Важный событием последних лет в области преобразования сол­нечной энергии явилась разработка герметизированной конструк­ции, в которой активный элемент преобразователя заключен в газо­наполненную или вакуумированную стеклянную оболочку [164, 165]. В случае тепловых преобразователей солнечной энергии та­кое решение позволяет свести к минимуму конвективные тепло — потери и значительно увеличить КПД преобразования. В работе [ 1661 описан показательный эксперимент: к водонагревателю пло­ской конструкции, облучаемому солнечным излучением, присо­единили вакуумный насос и с увеличением степени разрежения в пространстве между поглощающей коллекторной поверхностью и внешним теплоизолирующим стеклом наблюдали заметное по­вышение температуры воды и, следовательно, КПД преобразо­вателя.

При использовании стеклянных герметизирующих оболочек становится возможным создание унифицированной конструкции преобразователя солнечной энергии, заключенного в плоскую или трубчатую стеклянную оболочку; при этом тепловые преобразова­тели должны находиться в вакуумированной (для уменьшения теплопотерь) оболочке, а полупроводниковые фотоэлементы — в газонаполненной (для улучшения теплопередачи избыточного теп­ла стеклу, которое в этом случае станет играть роль эффективного радиатора-охладителя с высоким коэффициентом излучения); максимально достижимая температура коллекторной поверхности в случае вакуумированной оболочки будет практически полностью определяться значениями коэффициентов ас и є и их отноше­нием.

Преобразователи в герметизированных оболочках могут вы­пускаться на поточных автоматизированных линиях крупно­серийного производства, причем селективные покрытия могут быть предварительно нанесены на металлическую или полимер­ную фольгу, которая затем приклеивается к коллекторной по­верхности тонким слоем теплопроводного кле. ч [143, 167]; пре­образователи и их селективные оптические покрытия будут на­дежно защищены от воздействия окружающей среды, что позво­лит успешно использовать их в течение длительного времени в самых неблагоприятных климатических условиях.

Следует отметить, что увеличение отношения ас/є может быть достигнуто и для селективных покрытий, нанесенных электро­химическим способом, при выполнении нескольких основных ус­ловий: 1) проведения процесса в несколько стадий, причем пер­вой из них должно быть получение на коллекторной поверхности

из алюминия или стали гальванического блестящего покрытия из металла с высокой электропроводностью, например меди; 2) элек­трохимического осаждения поглощающего слоя (например, чер­ных никеля или хрома) в виде пленки интерференционной тол­щины; 3) получения покрытия с многослойной структурой из­менением режима электрохимического осаждения или состава ванны (при сохранении общей толщины поглощающего слоя на уровне долей микрометра).

Например, известно, что увеличение плотности тока при осаж­дении черного никеля приводит к уменьшению его показателя преломления.

Благодаря плавному изменению химического состава и струк­туры поглощающего слоя по глубине и постепенному уменьшению показателей преломления и поглощения в направлении от под­ложки к поверхности, происходит увеличение коэффициента по­глощения солнечной радиации ас до 0,98.

Эксперименты показали, что при этих условиях могут быть созданы электрохимические покрытия из черных никеля и хрома на меди, имеющие отношение ас/е = 10-т — 20.

Большим преимуществом электрохимических покрытий яв­ляется возможность нанесения их на коллекторы большой пло­щади. Если электрохимические покрытия с высоким отношением ас/е останутся стабильными при длительных испытаниях на ста­рение, то данный метод нанесения (наряду с приклейкой метал­лической фольги с предварительно нанесенным в вакууме интерфе­ренционным селективным покрытием) окажется наиболее удобным и технологичным при создании коллекторов большой пло­щади в промышленном масштабе.

Как было показано в 3.7, для решения обратной задачи — максимального охлаждения радиаторов, освещаемых Солнце, м — удалось разработать покрытия на основе стеклопленок с отра­жающим слоем серебра, коэффициент ас которых имеет столь низкое значение, как 0,06—0,08 при ел = 0,86 и е„ = 0,9.

В этом направлении также возможны дальнейшие улучшения. Введением диэлектрических прозрачных слоев строго определен­ной толщины между стеклом и серебром можно уменьшить полу­ченное значение ас, а нанесение поверх стеклопленок тонких слоев кремнийорганического лака или SiO, очевидно, позволит увеличить ек и є благодаря снижению отражения в области характерного для стекла пика отражения при X = 9 — г — 11 мкм.

Уменьшение массы покрытий радиаторов при сохранении ста­бильного низкого отношения ас/е может быть достигнуто метал­лизацией серебром или алюминием не стеклопленок, а топких полимерных лент из тефлона или прозрачных фторсополимерных соединений. Такие ленты затем металлизированной стороной приклеиваются к радиатору.

Испытания показали, что стойкость фторсополимерных и теф­лоновых лент к воздействию ультрафиолетового излучения Солн­ца, протонов и электронов заметно превосходит стойкость всех других полимерных пленочных материалов, приближаясь к стой­кости системы радиационно-защитных покрытий для фотоэлемен­тов (см. главу 2). Это направление исследований также, несом­ненно, весьма перспективно.

Для селективных покрытий с отношением аг/е 15 испытания на стабильность в натурных условиях были начаты в СССР в 1967—1968 гг. [143, 144], и за прошедшие 10 лет при сохранении герметичности оболочки не было замечено какого-либо ухудше­ния оптических характеристик покрытий.

Конечно, получение значений интегральных коэффициентов ас и є, близких к значениям, характерным для идеальной селек­тивной поверхности (при определенной температуре и степени концентрации солнечного потока), является очень трудной зада­чей, но, как показали исследования последних лет, на этом пути возможно достижение значительных успехов.

Особенно показательны в этом смысле результаты, изложенные в работах [137, 168]. Вькачестве первого слоя селективного покры­тия был выбран полученный испарением в вакууме слой серебра, для которого характерны значения є = 0,015 ч — 0,02. Несмотря на то что с помощью слоев, нанесенных поверх пленки серебра (антидиффузионная прослойка Сг203, слой кремния толщиной в несколько микрометров, нанесенный газотранспортным способом, и просветляющее покрытие из смеси нитридов и окислов крем­ния), коэффициент а£ повышается лишь до 0,75, при сохранении є на низком уровне отношение <xjz удалось бы поднять почти до 50. Столь сложная структура покрытия и высокотемпературный метод нанесения его слоев были выбраны для того, чтобы обеспе­чить стабильность свойств селективного покрытия при длитель­ной работе в условиях повышенной температуры (500—700° С).

Известно, что прозрачность полупроводниковых слоев в ин­фракрасной области спектра резко уменьшается при возрастании температуры до 500° С [121] и, как было показано в 3.3, их не следует по этой причине выбирать для создания высокотемператур­ных покрытий. К тому же слой кремния поглощает солнечное из — лучепие лишь с X 1Д мкм, чем и объясняется сравнительно ма­лое значение коэффициента ас, полученное авторами работ [137, 168].

Частичное поглощение инфракрасного излучения привело к тому, что в эксперименте было получено ас/е = 15 при комнат­ной температуре и ас/е = 12 ч — 14 при 500° С [137].

Вероятно, более перспективно создание стабильных селектив­ных покрытий на основе тугоплавких окислов интерференцион­ной толщины и полупрозрачных слоев металлов с высокой тем­

пературой плавления. Экспериментально было показано, что та­кие интерференционные системы (при использовании, конечно, высокоотражающего подслоя из меди, золота или серебра) позво­ляют получить отношение ас/є ]> 30, не изменяющееся в вакууме при 400—500° С. Практическое получение таких покрытий требует чрезвычайно точного контроля толщины слоев в процессе нанесения на коллекторные поверхности при высокой температу­ре. В настоящее время начаты испытания разработанных покры­тий па стабильность в условиях эксплуатации. Практическое ис­пользование селективных покрытий с высоким отношением а,/е. позволит значительно увеличить КПД преобразователей солнеч­ной энергии в тепловую.