一种太阳能光热涂层及其制备方法和基于涂层的太阳墙技术

本发明专利技术公开了一种太阳能光热涂层及其制备方法和基于涂层的太阳墙，太阳能光热涂层从下至上依次由基底、太阳能光热转化选择性吸收涂层、粘结层和超疏水涂层组成。涂层的制配方法包括：涂覆一层有机硅胶作为粘结层；涂覆一层超疏水涂层；在常温的温度下干燥得到超疏水太阳能光热涂层。基于涂层的太阳墙包括：太阳能光热涂层、支架外壳、冷空气进口和热空气出口；冷空气进口设置在太阳能光热涂层上；热空气出口设置在墙体上；太阳能光热涂层通过支架外壳安装在外墙体上；本发明专利技术的优点在于：具有自清洁功能，保证了太阳墙在户外长期使用时的集热效率；提高了涂层附着力、表面的耐磨性、性能和使用寿命。

A solar thermal coating and its preparation method and coating based solar wall

The invention discloses a solar photothermal coating and a preparation method thereof, and a solar wall based on coating. The solar thermal coating is composed of a substrate, a solar photothermal transformation, a selective absorbing coating, a bonding layer and a super hydrophobic coating. The coating method includes coating a layer of organic silica as the bonding layer, coating a super hydrophobic coating, and drying the super hydrophobic solar thermal coating at normal temperature. The coating of solar wall based on solar thermal coating, bracket shell, cold air inlet and a hot air outlet; the cold air inlet is arranged in the solar thermal coating; hot air outlet is arranged on the wall; the solar thermal coating is arranged on the outer shell body through a bracket; the invention has the advantages of self-cleaning function, ensure the heat collection efficiency of solar wall outdoors in a long period of time; improve the adhesion and wear resistance, performance and service life.

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能光热涂层及其制备方法和基于涂层的太阳墙
本专利技术涉及太阳能应用领域，特别涉及一种太阳能光热涂层及其制备方法还涉及基于该涂层的太阳墙。
技术介绍
太阳墙系统是一种与建筑结构融为一体的新型太阳能集热系统，它能够把被太阳加热的空气有组织地输送到室内，置换室内污浊空气，具有采暖和通风的双重功能。太阳墙系统核心组件是太阳墙板，它是在钢板或铝板表面镀上太阳能光热涂层，并在板上穿有许多微小孔缝，经过特殊设计和加工处理制成的，能最大限度地将太阳能转换成热能。我国最早对太阳墙的研究是基于传统的平板集热器，后来研究的是Trombe墙，但是这些集热系统都存在一些问题，即在外墙面上加玻璃盖板不但增加了成本，而且存在易碎、不易清洗、影响美观等问题；同时，玻璃盖板对入射太阳光的吸收和反射在一定程度上影响了集热效率。玻璃的折射率为1.5，在空气/玻璃界面会有8％的反射损失，同时，玻璃本身会对太阳光有一定的吸收作用。因此，如何减少或消除透明盖板对入射太阳光的吸收和反射是需要解决的问题之一。基于此，人们尝试着去除玻璃盖板直接使用镀有太阳能光热涂层的钢板或铝板，然而，在实际应用中，户外的环境十分恶劣，镀有太阳能光热涂层的钢板或铝板上会不断的有灰尘堆积，使得太阳能光热涂层的光热转换效率降低，进而影响了系统的集热效率，因此，如何减少表面灰尘的堆积，实现太阳墙的自清洁功能，是目前亟需解决的难题之一。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的缺陷，提供了一种太阳能光热涂层及其制备方法和基于涂层的太阳墙，能有效的解决上述现有技术存在的问题。为了实现以上专利技术目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种超疏水太阳能光热涂层，从下至上依次由基底、太阳能光热转化选择性吸收涂层、粘结层和超疏水涂层组成；所述的太阳能光热转化选择性吸收涂层在300～2500nm波段内对太阳的吸收率可达0.9以上；所述的超疏水涂层对水的接触角不低于150°，其用具有低表面能的氟硅烷或硅氧烷修饰过的氧化硅溶胶涂覆而成；所述的超疏水涂层选用正硅酸乙酯作为前驱体，氨水作为催化剂，乙醇作为溶剂，得到二氧化硅纳米球的溶胶，之后用低表面能的氟硅烷或硅氧烷进行修饰，得到超疏水型的溶胶；作为优选，正硅酸乙酯的体积百分比约为1％～10％，含氨30％的氨水溶液的体积百分比为1％～15％，无水乙醇的体积百分比为70～95％。作为优选，所述的超疏水涂层的氧化硅溶胶的颗粒尺寸为5nm～500nm。作为优选，所述的具有低表面能的氟硅烷的含氟基团的碳原子数≥4，硅氧烷的支链长度的含碳原子数≥4。作为优选，所述的粘结层的厚度为1nm～30nm。本专利技术还公开了超疏水太阳能光热涂层的制备步骤如下：S1：在清洁的铝基底太阳能光热转换选择性吸收涂层上采用喷涂、刮涂、旋涂或提拉的方式涂覆一层有机硅胶作为粘结层，静置1分钟～1小时；S2：再采用喷涂、刮涂、旋涂或提拉的方式涂覆一层超疏水型的SiO2溶胶作为超疏水涂层；S3：最后在常温～80℃的温度下干燥1分钟～2小时，即可得到超疏水太阳能光热涂层。进一步地，所述疏水型SiO2溶胶的制备方法如下：将正硅酸乙酯和含氨30％的氨水分别加入无水乙醇中，分别超声10min使其充分混合均匀，将分散均匀的正硅酸乙酯无水乙醇混合溶液加入到氨水无水乙醇混合溶液中，在常温下磁力搅拌1h；将制得的溶胶倒入烧杯中，常温下敞口磁力搅拌，使溶胶中的氨气除尽，以保证溶胶的稳定性。向得到的溶胶中加入质量比为1％的1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷，常温下磁力搅拌2h，得到疏水型的SiO2溶胶。进一步地，所述正硅酸乙酯和氨水的体积百分比均为5.83％。本专利技术还公开了一种基于超疏水太阳能光热涂层的太阳墙，包括：超疏水太阳能光热涂层、支架外壳、冷空气进口和热空气出口；所述的冷空气进口设置在超疏水太阳能光热涂层上；所述的热空气出口设置在墙体上；超疏水太阳能光热涂层通过支架外壳安装在外墙体上；所述太阳墙通过风循环方式为室内提供热空气，空气通过冷空气进口进入经过超疏水太阳能光热涂层将空气加热，在从热空气出口进入室内。进一步地，其风循环方式可以为被动式和主动式两种。进一步地，所述被动式太阳墙包括：超疏水太阳能光热涂层、墙体、冷空气进口、热空气出口、支架外壳；超疏水太阳能光热涂层通过支架外壳固定在朝南的墙体上，并且超疏水太阳能光热涂层上有许多小孔，作为冷空气进口，墙体上有洞作为热空气出口。进一步地，所述主动式太阳墙主要包括：超疏水太阳能光热涂层、墙体、冷空气进口、热空气出口、支架外壳、风机；超疏水太阳能光热涂层通过支架外壳固定在朝南的墙体上，并且超疏水太阳能光热涂层上有许多窄缝隙，作为冷空气进口，墙体上有洞作为热空气出口，风机位于热空气出口中。与现有技术相比本专利技术的优点在于：1.具有自清洁功能；超疏水涂层应用在选择性吸收层上，使得落在其表面的灰尘可以轻易的被雨水或自然风清除掉，从而可以保证了太阳墙在户外长期使用时的集热效率。2.粘结层的加入，提高了超疏水涂层与太阳能光热转化选择性吸收涂层之间的附着力，并且增加了表面的耐磨性，整体上提高了涂层的机械性能，延长了超疏水太阳能光热涂层的使用寿命。附图说明图1为本专利技术实施例超疏水太阳能光热涂层的结构示意图；图2为本专利技术实施例超疏水太阳能光热涂层的表面扫面电镜示意图；图3为本专利技术实施例超疏水太阳能光热涂层的5μL水滴的接触角示意图；图4为本专利技术实施例中免清洁型被动式太阳墙的示意图；图5为本专利技术实施例中免清洁型主动式太阳墙的示意图。附图标记说明：1、超疏水太阳能光热涂层，2、基底，3、太阳能光热转化选择性吸收涂层，4、粘结层，5、超疏水涂层，6、墙体，7、冷空气进口，8、热空气出口，9、支架外壳，10、风机。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本专利技术做进一步详细说明。如图1所示，一种超疏水太阳能光热涂层，从下至上依次由基底2、太阳能光热转化选择性吸收涂层3、粘结层4和超疏水涂层5组成；所示超疏水太阳能光热涂层的制备步骤如下：S1：在清洁的铝基底太阳能光热转换选择性吸收涂层上采用喷涂的方式涂覆一层有机硅胶作为粘结层，静置10分钟；S2：再采用喷涂的方式涂覆一层超疏水型的SiO2溶胶作为超疏水涂层；S3：最后在常温下干燥30分钟，即可得到超疏水太阳能光热涂层。其中疏水型SiO2溶胶的制备方法如下：将一定量的正硅酸乙酯和含氨30％的氨水分别加入一定量的无水乙醇中，分别超声10min使其充分混合均匀，将分散均匀的正硅酸乙酯无水乙醇混合溶液加入到氨水无水乙醇混合溶液中，在常温下磁力搅拌1h；将制得的溶胶倒入烧杯中，常温下敞口磁力搅拌，使溶胶中的氨气除尽，以保证溶胶的稳定性。向得到的溶胶中加入质量比为1％的1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷，常温下磁力搅拌2h，得到疏水型的SiO2溶胶。所述正硅酸乙酯和氨水的体积百分比均为5.83％。如图2所示，超疏水太阳能光热涂层的表面扫面电镜照片；如图3所示，为其表面的5μL水滴的接触角，接触角可达157°，即表面为超疏水状态。当灰尘落在其表面，可以通过雨水或自然风的方法将灰尘清除掉，从而实现了超疏水太阳能光热涂层的表面的自清洁功能，保证了其长期在户外应用时的集热效率。另外，此结构的涂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超疏水太阳能光热涂层，其特征在于：从下至上依次由基底、太阳能光热转化选择性吸收涂层、粘结层和超疏水涂层组成；所述的太阳能光热转化选择性吸收涂层在300～2500nm波段内对太阳的吸收率达0.9以上；所述的超疏水涂层对水的接触角不低于150°，超疏水涂层选用正硅酸乙酯作为前驱体，氨水作为催化剂，乙醇作为溶剂，得到二氧化硅纳米球的溶胶，之后用低表面能的氟硅烷或硅氧烷进行修饰，得到超疏水型的溶胶；所述溶胶的颗粒尺寸为5nm～500nm。

【技术特征摘要】
1.一种超疏水太阳能光热涂层，其特征在于：从下至上依次由基底、太阳能光热转化选择性吸收涂层、粘结层和超疏水涂层组成；所述的太阳能光热转化选择性吸收涂层在300～2500nm波段内对太阳的吸收率达0.9以上；所述的超疏水涂层对水的接触角不低于150°，超疏水涂层选用正硅酸乙酯作为前驱体，氨水作为催化剂，乙醇作为溶剂，得到二氧化硅纳米球的溶胶，之后用低表面能的氟硅烷或硅氧烷进行修饰，得到超疏水型的溶胶；所述溶胶的颗粒尺寸为5nm～500nm。2.根据权利要求1所述的一种超疏水太阳能光热涂层，其特征在于：所述正硅酸乙酯的体积百分比约为1％～10％，含氨30％的氨水溶液的体积百分比为1％～15％，无水乙醇的体积百分比为70～95％。3.根据权利要求1所述的一种超疏水太阳能光热涂层，其特征在于：所述具有低表面能的氟硅烷的含氟基团的碳原子数≥4，硅氧烷的支链长度的含碳原子数≥4。4.根据权利要求1所述的一种超疏水太阳能光热涂层，其特征在于：所述的粘结层的厚度为1nm～30nm。5.一种超疏水太阳能光热涂层的制备方法，其特征在于包括如下步骤：S1：在清洁的铝基底太阳能光热转换选择性吸收涂层上采用喷涂、刮涂、旋涂或提拉的方式涂覆一层有机硅胶作为粘结层，静置1分钟～1小时；S2：再采用喷涂、刮涂、旋涂或提拉的方式涂覆一层超疏水型的SiO2溶胶作为超疏水涂层；S3：最后在常温～80℃的温度下干燥1分钟～2小时，即可得到超疏水太阳能光热涂层。6.根据权利要求5所述的一种超疏水太阳能光热涂层的制备方法，其特征在于所述疏水型SiO2溶胶的制备方法如下：将正硅酸乙酯和含氨30％的氨水分别加入无水乙醇中，分别超声10min使其充分混合均匀，...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐刚，朱艳青，蒲泽伟，史继富，黄启章，吴敏，周国民，
申请(专利权)人：西藏自治区能源研究示范中心，中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：西藏,54