[发明专利]太阳能发电装置中的中央塔接收器的保护涂层及其制造方法

说明书

一种用于太阳能管的涂层可以包括：多孔吸收层，该多孔吸收层包含与具有开口孔隙率的多孔粘合剂混合的吸收性黑色颜料材料；以及施加在该多孔吸收层上的包含氧化物的第一保护层。该第一保护层可以穿透到该开口孔隙率的至少一部分中。该第一保护层可以包含纳米颗粒，以改善孔的填充。可以在该第一层之后施加第二保护层，以改善剩余间隙的填充。

背景技术

太阳能塔技术捕获并聚集太阳辐射以提供热量并发电。太阳能塔系统利用镜子(日光反射装置)将日光聚焦在中央塔接收器(CTR)上。中央接收器包括若干面板，每个面板由小金属管制成，这些小金属管例如由Inconel 625、不锈钢、Hayne230等制成并涂覆有黑色涂层吸收剂。传热液体(HTF)在这些小金属管内流动。中央塔接收器暴露于极端工作条件，例如，高于600℃的温度、高辐射通量、热冲击和腐蚀性环境。在这些条件下，黑色涂层吸收剂的加速降级和老化是这些管热性能下降的主要原因，这进而缩短了接收器的使用寿命。

因此，用于涂覆这些管的所选的材料可能对太阳能塔的性能和寿命有很大影响。现今使用的基于黑色吸收性涂漆的涂覆材料的大多数受制于在高温下的不稳定。通过物理气相沉积(PVD)方法制成的涂层通常非常昂贵，并且在露天中在高于600℃的温度下不稳定。类似地，电镀涂层也限于较低的温度。

最便宜的涂覆方法是喷漆，并且最常用的涂漆是包含在硅酮树脂中的黑色颜料的涂漆，例如Pyromark^TM。黑色颜料-硅酮涂漆配制成抵抗高温(最高达1093℃)，具有0.96-0.975的太阳能吸收率和0.85的发射率。然而，在太阳能塔的严苛条件下，黑色颜料-硅酮涂层遭受急剧降级，包括剥离、裂纹和腐蚀，连同其吸收率的显著降低。黑色颜料涂漆(例如铜锰铁氧体)开始分解，当温度超过800℃时，尖晶石分解为铜、铁和锰的各种氧化物。涂漆的黑色变为黑灰色或黑红色，这导致吸收率降低。湿度、盐水平和污染物等环境条件也可能导致涂漆降级。

已经进行了若干尝试来增加中央塔接收器的效率。一种方法是通常通过替换硅酮树脂或寻找新的黑色颜料来提高涂漆的耐久性和吸收性。例如，开发了太阳能涂层，该涂层由黑色无机颜料(例如尖晶石，如锰铁氧体和铜铬氧化物)和充当粘合剂的透明基质(通常是氧化物(例如甲基硅氧烷、苯基硅氧烷、聚硅氮烷等))的混合物制成。在又另一个实例中，使用黑色尖晶石(例如，氧化钴)和粘合剂(例如，硅酮树脂、聚合物珠等)开发了黑色陶瓷涂漆。据报道，所述基于尖晶石的涂漆在最高达750℃的温度下是稳定的。但是，在CTR的实际工作条件(即暴露于高温连同高辐射通量和热冲击)下使用这些涂层不阻止或减少涂层的快速降级。

另一种方法是开发具有低尖晶石发射率的黑色涂漆，例如使用具有低发射率的尖晶石颜料AB₂O₄(A，B＝Ni、Co、Fe、Cu)。发现尖晶石颜料，如NiCo₂O₄、CuCo₂O₄、和(NiFe)Co₂O₅在光学上可与Pyromark^TM涂漆竞争。

另一种方法是开发基于红外反射层(IRR)、黑色吸收剂层和减反射(AR)涂层的湿选择性涂漆。AR涂层的目的是降低黑色涂层的反射率。AR层通过将硅胶施加在用于太阳能系统的商业涂漆(如SolkoteTM和Solarect-ZTM)上而形成。AR使吸收率增加1％-2％，但是吸收层不稳定并且在250℃下降级。

因此，需要寻找一种可以改善黑色涂漆在750℃下的稳定性并经受住CTR苛刻条件的保护涂层。

发明内容

本发明的一些方面可以涉及一种用于太阳能管的涂层。在一些实施例中，该涂层可以包括：多孔吸收层，该多孔吸收层包含与具有开口孔隙率的多孔粘合剂混合的吸收性黑色颜料材料；以及包含氧化物的第一保护层，该第一保护层可以施加在该多孔吸收层上。在一些实施例中，该保护层可以穿透到该开口孔隙率的至少一部分中。