Избирательная поверхность

Обычные поверхности переизлучают тепло, которое они поглощают. Избирательные переизлучают лишь немного.

Система солнечного теплового коллектора на основе вакуумированных стеклянных трубок. Солнечный свет поглощается специальным материалом в центре каждой трубки, имеющей селективную поверхность. Поверхность поглощает солнечный свет почти полностью и излучает очень мало солнечного тепла в виде теплового излучения. Обычные черные поверхности также являются эффективными поглотителями, но они обильно излучают тепловое излучение.

В солнечных тепловых коллекторах селективная поверхность или селективный абсорбер является средством повышения его рабочей температуры и/или эффективности. Селективность определяется как отношение поглощения солнечного излучения ( α _sol ) к тепловому инфракрасному излучению (ε _therm ).

Селективные поверхности используют различные длины волн падающего солнечного излучения и излучения, испускаемого поглощающей поверхностью: ^[1]

• Солнечное излучение охватывает приблизительно длины волн от 350 нм до 4000 нм: УФ-А , видимый и ближний инфракрасный  ( БИК или ИК-А плюс ИК-В ) диапазоны.
• Тепловое инфракрасное излучение от материалов с температурой приблизительно в интервале от -40 до 100 °C охватывает длины волн приблизительно от 4000 нм до 40 000 нм = от 4 мкм до 40 мкм; Интервал теплового инфракрасного излучения обозначается или обозначается следующими словами: MIR , LWIR или IR-C .

Материалы

Обычно используется комбинация материалов. Одной из первых исследованных селективных поверхностей был тандем полупроводник-металл ^[2] – просто медь со слоем черного оксида меди . Кремний на металле также является другим примером. ^[2] Другая конструкция имеет керамические-металлические композиты ( керметы ) на металлических подложках. ^{[2] [3]} Черный хром («черный хром») и никелированный анодированный алюминий – это еще одна селективная поверхность, которая очень прочная, высокоустойчивая к влажности или окислительной атмосфере и экстремальным температурам , при этом способная сохранять свои селективные свойства, но дорогая. Одна из наиболее популярных конструкций – многослойный широкополосный солнечный поглотитель – состоит из металлической подложки, покрытой несколькими слоями металла и диэлектрических материалов. Хотя их приходится наносить вакуумным осаждением, они получили широкое распространение из-за своей пригодности для вакуумных трубок. ^{[4] [2] [5]}

Хотя обычная черная краска обладает высоким уровнем поглощения солнечного света, она также имеет высокий коэффициент теплового излучения и, таким образом, не является селективной поверхностью.

Типичные значения для селективной поверхности могут быть 0,90 поглощения солнечного света и 0,10 теплового излучения, но могут варьироваться от 0,8/0,3 для красок на металле до 0,96/0,05 для коммерческих поверхностей. В лабораториях были получены такие низкие значения теплового излучения, как 0,02. ^[2]

Другие приложения

Селективные поверхности используются не только в солнечных тепловых коллекторах, но и в других областях, например, в качестве поверхностей с низкой излучательной способностью , используемых в оконных стеклах, которые отражают тепловое излучение и имеют высокий коэффициент пропускания (будучи прозрачными ) для видимого солнечного света .

Смотрите также

• Изолированное остекление
• Солнечная плита
• Солнечная энергия
• Стена Тромба

Ссылки

1. "Поглощающие поверхности". www.impact-absorbing-surfaces.co.uk . Получено 2020-11-26 .
2. Кеннеди, Шерил (2002). "Обзор средне- и высокотемпературных селективных поглощающих солнечных материалов" (PDF) . NREL . Получено 21 февраля 2018 г. .
3. Тесфамихаэль, Тукуабо; Вэкелгард, Эва (1999-07-01). "Угловое поглощение солнечного света абсорберами, используемыми в солнечных тепловых коллекторах" . Прикладная оптика . 38 (19): 4189–4197. Bibcode : 1999ApOpt..38.4189T. doi : 10.1364/AO.38.004189. ISSN  2155-3165. PMID  18323901.
4. "TiNOX energy". Alemco . 2018 . Получено 21 февраля 2018 .
5. Возобновляемая чистая энергия, 23 января 2023 г.

Внешние ссылки

• Селективная поверхность для эффективного преобразования солнечного тепла
• Таблица поглощения и излучения для различных материалов