Nanocoatings: Designed layers for solar thermal applications

Abstract

Solar energy is one of the most used renewable energy source in different applications nowadays. The direct method of harnessing solar energy is the solar thermal conversion method using solar absorbers. Solar thermal collectors are mainly used for heating water and for space heating. They capture incident solar radiation, convert it to usable thermal energy, and transfer the solar energy into a heat transfer fluid. All of these requirements should be accomplished economically with a minimum energy loss. One of the most important components of the solar thermal collector is the solar absorber. To be effective, the absorber should exhibit wavelength selectivity, i.e. have maximum solar absorbtance, minimum solar reflectance and thermal infrared emittance. A high solar absorbtance is required to collect as much of the incident solar radiation as possible and a low thermal infrared emittance contributes to minimize radiant energy losses. Usually, lightweight materials like, copper or aluminium, that have a high thermal conductivity, are used to transfer the absorbed energy from the surface to the media (fluid) which has to be heated. For high coefficient of efficiency of solar thermal collectors, the most important parts are: 1) spectral selective coatings that are composed of islands of metal embedded in a threedimensional matrix of dielectric with a solar absorbtance of α > 0.95 and an emittance of εDanas je solarna energija je jedan od najčešće korišćenih izvora obnovljive energije u različitim primenama. Direktna metoda kontrolisanja solarne energije, podrazumeva metodu njene konverzije u toplotnu energiju pomoću solarnih apsorbera. Solarni termalni kolektori, uglavnom se koriste za zagrevanje vode i za grejanje prostorija. Zarobljeno solarno zračenje, pri tome se pretvara u korisnu toplotnu energiju, kroz konverziju solarne energije u toplotnu energiju fluida. Takav proces mora biti ekonomičan, i uz što manji gubitak energije. Jedna od najvažnijih komponenti solarnog kolektora je toplotni solarni apsorber. Da bi bio efikasan, apsorber treba pokazivati selektivnost u odnosu na talasnu dužinu, odnosno treba da poseduje maksimalnu solarnu absorbtivnost, minimalnu solarnu refleksiju i toplotnu infracrvenu emisivnost. Visoka solarna absorbtivnost je neophodna da bi se prikupio što veći deo upadnog sunčevog zračenja,dok niska toplotna infracrvena emisivnost doprinosi da se minimizira gubitke energije zračenjem. Obično, lagani materijali poput, bakra ili aluminijuma, koji imaju visoku termičku provodljivost, koriste se za prenos apsorbovane energiju sa površine do medija (tečnosti) koji se pri tome zagreva. Za visoki koeficijent efikasnosti solarnih termalnih kolektora, najvažniji faktori su: 1) spektralno selektivna prevlaka, koja je sastavljena od ostrvca metala utisnutih u trodimenzionalnu matricu dielektrikuma sa solarnim absorbancom od α > 0.95 i emisivnošću od ε