集热管罩玻璃管增透膜的老化性能测试

2011-08-05山东力诺新材料有限公司研发中心杜勇刘光磊刘希杰张化明

太阳能 2011年7期

山东力诺新材料有限公司研发中心 ■ 杜勇刘光磊刘希杰张化明

一引言

太阳能集热管通过内管吸收涂层将光能转变成热能。太阳能集热管的外罩管形成真空夹层，以保护内管及防止热量过度散失。太阳光穿过罩管时，约有8%的光能被罩管反射[1]，可通过罩玻璃管的增透实现反射降低到3%的目标。太阳能集热管的使用环境较恶劣，要经受紫外线照射、灰尘颗粒、大气水汽、酸雨侵蚀等方面的影响，降低了集热管罩玻璃管的太阳透射比。增透膜层是否能够经受环境影响而保持较高的太阳透射比已成为广大用户关心的首要问题。

溶胶－凝胶技术在平板玻璃增透方面已经较成熟，广泛应用于精密光学仪器、玻璃镜片、建筑用玻璃等，并且在集热管罩玻璃管上的应用也得以发展，其太阳透射比的提高对于提高集热管的集热性能有显著作用。

山东力诺新材料有限公司在溶胶－凝胶提拉罩玻璃管增透[2]方向已经做了较深入的研究，在大面积管状增透膜层制备、参数优化和膜层性能分析等方面进行大量试验。目前在科研领域内仍没有较全面成熟的针对增透膜层老化的系统处理方法和检测方法[3]。山东力诺新材料公司借鉴光伏标准《地面用薄膜光伏组件设计鉴定和定型》GB/T 18911—2002[4]初步形成了增透膜老化性能测试的系统方法。本文采用酸催化溶胶－凝胶方法在罩玻璃管内外两表面镀制了SiO2增透膜层，分别对增透罩玻璃片、罩玻璃原片进行紫外老化、高温高湿和酸性盐雾试验。

二实验

以分析纯的正硅酸乙酯、无水乙醇、去离子水、盐酸为原料，采用较低级的酸催化方式配制溶胶，溶胶陈化后待用。罩管经超声波清洗、去离子水清洗和干燥，以自制的提拉机提拉成膜，干燥后经热处理得到带增透膜罩管。

采用紫外灯耐气候试验箱(无锡市十和田环境试验设备GDW-100L)测量增透膜的抗紫外老化能力；采用恒定温湿试验箱(江苏淮安市中亚实验设备HS-100B)测量增透膜的耐高温湿热实验的能力；使用盐雾试验箱(无锡市十和田环境试验设备YWX-250)测量器耐酸性盐雾实验的能力；采用紫外－可见－分光光度计(日本岛津UV36900)检测实验前后罩玻璃片的太阳透射比。为了对比，测试了未增透的罩玻璃管的以上性能。

三结果与分析

1 太阳透射比测试分析

太阳透射比曲线如图1所示，上部为增透后罩管的太阳透射比曲线，下部为未增透的太阳透射比曲线。由图1可知，增透罩管的曲线在可见光范围内明显提高，其太阳透射比峰值在波长557.4nm处，该波长范围太阳辐照量最大，从而实现了增透集热管的太阳辐照量最大吸收。

在大气质量数为1.5条件下，按ISO9050:2003[5]进行计算，得出罩管增透后平均太阳透射比为93.8%，比增透前提高了2%以上。

未增透罩管太阳透射比衰减率为0.80%，增透罩管的衰减率为0.36%。增透膜层的抗紫外性能明显优于普通的高硼硅玻璃，可减缓太阳能集热管在使用过程中紫外光对罩玻璃管的老化，使罩玻璃管的太阳透射比维持在较高的状态下，有利于内管膜层更有效地进行光热转换。

(2)增透膜层湿－热老化性能

湿－热预处理过程[3]：①试验温度：85±2℃；②相对湿度：85%±5%；③试验时间：1000h。

试验前后未增透罩管与增透罩管的太阳透射比变化见表3、表4。

未增透罩管的太阳透射比衰减率为0.99%，增透

2 老化性能测试

(1)增透膜层紫外老化测试

紫外(UV)辐照预处理过程[6]：①控制组件温度范围在60±5℃；②控制辐照波长范围280～320nm和320～385nm；③辐照度均匀性为±15%，无小于280nm波长辐射；④控制辐照波长280～385nm的辐照度≤250W/m2；⑤样片垂直接收波长在280～385nm内辐射为15kWh/m2，波长280～320nm辐射≥5kWh/m2；⑥ 样品辐照时间为1000h。

试验前后未增透罩管与增透罩管太阳透射比变化见表1、表2。片的衰减率为0.74%。增透膜层的耐高温高湿性能明显优于普通的高硼硅玻璃，能减缓太阳能集热管在使用过程当中较高温湿度对罩玻璃管的老化。