[发明专利]选择性吸收腔式集热器

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能热发电技术领域，特别涉及一种选择性吸收腔式集热器。

背景技术

太阳能聚焦光热发电是唯一可实现低成本储热、可调度、甚至不间断发电的低碳可再生能源。聚焦太阳能热发电的关键是如何减少太阳炉的太阳光余弦损失及提高对太阳光的吸收率，将宽带太阳光谱最大限度地转化为热能，并通过减少辐射面积（提高聚焦比）和降低辐射率最大限度地降低透明窗口的黑体辐射及对流热损失。降低余弦损失及辐射面积可由选择系统的跟踪聚焦模式来实现，而提高吸收率和降低辐射率则需要依靠优化设计的集热器和特殊表面材料来实现。也就是说，提高太阳光吸收率以及减少对已收集热能的辐射损失可通过采用不同几何结构热靶和采用光谱选择性吸收层材料来实现。

现有的太阳能集热器根据其几何结构可分为管式、平板式和腔式集热器。相对于平板式和管式结构集热器，腔式集热器在同样光学口径和表面吸收系数条件下，具有较高的等效吸收系数、多倍于相同光学口径的换热面积及等于光学口径的等效辐射面积，对提高太阳光能的吸收及在高温集热条件下减少热损失，具有明显优势。

在辐射面积一定的情况下，为进一步降低辐射损失，国内外均采用在集热器吸热表面上使用光谱选择性吸收涂层。太阳光谱吸收选择性是指材料对太阳光谱的吸收率很高，对热辐射波段（远红外）的吸收率较低（数值上等于其辐射率）的一种特性。为克服集热管因辐射面积大而造成热辐射大的弊端，国外采用传统三维纳米复合材料选择性吸收涂层来抑制热辐射。但是，三维纳米复合材料选择性吸收涂层的辐射率约为0.13，并且过渡区宽，再加上腔式集热器的辐射特性，这种选择性吸收层无法应用于具有本征优势的腔式集热器，从而限制了太阳能热发电系统的光热转化效率的进一步提高及成本的下降。

因此，本领域迫切需要研发一种新型的高温高效的光谱选择性吸收集热器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种选择性吸收腔式集热器，能够最大限度吸收太阳能光谱和抑制红外辐射。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种选择性吸收腔式集热器，包括：

集热腔体和涂覆在集热腔体吸热表面的选择性吸收涂层；

选择性吸收涂层包括金属反射层和在金属反射层上形成的半导体吸收层。

本发明与现有技术相比，主要区别及其效果在于：该新型的集热器，将腔体集热结构与半导体-金属选择性吸收涂层相结合，利用了腔式集热器在相同光学口径和材料吸收系数条件下，等效吸收系数较高这一性质，克服了半导体材料对太阳光谱吸收率低的致命缺陷，而且充分发挥了半导体能带截止陡以及对良金属低红外发射率（0.02）负面影响小的优势，从而能够在高温情况下，形成最大限度吸收太阳能光谱，抑制红外辐射的高温高效光谱选择性的集热器。

可选的，半导体吸收层为Ge、Si、PbS、Ag₂S、Cu₂S、TiS₂或MnS₂中任一种半导体材料或其组合。

可选的，金属反射层由Au、Al、Cu、Al、W、Pt中任一种低发射率的金属制成。

可选的，集热腔体表面和金属反射层之间设有粘附层。能够保证选择性吸收涂层在高低温循环过程中的稳定性。

可选的，金属反射层和半导体吸收层之间设有缓冲层。缓冲层能够避免半导体吸收层与金属反射层相互扩散反应所带来的选择性吸收功能的降低问题。

可选的，缓冲层采用惰性金属或金属反射层的氧化物制成。惰性金属或金属反射层的氧化物在高温有氧条件下导电率较大（接近良金属）、不与半导体吸收层及金属反射层发生反应、稳定性高。

可选的，半导体吸收层和抗氧化层之间设有增透膜。增透膜解决了半导体由于介电常数高、界面反射大而引起的低吸收系数问题。

可选的，增透膜由MgF₂、AlN-Al、Al₂O₃、Al₂O₃-W任一种材料制成。

可选的，选择性吸收涂层表面设有抗氧化层。在选择性吸收涂层表面设置抗氧化层来防止薄膜的高温氧化，提高选择性吸收涂层的高温稳定性与可靠性。

可选的，集热器的工作温度为250-500℃。较佳的，集热器的工作温度为400℃。

附图说明

图1是本发明较佳实施例的选择性吸收腔式集热器中集热腔体的结构示意图；

图2是本发明较佳实施例的选择性吸收腔式集热器中另一集热腔体的结构示意图；