Zaawansowane powłoki dla wysokowydajnego wytwarzanie energii słonecznej
Zaspokojenie globalnego zapotrzebowania energetycznego w zrównoważony sposób to jedno z najpilniejszych wyzwań XXI wieku. CSP ma zapewniać do 7% globalnego zapotrzebowania energetycznego do roku 2030 i do jednej czwartej do roku 2050. Dzisiejsze kolektory słoneczne w formie rynny parabolicznej dla systemów CSP pracują jednak przy około 400°C, podczas gdy nowe konstrukcje zapewniające większą wydajność wymagają 20 do 25 lat pracy w temperaturze zbliżonej do 600°C. W ramach finansowanego przez UE projektu NECSO(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (Nanoscale enhanced characterisation of solar selective coatings) opracowano narzędzia niezbędne do tego, aby powłoki selektywne absorbera mogły spełnić stawiane im wymagania. Solarne powłoki selektywne składają się z czterech warstw materiałów (antyrefleksyjna, absorber, reflektor podczerwieni i antydyfuzyjna) nanoszonych przez duże urządzenia na podłoże o wielkości kilku metrów kwadratowych. Efektywność tych wielkoobszarowych powłok jest jednak bezwzględnie zależna od właściwości w nanoskali, takich jak szorstkość, twardość, struktura krystaliczna, skład i widma oscylacyjne. Badacze opracowali narzędzia do oceny właściwości w nanoskali i skorelowania ich z parametrami optycznymi i oczekiwaną żywotnością. Uzupełnieniem prac było opracowanie protokołów charakterystyki i degradacji. Miały one nie tylko przewidywać żywotność, ale również ułatwiać testy w zakresie rozszerzania zakresu temperatury pracy i ogólnych warunków środowiska pracy w celu osiągnięcia większej wydajności bez degradacji. Warstwowe powłoki absorbera słonecznego opracowano i osadzono na małych płaskich i cylindrycznych próbkach przy zastosowaniu systemu osadzania fizycznego z fazy gazowej (PVD). System PVD może powlekać rury o długości 4 m, co jest ostatecznym celem na potrzeby końcowej demonstracji technologii. Jednocześnie naukowcy opracowali i wyprodukowali dwa systemy starzenia termicznego do przeprowadzania testów starzenia na próbkach płaskich i cylindrycznych przy bardzo precyzyjnej kontroli temperatury i składu gazu. System ten służy przeprowadzeniu oceny wpływu narażenia na działanie wody i tlenu. W celu skorelowania degradacji termicznej i parametrów optycznych obliczono wartości selektywności słonecznej i przeprowadzono testy starzenia termicznego w różnych temperaturach. Zespół również zastosował kilka technik spektroskopowych, próbując zidentyfikować pasma spektralne związane z degradacją, które można by wykorzystywać jako wskaźniki degradacji. Na koniec próbki poddano również testom tribologicznym i mechanicznym, aby ocenić właściwości takie jak przyleganie, zużycie i odporność na zarysowania. Oczekuje się, że technologia NECSO wesprze rozwój ulepszonych powłok absorbera słonecznego, co pozwoli zwiększyć sprawność i trwałość konstrukcji nowej generacji. Upowszechnienie tej technologii może mieć istotny wpływ na globalne emisje i zmianę klimatu, przyczyniając się jednocześnie do stworzenia nowych miejsc pracy i poprawy kondycji gospodarczej UE.
Słowa kluczowe
Energia słoneczna, selektywne powłoki, kolektory słoneczne, NECSO, powłoki absorbera
