[发明专利]耐久性太阳能镜面反射膜

说明书

政府许可权利

美国政府对根据由美国能源部授予的DE-AC36-08GO28308(CRADA No.08-316)的本专利申请中描述的发明中的至少一些具有权利。

技术领域

本公开一般涉及耐久太阳能镜面反射膜、制备耐久太阳能镜面反射膜的方法、以及包括耐久太阳能镜面反射膜的构造。

背景技术

可再生能源是源于可补充的自然资源诸如阳光、风、雨、潮汐以及地热的能量。随着技术的进步和全球人口的增长，对可再生能源的需求大幅提高。尽管当今化石燃料提供了绝大部分的能量消耗，但这些燃料是不可再生的。全球对这些化石燃料的依赖度不仅提高了对它们的消耗的关注，而且提高了对与燃烧这些燃料引起的排放相关联的环境的关注。由于这些关注，全世界的国家已经在建立同时开发大规模可再生能源和小规模可再生能源的倡议。当今前景较好的能源之一为阳光。目前全世界有数百万的家庭从太阳能光伏系统获得电力。

一般来讲，集中式太阳能技术涉及采集太阳能辐射，以便直接或间接产生电。集中式太阳能技术的三种主要类型为集中式光伏、集中式太阳能和太阳热能技术。

在集中式光伏(CPV)技术中，集中的日光经由光伏效应直接转化为电力。一般来讲，CPV技术使用光学器件(如透镜或反射镜)将大量的日光集中到小面积的太阳能光伏材料上，以进行发电。相比于其他类型的光伏能量生成，生产CPV系统的成本通常便宜得多，因为太阳能的集中允许使用数量少得多的更高成本的太阳能电池。

在集中式太阳能(CSP)技术中，集中的日光转化为热，然后热转化为电。一般来讲，CSP技术使用多种几何形状的反射镜表面(如平面镜、抛物线碟和抛物线槽)，以将日光集中到接收器上。这继而加热工作流体(如合成油或熔化盐)或驱动热机(如蒸汽轮机)。在一些情况下，工作流体是用来对发电的发动机进行驱动的流体。在其他情况下，工作流体经过换热器以产生蒸汽，蒸汽用于发动蒸汽轮机，以进行发电。

太阳热能系统采集太阳辐射，以在工业装置中加热水或加热工艺流。一些太阳热能设计利用反射镜使阳光集中到包含水或进料流的接收器上。操作原理与集中式太阳能发电单元非常类似，但由于日光的集中度，因此工作温度没有那么高。

对太阳能需求的增加伴随着对能够满足这些公开要求的反射装置和材料需求的增加。这些太阳能反射器技术中的一些包括玻璃镜、铝镜和金属化聚合物膜。在这些太阳能反射器技术中，金属化聚合物膜特别具有吸引力，因为它们重量轻、提供设计灵活性，并且可能使比常规玻璃镜更便宜的安装系统设计成为可能。聚合物为轻质的、便宜的且易于制造的。为了在聚合物上获得金属表面性质，将金属(如银)的薄层涂布在聚合物表面上。

一种示例性市售太阳能镜面反射膜示意性地示于图1中。图1的太阳能镜面反射膜100包括分色前蒙片层110、耐候性层120(包括例如聚合物)、薄的溅射涂布接合层140、反射层150(包括例如反射金属，例如银)、耐腐蚀层160(包括例如金属，例如铜)、粘合剂层170和内衬180。通常通过去除内衬180并邻近支撑基材设置粘合剂层170来将图1的膜施用到支撑基材。然后去除分色前蒙片层110以将耐候性层120暴露于日光。

发明内容

使在集中式太阳能发电单元和集中式光伏太阳能系统中使用的金属化聚合物膜经受对环境因素的连续暴露。因此，在设计和制造金属化聚合物反射膜中的技术挑战为在经受苛刻环境条件时实现长期(如20年)耐久性。需要这样的金属化聚合物膜，一旦将其安装于集中式太阳能发电单元或集中式光伏电池中，这种金属化聚合物膜就能提供耐久性和保持的光学性能(如反射率)。机械性能、光学透明度、耐腐蚀性、紫外光稳定性以及对户外天气条件的抗性均为在较长的操作周期内可有助于材料逐渐降解的因素。

本公开的发明人认识到，在形成能够保持其光学性能的长期户外使用的耐久金属化聚合物膜时的许多技术问题源自金属和聚合物的物理和化学本性和性质的基本失配。一个特定的困难涉及确保在聚合物层与金属反射表面之间的良好粘附力。在这些层之间不具有良好粘附力的情况下，会发生分层。在聚合物层与金属层之间的分层通常称为“隧道效应”。