太陽能選擇性吸收涂層光譜發(fā)射率測量技術研究.pdf

1、隨著能源危機和環(huán)境污染問題的凸顯，新能源利用技術受到世界各國的重視，尤以太陽能熱發(fā)電技術倍受青睞。在太陽能熱發(fā)電領域，太陽能集熱管是太陽能-熱能轉換的核心部件，集熱管涂層的光譜發(fā)射率是決定太陽能吸收效率的基礎技術指標，是決定太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)效率的關鍵因素。光譜發(fā)射率測量技術對優(yōu)化涂層結構設計和提高涂層制備工藝具有重要的科學價值，對推動太陽能熱發(fā)電技術發(fā)展、解決能源危機和環(huán)境污染具有深遠的社會意義。
　　針對發(fā)射率假設模型在集熱管涂

2、層原位多光譜發(fā)射率測量中存在的問題，解決多層膜系涂層的發(fā)射率模型問題，實現(xiàn)涂層發(fā)射率多光譜原位測量是發(fā)射率測量領域亟待解決的重要問題之一。針對尚無統(tǒng)一參考反射標準的現(xiàn)狀，解決反射法測量對參考反射標準的依賴問題，實現(xiàn)無參考反射標準的光譜發(fā)射率量值傳遞具有重要的理論意義，是本文研究的另一重要問題。模擬涂層的高真空工作環(huán)境，解決積分球反射計在紅外光譜測量領域的應用難題，研制高真空、寬光譜的太陽能選擇性吸收涂層光譜發(fā)射率測量系統(tǒng)是本文要解決的關

3、鍵技術問題。針對上述問題，開展本文的研究工作，主要研究內容如下：
　　（1）集熱管涂層發(fā)射率的原位多光譜測量方法研究。針對集熱管涂層的多層膜結構，分析金屬的電磁波穿透深度及反射特性，研究吸收膜光學常數(shù)與金屬摻雜體積數(shù)的依賴關系、吸收膜厚度對復合膜系反射率的影響規(guī)律，建立基于膜結構參數(shù)的金屬-陶瓷涂層發(fā)射率模型。建立光譜輻射亮度測量值與發(fā)射率模型計算值之間的約束方程，推導基于自適應模擬退火算法的發(fā)射率模型參數(shù)求解方法，實現(xiàn)涂層發(fā)射率

4、的原位測量?；诟道锶~光譜儀的光譜輻射亮度測量值，與現(xiàn)有的兩種發(fā)射率假設模型相比，基于膜系結構參數(shù)模型的涂層多光譜發(fā)射率測量值與能量法測量值的一致性更好。
　?。?）積分球反射法的發(fā)射率量值傳遞方法研究。針對涂層試樣常溫發(fā)射率的測量難題，解決積分球反射法對參考反射標準的依賴問題，分析有限立體角的輻射功率分布規(guī)律，推導探測器表面與試樣的入射輻照面所張立體角的函數(shù)關系，以探測器表面所張立體角內輻射功率的測量電壓值對試樣入射功率進行標定

5、。推導截面積與探測器表面積相等的積分球球冠的球面度函數(shù)，建立試樣反射輻射功率的推導方法。標定測量電壓值與光譜發(fā)射率量值之間的傳遞系數(shù)，建立光譜發(fā)射率的量值傳遞模型。
　?。?）研制太陽能選擇性吸收涂層光譜發(fā)射率測量系統(tǒng)。建立10-3Pa的高真空測量環(huán)境，解決高溫發(fā)射率測量的涂層氧化問題；研制玻璃-鍍鋁的紅外光譜高反射積分球，解決積分球反射計在紅外寬光譜發(fā)射率測量的應用難題；研究多級重疊譜線的消除方法，解決譜線重疊對發(fā)射率測量的干擾

6、問題；研究動態(tài)賦值的加熱方法，解決高真空環(huán)境下加熱超調溫度的控制難題。建立300-900K、0.4-10μm的高真空、寬光譜發(fā)射率測量系統(tǒng)。
　　（4）利用太陽能選擇性吸收涂層光譜發(fā)射率測量系統(tǒng)，標定了積分球反射法發(fā)射率量值傳遞模型的傳遞系數(shù)。高、低發(fā)射率材料的發(fā)射率測量實驗表明，發(fā)射率的量值傳遞值與文獻值具有一致性；選擇性吸收涂層試樣的發(fā)射率測量實驗表明，Mo-SiO2涂層試樣的光譜發(fā)射率測量曲線與文獻數(shù)據(jù)曲線一致。分析測量系統(tǒng)