太阳能光热发电用反射镜反射特性研究

李文通,王朝阳

(1.中国计量学院 材料科学与工程学院,浙江 杭州 310018;2.浙江大明玻璃有限公司,浙江 嘉兴 314200)

太阳能光热发电用反射镜反射特性研究

李文通1,王朝阳2

(1.中国计量学院 材料科学与工程学院,浙江 杭州 310018;2.浙江大明玻璃有限公司,浙江 嘉兴 314200)

反射率是太阳能聚光镜的关键参数.依据不同玻璃透过率和不同镀膜工艺制备了一系列太阳能聚光镜样品.采用Lambda1050紫外/可见/近红外分光光度计测量了这些样品的反射率曲线,并结合太阳光谱权重计算得出反射率.结果表明,相同条件下,玻璃的透过率越高则反射镜的反射率越高;反射镜反射率随着银含量增大而增高,并趋于饱和;铜含量对反射率影响较小.

聚光镜;反射率;透过率;银含量;铜含量

近年,随着能源危机以及环境恶化,现阶段太阳能的利用,特别是利用太阳能进行热发电,越来越受到人们的重视[1-3].反射镜是太阳能热发电站集热场的核心组件,提高反射镜的反射率可以显著提高集热场的聚光集热效率,从而达到降低光热电站建造成本的目的.反射率受玻璃材料及镀膜工艺的影响,为了确定材料和镀膜工艺等相关的生产参数,需要测量反射镜的反射率;而反射率的测量需要在符合国际标准的实验室中进行,但国内符合条件的实验室较少,因此反射镜厂商不得不将反射镜样品送往国外的实验室进行反射率检测,致使费时又费力,而且成本高昂.

鉴于上述情况，我们在实验室条件下对反射镜进行了反射率测量,研制了依据玻璃透过率、银含量和铜含量三方面因素制备出玻璃银镜样品并检测了光谱半球反射率.根据ASTM G173太阳光辐照度表加权平均计算出反射率(镜子的漫反射可忽略不计),并进行了比较分析.对太阳能热发电用玻璃反射镜的生产具有一定的价值.具体的情况如下.

1 样品制备及测试设备

玻璃银镜生产工艺技术如下:

上片→预洗→抛光→清洗→敏化→活化→镀银→镀铜→烘干→淋底漆→底漆烘干→淋面漆→面漆烘干→面漆固化冷却→镜面清洗→下片→检验→包装.

其中敏化、活化、镀银及镀铜等工艺流程是影响玻璃银镜反射率的关键.

1.1 样品制备

制备了透过率不同的8片玻璃样品,透过率分别为86.5%、87.4%、88.5%、89.6%、90.4%、91.7%、92.5%、93%.样品银层含量为1 500 mg·m-2,铜层含量为500 mg·m-2.

制备了银层含量不同的8片样品,银层含量分别为(单位:mg·m-2):700、900、1 000、1 100、1 200、1 300、1 400、1 500,样品的透过率均为91.7%,铜层含量为500 mg·m-2.

制备了铜层含量不同的8片样品,铜层含量分别为(单位:mg·m-2):100、200、300、400、500、600、700、800,样品透过率为91.7%,银层含量为1 500 mg·m-2.

1.2 实验设备及测试原理

实验的主要设备为紫外/可见/近红外分光光度计,其型号为Lambda1050.

Lambda1050是双光束分光光度计.图1为双光束分光光度计的光路原理图.双光束光路从光源到检测器有两条光通道,即试样光束和参比光束,因此双光束分光光度计可以在两条光路上同时测量待测样品与参比样品,可直接获得待测样品的测定数据,还可自动补偿测量时因测试条件的随机变化所引起的误差[4].

图1 双光束分光光度计光路图Figure 1 Double beam spectrophotometer light path diagram

Lambda1050内置一个150 mm宽带InGaAs积分球,采用氘灯、钨灯作为光源,波长范围为175～3 300 nm,紫外可见区域使用高灵敏度的R6872光电倍增管和高性能的InGaAs检测器,近红外区域使用PbS检测器,扫描范围为185～3 000 nm.使用Uv WinLab软件进行操作,检测反射镜光谱反射率时设定的波长范围为280～2 500 nm,波长间隔为5 nm,光线入射角为8°.

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2 实验结果与讨论

实验中分别对依据三种因素制备的玻璃银镜的反射率进行了测试,得到了三组玻璃银镜的光谱反射率.并绘制了每组样品的光谱反射率曲线及每种因素对玻璃银镜反射率的影响趋势曲线.

2.1 玻璃透过率对反射镜反射率的影响

玻璃透过率是指透过玻璃的辐射能与入射到玻璃上的总辐射能之比.由于银层很薄,厚度仅为几十到上百纳米,玻璃对银层起到保护与支撑的作用.光需要经过玻璃传播到银层反光面,因此高反射率的玻璃银镜,需要采用高透过率的玻璃.银含量和铜含量一定的情况下,改变玻璃透过率玻璃银镜反射率随之改变,透过率越大反射率越大.

透过率不同的玻璃银镜的光谱反射率曲线如图2.图3表示透过率对反射率的影响趋势.观察图2和图3可知,当透过率逐渐提高时,光谱反射率在280～2 500 nm范围内均有明显提高,反射率逐渐增大,说明理论与实际相符.

图2 不同透过率玻璃银镜样品的光谱反射率曲线Figure 2 Spectrum curve of samples with different glass transmittance

图3 玻璃透过率与反射镜反射率的关系Figure 3 Relationship between the transmittance of glasses and the reflectance of the reflectors

2.2 银含量对反射镜反射率的影响

银含量是指每平方米玻璃银镜银层中所含金属银的总质量.银层是玻璃银镜的主要光能反射层,由于工艺等原因,附着于玻璃表面的银层厚度不能做到绝对均匀,从而使部分光能透射银层时就会影响银镜的反射率.在现有镀银工艺条件下,工业上一般采用增加银含量来保证银镜的反射率,但是银属于贵金属,为了控制生产成本,需要找到银含量对于银镜最大反射率的边界值.在玻璃透过率和铜含量一定的情况下,随着银含量的提高,玻璃银镜的反射率随之提高.

银含量不同的玻璃银镜的光谱反射率曲线如图4.银含量对反射率的影响趋势曲线如图5.观察图4和图5可知,当银含量增加到1 400 mg·m-2左右时,反射率达到95.2%,反射率不再随着银含量的提高而提高.说明1 400 mg·m-2是边界值.

图4 银含量差异样品的光谱反射率曲线Figure 4 Spectrum curve of samples with different silver content

图5 银含量与玻璃银镜反射率的关系Figure 5 Relationship between the silver content and the reflectance of the reflectors

2.3 铜含量对反射镜反射率的影响

铜含量是指每平方米玻璃银镜铜层所含金属铜的总质量.铜层对银层起到保护与补充的作用,银含量较小的情况下,铜层能够对银层的缺陷起到补偿的作用,从而保证银镜的反光性能.在玻璃透过率一定和银含量处于较高水的的情况下,改变铜含量,玻璃银镜的反射率没有明显变化.

铜含量不同的玻璃银镜的光谱反射率曲线如图6、银含量对反射率的影响趋势曲线如图7.观察图6和图7可知,铜含量的变化对样品反射率的几乎没有影响.说明在银含量较高的情况下,铜含量的变化不会引起银镜的反射率可测的变化.

图6 铜含量差异样品的光谱曲线Figure 6 Spectrum of samples with different copper content

图7 铜含量与玻璃银镜反射率的关系Figure 7 Relationship between the copper content and reflectance of the reflectors

3 结 语

用控制变量法研究了玻璃透过率、银含量和铜含量对玻璃银镜反射率的影响规律.根据实验所得数据得出如下结论:

1)在银铜含量不变的情况下,玻璃透过率越高,制得的玻璃银镜的反射率越高；

2)在玻璃透过率和铜含量不变的情况下,一定范围内,随着银含量提高,玻璃银镜反射率随之提高;当银含量达到1 400 mg·m-2时,改变银含量,反射率不再有明显变化；

3)在玻璃透过率一定,并且银含量处于较高水平的情况下,铜含量对玻璃银镜的反射率没有明显影响.

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Reflctive properties of the reflector for solar-thermal power generation

LI Wentong1, WANG Chaoyang2

(1. College of Materials Science and Engineering, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China; 2. Zhejiang Daming Glass Co., Ltd, Zhejinag Jiaxing 314200, China)

Reflectivity is the key parameter of a solar condenser. A series of solar condenser samples were prepared according to the glass transmittance and the film coating process. The reflection spectra of the samples were aquired with the UV/Vis/NIR spectrophotometer, and the reflectivities were calculated with the solar spectrum weighting. The results show that the higher the transmittance of the glass, the higher the reflectivity of the mirror. The reflectivitives of the glasses increase with the silver content and tend to saturation. The impact of the copper content on the reflectivity is not significant.

condenser; reflectance; transmittance; silver content; copper content

1004-1540(2015)02-0212-04

10.3969/j.issn.1004-1540.2015.02.016

2015-03-09 《中国计量学院学报》网址：zgjl.cbpt.cnki.net

TN312.8

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