Селективные покрытия концентраторов солнечной энергии пре­следуют цель не только получения необходимых оптических свойств поверхности, но и защиты отражающего слоя от атмосфер­ного влияния. В случае теплового контакта концентратора с фото­преобразователями или холодными спаями термоэлектрогенера­торов покрытия должны также увеличивать интегральный коэф­фициент собственного теплового излучения поверхности концен­тратора (при сохранении высокого отражения в солнечной об­ласти спектра), благодаря чему концентратор может быть исполь­зован одновременно и как отражатель, и как эффективный ра­диатор. Стабильные покрытия для концентраторов могут быть получены одним из следующих способов.

1. Электрохимическим анодированием полированного алюми­ния (или напыленной в вакууме пленки алюминия) для получе­ния на их поверхности слоя А1203. Анодная пленка обладает вы­сокой стойкостью к влаге, малой пористостью и повышает є алю­миния с 0,04 до 0,8 Качество покрытия, однако, сильно зависит от режима электрохимического процесса.

2. Испарением в вакууме защитных слоев из SiO, Sn02, АІ203 и Si02 [173]. Покрытия могут быть нанесены на любую отражаю­щую поверхность и повышают є также до 0,8, однако обладают сравнительно слабой адгезией и пористы. Пленка SiO обладает значительным поглощением в коротковолновой части видимого спектра и в ультрафиолетовой. При толщине больше 2—3 мкм покрытия, полученные испарением в вакууме, отслаиваются от поверхности из-за больших внутренних напряжений.

3. Нанесением стойких к ультрафиолетовым лучам и термо­перепадам прозрачных кремнийоргапических лаков. Эти покры­тия могут быть получены практически на любой поверхности, об­ладают хорошим сцеплением, при I = 15 ч — 20 мкм повышают е алюминия до 0,95. Их недостатком является более низкая свето­стойкость. чем, например, у анодных пленок, и быстрая запыляемость в процессе эксплуатации. В меньшей мере этими недостатками, как показали исследования [158, 174], обладают покрытия па основе полисилоксановых и полисилазановых лаков.

При небольшой толщине (5—10 мкм) эти лаки полностью прозрач­ны в ультрафиолетовой области наземного солнечного излучения (к —= 0,28 — н 0,4 мкм).

4. Нанесением отражающего слоя на внутреннюю поверхность полированных стекол с дополнительной защитой тыльной стороны лаковыми композициями. Конечно, этот способ в основном при­годен для сравнительно небольших концентраторов, однако у него одно важное преимущество: отражение концентратора в ультра­фиолетовой области спектра может регулироваться изменением состава стекла. Так, при боросиликатном стекле К-8 излучение с к < 0,36 мкм полностью поглощается стеклом и концентратор не отражает ультрафиолетовые лучи, тогда как при стекле ЛК-8 или кварце они практически не поглощаются и будут отражаться. Это свойство таких концентраторов может быть использовано для облучения семян, при лечении больных дозированным солнечным светом определенного спектрального состава. При использовании треугольных фацет из таких отражателей может быть выполнена поверхность больших концентраторов.

Вероятно, полное решение проблемы защиты отражающих по­верхностей будет достигнуто комбинированным путем, например анодированием и нанесением слоя лака или при совместном при­менении анодирования и вакуумного испарения.

Если методики анодирования и вакуумного испарения для получения оптических покрытий концентраторов разработаны дос­таточно полно [32, 41, 46], то нанесению полимерных покрытий (особенно при использовании их не только как защитных, но и селективных) уделялось сравнительно мало внимания.

Требования к оптическим и механическим свойствам полимер­ных покрытий концентраторов сложны и разнообразны.

1. Абсолютная прозрачность во всей спектральной области сол­нечного излучения — от 0,2 до 2,5 мкм. С точки зрения стойкости покрытия важна прозрачность в ультрафиолетовой области спек­тра, поскольку это излучение оказывает основное разрушающее действие на полимеры. Кроме того, в ряде случаев, как уже упо­миналось, требуется высокий коэффициент отражения в ультра­фиолетовой области спектра.

2. Полное поглощение инфракрасного излучения (3—30 мкм) для увеличения коэффициента собственного теплового излучения поверхности концентратора. При больших поверхностях совре­менных концентраторов тепловой баланс преобразователя солнеч­ной энергии в значительной мере зависит от сброса тепла собствен­ным излучением этих поверхностей.

3. Хорошая адгезия к отражающему слою, отсутствие пор, эластичность при низкой температуре. Последние требования часто взаимно исключают друг друга и требуют выбора оптималь­ной толщины покрытия.

4. Простота нанесения и невысокая стоимость.

С учетом ограниченной устойчивости к ультрафиолетовому излучению и атмосферным воздействиям ряда полимеров для удовлетворения комплекса перечисленных выше требований не­обходимы не только выбор материала, толщины и технологии нанесения, но и проведение длительных светопогодных испытаний покрытий в южных районах СССР с тщательным измерением опти­ческих характеристик защищенных концентраторов до и после старения, поскольку при длительном практическом использова­нии концентраторов солнечной энергии отражение от их рабочей поверхности значительно уменьшается вследствие воздействия солнечного излучения, влажности и перепадов температуры, а также истирания песчаной пылью.

В результате предварительных лабораторных исследований [175] прозрачных полимерных покрытий на основе поливинил — бутираля (ПВБ), полиарилата (Д-4), сополимера винилбутилового эфира с метилметакрилатом (СВМ-31), бутилметакрилата (БМК-5), алкидакрилата (АК-11), полиметилфенилгилоксана и бутилмота — крилата (КО-538) обнаружено, что при перепадах температуры с —50 до +90° С лаки ПВБ, Д-4, СВМ-31, БМК-5 отслаиваются вместе с напыленными пленками серебра и алюминия от поверх­ности концентратора, а лаки АК-11 и КО-538 выдерживают это испытание — покрытие остается прочным, с хорошей адгезией к зеркальной поверхности (при толщине слоя лака не более 25 мкм).

Поэтому для испытаний в естественных условиях выбраны ла­ки кремнийорганический КО-538 и алкидноакриловый АК-11, к которому добавлялись для увеличения светостойкости 2,2′- диокси-4,4′-диметоксибензофенон и 2,2′-окси-4,4′-диоксибензо — фенон. Эти покрытия наносились кистью или распылителем поверх отражающего слоя серебра, осажденного гальванически на мед­ные ленты толщиной 0,1—0,15 мм. Благодаря большому числу ши­роких полос поглощения в инфракрасной области, характерному для органических и кремнийорганических соединений, слой про­зрачного лака, сохраняя высокое отражение от серебра в области солнечного спектра, резко уменьшает отражение от его поверх­ности в области 2—25 мкм, что хорошо видно из рис. 4.1. Измере­ния проводились на инфракрасном спектрофотометре ИКС-14 с приставкой для измерения зеркального отражения [153]. Спек­тральные кривые приведены для тех значений I, при которых слой лака остается механически прочным во время испытаний на свето­вое старение и термоциклирования. При увеличении толщины слоя лака отражение в области % 2 мкм оказывается погашен­

ным еще сильнее, но это, к сожалению, нельзя осуществить для практически используемых концентраторов из-за того, что адге­зия ухудшается с увеличением I покрытия. При выбранной нами сравнительно небольшой толщине (I ^ 25 мкм) слой лака обла-

РИС. 4.1. Спектральные зависимости’коэффициента отражения поверхности концентратора с отражающим слоем серебра, покрытым лаками 1 — АК-11 (1 ж 4 6 мкм); 2 — КО-538 (I ж 20 — г — 22 мкм); 3 — АК-И + 1% 2-2′-ш;~ си-4,4′-диоксибензофенона (1 ж 10 ч — 22 мкм); 4 — АК-11 — Ь 1% 2,2′-диокси-4,4′-димсток — сибепэофснона (1ж 12 — ь 18 мкм)

дает еще одним достоинством — у него практически отсутствует поглощение в ультрафиолетовой области спектра наземного Солн­ца (0,28—0,4 мкм). При нанесении лаковых покрытий такой тол­щины на пленку алюминия, осажденную испарением в вакууме на полированное стекло, удается получить поверхность, обладаю­щую высоким отражением в этой области спектра и одновременно хорошо защищенную от механических и атмосферных воздействий (серебряная подложка для отражения ультрафиолетовых лучей не может быть использована из-за низкого отражения серебра при л < 0,38 мкм).

Лучшие отражающие свойства алюминия, покрытого лаком, отчетливо видны на рис. 4.2 из сравнения с концентраторами, за­щищенными полученными испарением в вакууме пленками SiO HSi203, что являлось до недавнего времени наиболее разработан­ным способом защиты зеркал от влияния атмосферы. Измерения проводились на спектрофотометре СФ-4 с приставкой ПЗО-1. Кроме спектральных коэффициентов отражения, фотометром ФМ-59 измерялся интегральный коэффициент поглощения сол­нечного излучения ас (в области спектра 0,25—2,5 мкм), а термо­радиометром ФМ-63 — интегральный коэффициент собственного теплового излучения поверхности є при 25° С (в области спектра б,0—40 мкм). Были изготовлены образцы концентраторов с пок — рытиямииз лаков АК-11, АК-11 + стабилизатор, КО-538 толщи­ной 5—25 мкм; варьировались вязкость лаков и количество наносимых слоев. Лабораторные испытания на устойчивость к пере­паду температуры и измерения исходных оптических коэффициен­тов ас и е позволили отобрать образцы оптимальной толщины, которые были подвергнуты световому старению в южных районах Советского Союза в течение 16 месяцев.

Результаты определения интегральных оптических коэф­фициентов концентраторов до и после старения приведены в табл. 4.1. Наименьшим отношением сх^/е обладает покрытие из серебра со слоем лака КО-538. Это покрытие отличается и наиболь­шей стабильностью оптических характеристик в процессе эксплу­атации. Его внешний вид практически не изменился за 16-месяч — ную экспозицию в Ереване. Покрытие из лака КО-538 успешно защищает также концентраторы со слоем алюминия, получен­ным испарением в вакууме. Такое покрытие легко очистить от пыли и загрязнений, так как его можно протирать тампонами, смоченными водой или спиртом. Лак технологичен: покрытие тол­щиной 20—25 мкм наносится распылителем в два слоя при вяз­кости 14—16 с, определенной по вискозиметру ВЗ-4; сушка при комнатной температуре в течение 2—5 ч. Лак АК-11 пожелтел, его прозрачность ухудшилась на 15—20% в видимой области спектра. Введение производных бензофенона в его состав не дало •ожидаемого эффекта стабилизации свойств покрытия при воздей-

ствии ультрафиолетового излучения. Это, по-видимому, может быть объяснено недостаточной чистотой стабилизирующих доба­вок. Лак АК-11 менее технологичен, он сушится при повышенной температуре (100° С) и уступает КО-538 по твердости (0,55 и 0,7 по МГ-4 соответственно).

Из приведенного выше следует, что для использования в широ­ких масштабах может быть рекомендовано покрытие из прозрач­ного кремнийорганического лака КО-538 толщиной 20—25 мкм, наносимого по алюминиевым или серебряннлі отражающим слоям на поверхности концентраторов.

Столь же перспективны для защиты поверхности концентрато­ров и придания им селективных свойств полимерные прозрачные покрытия на основе кремнийорганических полисилоксановых и силазановых лаков, подробно описанные в работах [158, 174].

4.2.