

当热致变色材料温度T小于临界温度Tc时，大于第一透射阈值Tr1，以及

当热致变色材料温度T°大于临界温度Tc时，小于第二透射阈值Tr2，第二透射阈值小于第一透射阈值。

举例而言，申请号为WO2012069718的专利中提出制作一层氧化钒VO₂吸收层，它在可见光和近红外光谱(0.3–1.8μm)中的吸收率较高，大约70- 80％，并且红外透射率Tr随温度变化而改变，而且过程可逆：

低温时(T<Tc)，透射率Tr约为90-100％

高温时(T>Tc)，透射率Tr大幅下降至5-15％。