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1、(10)申请公布号 CN 103148621 A(43)申请公布日 2013.06.12CN103148621A*CN103148621A*(21)申请号 201310070770.9(22)申请日 2013.03.06F24J 2/48(2006.01)B32B 15/20(2006.01)B32B 15/18(2006.01)B32B 15/00(2006.01)B32B 9/04(2006.01)(71)申请人中山大学地址 510275 广东省广州市新港西路135号(72)发明人江绍基 钟金池 黄辰迪 余丽娜(74)专利代理机构广州粤高专利商标代理有限公司 44102代理人陈卫(54) 。
2、发明名称一种太阳能平板集热器吸收膜(57) 摘要本发明涉及太阳能平板集热器技术领域，更具体地，涉及一种太阳能平板集热器吸收膜。一种太阳能平板集热器吸收膜，膜系结构为G1M11C2M22CA，其中，G代表基底，A代表空气，M1代表金属反射层，M2代表金属吸收层，C代表介质层，1代表金属反射层M1的厚度，2金属吸收层M2的厚度，1、2代表介质层C的厚度。膜系结构使得吸收膜在可见区吸收和近红外反射的前提下具有较高的有效太阳能集热器吸收光谱的吸收率，且具有较低的发射率。此吸收膜提高了太阳能平板集热器的吸热效果，并通过较宽的红外反射设计使太阳能平板集热器发射率大幅下降，能有效提高吸热深度。(51)Int。
3、.Cl.权利要求书1页 说明书4页 附图3页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书4页 附图3页(10)申请公布号 CN 103148621 ACN 103148621 A1/1页21.一种太阳能平板集热器吸收膜，其特征在于，膜系结构为G1M11C2M22CA，其中，G代表基底，A代表空气，M1代表金属反射层，M2代表金属吸收层，C代表介质层，1代表金属反射层M1的厚度，2金属吸收层M2的厚度，1、2代表介质层C的厚度。2.根据权利要求1所述的一种太阳能平板集热器吸收膜，其特征在于，所述的基底G的材料为铜或不锈钢。3.根据权利要求1所述的一种太阳能平板集。
4、热器吸收膜，其特征在于，所述的金属反射层M1的材料为Ag或Al。4.根据权利要求1所述的一种太阳能平板集热器吸收膜，其特征在于，所述的介质层C的材料为Al2O3或SiO2。5.根据权利要求1所述的一种太阳能平板集热器吸收膜，其特征在于，所述的金属吸收层M2的材料为W或Mo。6.根据权利要求3所述的一种太阳能平板集热器吸收膜，其特征在于，所述的金属反射层M1的厚度1不小于50nm。7.根据权利要求4所述的一种太阳能平板集热器吸收膜，其特征在于，所述的介质层C的厚度1为6590nm、2为75100nm。8.根据权利要求5所述的一种太阳能平板集热器吸收膜，其特征在于，所述的金属吸收层M2的厚度2为5。
5、20nm。9.根据权利要求1至8任一所述的一种太阳能平板集热器吸收膜，其特征在于，吸收膜在基底G上单面镀制金属反射层M1、介质层C、金属吸收层M2、介质层C。权 利 要 求 书CN 103148621 A1/4页3一种太阳能平板集热器吸收膜技术领域0001 本发明涉及太阳能平板集热器技术领域，更具体地，涉及一种太阳能平板集热器吸收膜。背景技术0002 太阳能，一般是指太阳光的辐射能量，在现代一般用作发电。自地球形成生物就主要以太阳提供的热和光生存，而自古人类也懂得以阳光晒干物件，并作为保存食物的方法，如制盐和晒咸鱼等。但在化石燃料减少下，才有意把太阳能进一步发展。太阳能的利用有被动式利用（光热。
6、转换）和光电转换两种方式。太阳能发电一种新兴的可再生能源。0003 太阳能平板集热器是一种吸收太阳辐射并将产生的热能传递到传热介质的装置。虽然太阳能集热器本身不是全部的太阳能利用系统，也不是直接面向消费者的终端产品，但它是组成各种太阳能热利用系统的关键部件。无论是太阳能热水器、太阳灶、太阳能温室，还是太阳能制冷空调、太阳能海水淡化、太阳能热发电等等，都离不开太阳能集热器，都是以太阳能集热器作为系统的动力或者核心部件。太阳能集热器可以用多种方法进行分类，其中包括按传热介质的类型进行分类、按进入采光口的太阳辐射是否改变方向进行分类、按是否跟踪太阳进行分类、按是否有真空空间分类、按工作温度进行分类等。
7、。综合各种集热器类型，真空管集热器和平板集热器应用最为普遍，其中相较真空管集热器而言，平板集热器具有吸收效率高，安装简便，使用寿命长，占地面积小，易于与建筑结合等特点。欧美等国的太阳能集热产品，目前主要以平板式集热器居多，而国内则以真空管集热式占优。近年随着制备技术、新型吸热膜系等领域的发展，平板集热器在国内的发展也越来越得到重视。集热器的热性能是太阳能产品中的重要标准，其主要技术来自于集热器的吸收涂层，选择性薄膜一直是太阳能利用技术领域中的一项重要研究课题，据统计，70%的集热器使用高选择性的PVD或溅射涂层，11%采用黑铬，19%的集热器使用漆涂的太阳能涂层。太阳光谱选择性吸收膜系的制备方。
8、法为溅射镀膜，设备操作简易，所制备膜层吸收率较高，膜系质量较高，适用于大面积批量生产。磁控溅射方法在选择性吸收膜系制备方面应用较为广泛，但仍有进一步改进的空间。0004 集热器的关键部件就是太阳能集热器板芯，现在大多采用铜铝复合的板状材料制成。现有太阳能平板集热器吸收膜大多吸收率较低，发射率较高，而且膜系结构复杂，膜层不牢固、不稳定。发明内容0005 本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种能够实现吸收可见波段和反射红外波段的太阳能光谱的太阳能平板集热器吸收膜。0006 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种太阳能平板集热器吸收膜，其中，膜系结构为G1M11C2M22CA。
9、，其中，G代表基底，A代表空气，M1代表金属反射层，M2代说 明 书CN 103148621 A2/4页4表金属吸收层，C代表介质层，1代表金属反射层M1的厚度，2金属吸收层M2的厚度，1、2代表介质层C的厚度。吸收膜在基底G上单面镀制金属反射层M1、介质层C、金属吸收层M2、介质层C。单面镀制的新型吸收可见波段和反射红外波段的太阳能平板集热器吸收膜结构，该膜系结构使得吸收膜在可见区吸收和近红外反射的前提下具有较高的有效太阳能集热器吸收光谱的吸收率，且具有较低的发射率。此吸收膜提高了太阳能平板集热器的吸热效果，并通过较宽的红外反射设计使太阳能平板集热器发射率大幅下降，能有效提高吸热深度。000。
10、7 进一步的，所述的基底G的材料为铜或不锈钢；所述的金属反射层M1的材料为Ag或Al；所述的介质层C的材料为Al2O3或SiO2；所述的金属吸收层M2的材料为W或Mo。0008 其中除基底外的吸收膜层均采用磁控溅射方法制备，制备后所述的金属反射层M1的厚度1不小于50nm；所述的介质层C的厚度1为6590nm、2为75100nm；所述的金属吸收层M2的厚度2为520nm。0009 本发明的膜系主要结构为由金属反射层M1、介质层C、金属吸收层M2和介质层C组成的四层结构，是一种能够实现吸收可见波段和反射红外波段的吸收膜。通过选取具有选择吸收性质的金属材料与介质材料形成干涉膜系，并在膜系底层引入金。
11、属红外反射层，使膜系所达到的效果是：在380nm-1000nm波段实现高吸收，平均吸收率大于95%，在2500nm以上波段实现高反射，平均反射率大于95%以上。本发明具有较宽的可见光高吸收段及红外波段的高反射设计。0010 与现有技术相比，有益效果是：本发明太阳能平板集热器吸收膜的宽吸收带设计能有效提高吸收膜的吸热效果，使其具有大于90%的高吸收率，同时在红外波段的高反射设计使膜系的发射率相对市场现有产品进一步降低。吸收膜的单面结构具有光谱特性稳定、膜系结构简单、膜层牢固、耐候性强的优点，满足太阳能平板集热器的长期使用要求，且具有良好的制备重复性。膜系结构适合通用的优化软件，能够达到更佳的效果。
12、。附图说明0011 图1是本发明的吸收膜结构示意图。0012 图2是本发明吸收膜各层功能示意图（反射率）示意图。0013 图3是优化前整体膜系设计吸收率曲线示意图。0014 图4是优化后整体膜系设计吸收率曲线示意图。0015 图5是优化后整体膜系设计反射率示意图。0016 图6吸收膜实测吸收光谱示意图。具体实施方式0017 附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。0018 如图1所示，一种太阳能平板集热器吸收膜，其中，膜系结构为G1M1。
13、1C2M22CA，其中，G代表基底，A代表空气，M1代表金属反射层，M2代表金属吸收层，C代表介质层，1代表金属反射层M1的厚度，2金属吸收层M2的厚度，1、说 明 书CN 103148621 A3/4页52代表介质层C的厚度。吸收膜在基底G上单面镀制金属反射层M1、介质层C、金属吸收层M2、介质层C。单面镀制的新型吸收可见波段和反射红外波段的太阳能平板集热器吸收膜，该膜系结构使得吸收膜在可见区吸收和近红外反射的前提下具有较高的有效太阳能集热器吸收光谱的吸收率，且具有较低的发射率。0019 进一步的，基底G的材料为铜或不锈钢；金属反射层M1的材料为Ag或Al；介质层C的材料为Al2O3或SiO。
14、2；金属吸收层M2的材料为W或Mo。膜系主要结构为金属反射层M1、介质层C、金属吸收层M2和介质层C组成的四层结构。0020 如图1所示，本结构的平板太阳能集热器吸收膜，它主要包括集热器的基底1、形成在铜基底1上金属红外反射层2、形成在金属红外反射层2上的介质干涉层3、形成在介质干涉层3上的金属吸收层4、形成在金属吸收层4上减反层5。膜系各层功能如图2所示，底层金属红外反射层2实现全波段的高反射，减少集热器内部向外辐射，降低热损失；介质干涉层3具有减反作用，同时与金属吸收层4及减反层5形成干涉膜系，加宽吸收波段范围；金属吸收层4实现膜系的选择性吸收功能；减反层5降低太阳光在膜系表面的反射损耗同。
15、时起到膜系的保护作用。0021 其中，除基底外的吸收膜层均采用磁控溅射方法制备，制备后所述的金属反射层M1的厚度1不小于50nm；所述的介质层C的厚度1为6590nm、2为75100nm；所述的金属吸收层M2的厚度2为520nm。0022 本结构是在基底单面镀制的由金属和介质材料组成的吸收膜：G1M11C2M22CA图3是以四分之一中心波长光学厚度的整体膜系设计吸收率曲线，为了能够得到更好吸收可见波段和反射红外波段的吸收光谱，从实用性角度出发，对所有膜层只进行厚度优化，并且优化精度为小数点后两位。优化软件使用“Essential Macleod”商用光学镀膜软件，优化后的具体膜系结构为：65.。
16、19 M177.78C11.86 M292.50C其中M1、M2代表金属，C代表介质材料，各具体数值为在550nm监控波长下的各层厚度值。优化结果如图4所示的吸收谱线，图5是优化后的反射谱线，使用高精度镀膜机完全可以实现该设计结果。0023 本发明使用国产全自动磁控射频镀膜机进行了实验镀制。选择铜材料作为基底，镀制选择性吸收膜系，由于测试仪器测试条件要求，同时放入不同的基材（Si、SiO2表面双面抛光）作为特性测试样品基底。本底真空气压控制在510-4帕。溅镀金属膜材料方法采用射频溅射，通入氩气（流量70sccm），气压维持在0.3帕，金属反射层和金属吸收层的溅射功率分别为280W和100W；。
17、生成介质膜材料采用反应溅镀，溅射功率280W，通入氩气（流量60sccm）和氧气（流量10sccm），工作气压维持在0.3帕。整个膜系镀制通过自动控制方式实现，直至镀制完成取片。0024 基于上述理论设计及实验制备，用岛津公司的分光光度计，型号UV3101PC，测量波长范围380nm至3200nm的吸收谱，如图6所示。实验结果表明，在多次镀制与测量中显示了良好的稳定性和重复性。0025 在此不再叙述，附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。0026 显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可说 明 书CN 103148621 A4/4页6以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。说 明 书CN 103148621 A1/3页7图1图2说 明 书 附 图CN 103148621 A2/3页8图3图4说 明 书 附 图CN 103148621 A3/3页9图5图6说 明 书 附 图CN 103148621 A。