平板太阳能集热器板芯涂层质量分析

前言 随着新能源的推广和普及，太阳能工程市场高速发展。真空集热管热水器产品在安装高度，公共安全，质量以及市容建设等方面遇到的瓶颈问题日益突显，而平板太阳能热水器因有承压性、双循环系统、易于与建筑相结合等技术优势，市场商机重现。 平板太阳能集热器一般由集热器板芯、盖板、保温层和外壳4部分组成。集热器板芯是平板太阳能集热器的核心部件，其性能直接决定平板太阳能集热器的集热效率。当阳光透过玻璃盖板照在平板太阳能集热器板芯上时，其中大部分太阳辐射能为吸收体所吸收，转变为热能，并传向流体通道中的工质，通过自然循环或强迫循环，而将储水箱内的水加热。平板太阳能集热器板芯涂层作为平板太阳能热水器的核心工艺，其质量问题引起了广泛的关注。 按制备工艺不同，可将涂层分为电镀涂层、电化学转化涂层、真空镀膜涂层和涂料涂层四种主要形式。由平板太阳能集热器的结构来看，集热板芯的工作环境不是真空环境，而是有一定密封的大气环境，实际工作过程中的太阳能与建筑相结合工程中，部分板芯涂层出现严重的质量问题，所以对于集热板芯的吸收涂层质量，尤其是耐候性提出了较高的要求。中国太阳能热利用产业联盟平板太阳能专业委员会发起平板太阳能集热器板芯涂层质量跟踪调查，并于2013年7月13日在广东省东莞市召开“平板太阳能集热器板芯涂层质量交流会”。 会议中，广东五星太阳能股份有限公司公司做了平板太阳能质量汇报，共开展调查了全国20个省、自治区和辖市的53个工程项目，项目含有集中热水工程、阳台壁挂系统、家用一体机、集中集热分户储热系统、别墅系统等各种类型，共调查5年内安装的部分集热器数量7648台，膜层为蓝膜和镀黑铬两种，蓝膜3780台，质量问题292台，占比7.73%，黑铬3868台，质量问题3台，占比0.08%。平板太阳能集热器板芯质量问题严重影响工程质量，多家太阳能企业的技术研发人员进行了实验及研究，我们也进行了部分平板太阳能集热器板芯用金属集热片的光学性能检测及耐盐雾试验，并进行了平板太阳能集热器板芯涂层质量分析及探讨。 1平板太阳能集热器板芯涂层光学性能用于平板太阳能集热器板芯的太阳选择性吸收涂层，主要的光学性能参数是太阳吸收比和红外热辐射比（法向发射比）。 图1为测试几种样品金属镀膜基片吸收比、发射比。其中1R-国产，3R-国产，4R-国产样品为国产铝基片磁控溅射蓝膜涂层，5R-国产为铜基片磁控溅射蓝膜涂层，2R-进口为铝基片高分子聚合物涂料涂层。 测试太阳吸收比，采用日本岛津紫外—可见光—近红外分光光度计，型号UV-UI-NIR3101PC，测量波长范围300nm~2600nm。测量镀膜玻璃膜面的太阳反射谱R（λ），通过积分公式计算得出镀膜样片吸收比。红外法向发射比测试，采用国产红外分光光度计，测量波长范围2.5μm~25μm。图1给出测试得到的几种金属基片太阳选择性吸收涂层光谱反射曲线。因所得到的5R-国产铜基片磁控溅射蓝膜涂层表面进行了轧花加工，未进行光学性能测试。 从图1可以看出，2R-进口高分子聚合涂料涂层吸收光谱曲线无干涉点，吸收比较低，为0.906，而红外发射比较高，为0.223。国产铝基片磁控溅射蓝膜涂层，1R-国产和4R-国产产品在太阳辐照光谱范围内均有明显的干涉点，吸收比较高，1R-国产吸收比0.957，4R-国产吸收比0.944，均已经达到了选择性吸收涂层批量生产的吸收比极限，而发射比较低，1R-国产发射比0.048，4R-国产发射比0.084。3R-国产铝基片磁控溅射蓝膜涂层光学性能较差，在太阳辐照光谱范围内无干涉点，吸收比较低，为0.903，发射比0.079。 2耐盐雾性能测试及结果耐盐雾（中性盐雾试验）测试标准，根据GB/T1771-2007《色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定》和GBT6424-1997《平板型太阳集热器技术条件》，应无裂纹、起泡、剥落及生锈。但国标《色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定》是针对油漆的测试。目前，还没有针对太阳选择性吸收涂层的耐盐雾试验国标。测量仪器采用进口循环烟雾试验箱。测试方法为5%NaCl，温度：（35±2）℃。 PH值：6.5~7.2。喷雾量：1ml/h~2.5ml/h，连续喷雾。图2为五种镀膜样片出耐中性盐雾试验72h前、后照片。从图2中可以看出，5R-国产铜基产品涂层大面积锈蚀，脱落，耐中性盐雾腐蚀性能最差，不可用于沿海、工业地区。2R-进口铝基片高分子聚合物涂料涂层涂层表面没有任何变化，耐中性盐雾性能最优。1R-国产，3R-国产，4R-国产铝基片磁控溅射蓝膜涂层表面均有比较严重的腐蚀。 平板太阳能集热器板芯涂层质量分析 3结论 目前国内所使用吸收涂层的制作方法共有涂料涂层、阳极氧化涂层、黑铬涂层及磁控溅射涂层等几种方式，这些涂层各有优缺点，及不同适用场合。2R-进口高分子聚合涂料涂层吸收光谱曲线无干涉点，吸收比较低，为0.906，而红外发射比较高，为0.223。但中性耐盐雾性能最优，中性盐雾试验72h后，涂层表面没有任何变化，可用于沿海、工业地区。 国产铝基片磁控溅射蓝膜涂层，1R-国产，4R-国产产品在太阳辐照光谱范围内均有明显的干涉点，吸收比较高，分别为0.957和0.944，均已经达到了选择性吸收涂层批量生产的极限，而发射比较低，1R-国产发射比0.048，4R-国产发射比0.084。3R-国产铝基片磁控溅射蓝膜涂层光学性能较差，在太阳辐照光谱范围内无干涉点，吸收比较低，为0.903，发射比0.179。国产铝基片磁控溅射蓝膜涂层，中性盐雾试验72h，涂层表面均有比较严重的腐蚀。国产铜基产品耐盐雾腐蚀最差，72h后表面腐蚀严重，不可用于沿海、工业地区。 由以上分析可以看出，平板太阳能集热器板芯耐盐雾问题仍然是平板太阳能发展的技术瓶颈，而国标GB／T26974-2011只是要求太阳吸收涂层需做盐雾试验，但是没有规定具体试验时间，定量评价膜层耐盐雾性好坏的标准，只是要求涂层、基材及焊缝应无裂纹、起泡、剥落及腐蚀，对于膜层颜色变化，膜层性能变化等无明确要求。平板太阳能集热器板芯耐盐雾问题需要进行进一步的研究和试验。