Как выбрать гостиницу для кошек
14 декабря, 2021
Начиная примерно с 1955—1956 гг. и по настоящее время во многих странах ведутся работы по селективным покрытиям для коллекторных поверхностей тепловых преобразователей солнечной энергии. Разработаны различные методы создания необходимой селективности оптических свойств коллекторной поверхности гелиоустановок, описано большое число материалов для селективных покрытий, указаны методы их нанесения. Очень немного, однако, выполнено работ по сравнительному анализу селективных свойств покрытий различных типов и почти нет данных по сравнению эксплуатационных характеристик покрытий при работе в атмосферных и внеатмосферных условиях.
Предложенные до сих пор методы создания селективных покрытий для коллекторной поверхности гелиоустановок можно разбить на пять групп, отличающихся по оптической структуре.
I группа. Черные окислы каких-либо металлов на полированной металлической подложке. Выбирается окисел с низким отражением в области солнечного излучения, обеспечивающий за счет этого высокий коэффициент поглощения поверхностью солнечного излучения ас и одновременно прозрачный в инфракрасной части спектра при А, > 3 — ч-5 мкм, например окись кобальта, и наносится на медь. Благодаря этому появляется возможность достижения низкого коэффициента собственного излучения є поверхности, если черный окисел будет создан на хорошо полированном и высокоот — ражающем в инфракрасной области металле, например меди или алюминии, обладающем весьма низким коэффициентом є (ecu = = 0,02 — v — 0,03, Єді = 0,04 при 30° С).
II группа. Селективная краска, состоящая из частиц полупроводника, равномерно распределенных в органическом связующем, наносится па полированную металлическую поверхность. Селективность оптических свойств такого покрытия обеспечивается тем, что выбирается полупроводник, у которого край основной полосы поглощения определяемый шириной запрещенной зоны Е.,, совпадает с оптимальной пороговой длиной волны AIIop. oriT селективного покрытия. При X <^ Xes полупроводник поглощает излучение за счет оптических переходов из валентной золы в зону проводимости, а при X Хеє прозрачен. Кроме того, размер частиц полупроводника должен быть соизмерим с Апор. опт — Селективность покрытия может быть усилена за счет оптимальной дисперсности частиц: при X, меньших или равных геометрическим
размерам частиц, поглощение возрастает из-за рассеяния и многократного отражения; для длинноволнового же излучения такая среда прозрачна. Органическое связующее должно быть прозрачным в инфракрасной области спектра, а металлическая подложка, как и в случае I группы покрытий,— обладать большим коэффициентом отражения в инфракрасной области спектра, так как от этого зависит нижний предел значения коэффициента е, достигаемого с помощью покрытий этого типа.
III группа. Поверхность образована слоем сильиолегировап — ного полупроводника. Благодаря высокой концентрации свободных носителей заряда удельная электропроводность сильнолегированных полупроводников весьма велика и оптические свойства их поверхности в инфракрасной области спектра приближаются к свойствам металлов, для которых характерно высокое отражение и низкий коэффициент излучения в этой области спектра. В то же время в области, где hv ;> Eg (h — постоянная Планка, v — частота падающего излучения), коэффициент отражения поверхности не зависит от степени легирования и определяется в основном показателем преломления данного полупроводника. Вследствие этого отражение от такого материала при hv ^ Es значительно меньше, чем при hv Eg. При выборе полупроводника с определенной шириной запрещенной зоны Ее и высокой степенью легирования донорными или акцепторными примесями, обладающими высоким пределом растворимости в данном полупроводнике и ионизированными при комнатной температуре, можно достичь значительной селективности оптических свойств поверхности.
IV группа. Селективная поверхность образована полированным, высокоотражающим в инфракрасной области спектра металлом, покрытым слоем слаболегированного полупроводника с проводимостью, близкой к собственной, у которого край полосы поглощения соответствует Япор. опт. Слаболегированные полупроводники прозрачны в области, где hv Eg, и є системы полупроводник—металл будет определяться оптическими свойствами металла в этой области. В области hv ^> Eg коэффициент поглощения солнечного излучения будет определяться отражением от поверхности полупроводника, которое, как это ясно из сравнения оптических констант полупроводников и металлов, будет значительно более низким, чем отражение от металла в инфракрасной области спектра.
V группа. Поверхность образована полированным металлом, отражение от которого в области солнечного спектра от ультрафиолетовой части до Лп0р.0пт снижено нанесением однослойных или многослойных просветляющих покрытий. Если просветляющие слои для оптических линз или фотоэлементов должны быть прозрачны, то в случае снижения отражения от коллекторной поверхности гелиоустановок это ограничение снимается: при малой
толщине покрытий безразлично, где поглотится солнечное излучение — в покрытии или в материале самой коллекторной пластины. Появляется другое требование: многослойное покрытие
должно быть прозрачно в спектральной области собственного теплового излучения поверхности. Легко доказать расчетом (см. 1.5), учитывающим дисперсию оптических констант выбранных материалов, что это требование почти всегда выполняется при значениях d интерференционных слоев, оптимальных для снижения отражения в области солнечного спектра (равных или кратных где Лшах — длина волны, соответствующая максимуму энергии солнечного излучения).
В заключение этой краткой характеристики покрытий каждого типа следует указать, что принятая классификация селективных покрытий не является, конечно, абсолютно полной и существует ряд покрытий, которые не относятся непосредственно к какой-либо одной из указанных пяти основных групп селективных покрытий. Однако целью проведенной классификации было выделить физические принципы, лежащие в основе создания различных селективных покрытий, знание которых необходимо при разработке новых типов покрытий. Более четко представить принятую классификацию помогут примеры конкретных покрытий, рассматриваемые ниже.
3.3.