ES2230504T3 - Uso de un material de revestimiento superficial en colectores de plantas solares. - Google Patents
Uso de un material de revestimiento superficial en colectores de plantas solares.Info
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Abstract
Uso de un material de revestimiento superficial en colectores de plantas solares, en particular del tipo con espejos parabólicos lineales, consistiendo el material de revestimiento superficial en una estructura de múltiples capas que comprende una capa metálica inferior (1) que se refleja en el infrarrojo y una capa de material antirreflectante superior (4), entre las cuales se insertan dos capas de CERMET superior e inferior (2, 3) de un material cerámico metálico compuesto con distintas fracciones volumétricas del metal, en el que para asegurar unas buenas características mecánicas y ópticas, incluso a una temperatura de trabajo máxima de 580ºC aproximadamente, la matriz cerámica del CERMET está formada por dióxido de silicio amorfo (SiO2) y en que: - la capa de metal reflectora (1) presenta un espesor que oscila entre 95 y 110 nm; - la capa de CERMET inferior (2) presenta un espesor que oscila entre 70 y 80 nm y una fracción volumétrica del metal de 0, 45 a 0, 55; - la capa de CERMET superior (3) presenta un espesor que oscila entre 70 y 80 nm y una fracción volumétrica del metal entre 0, 15 y 0, 25; - la capa de material antirreflectante (4) presenta un espesor que oscila entre 65 y 75 nm; caracterizado en que la capa de CERMET inferior (2) presenta una fracción volumétrica del metal mayor que la capa de CERMET superior (3).
Description
Uso de un material de revestimiento superficial
en colectores de plantas solares.
La presente invención pertenece al sector de
plantas solares para la producción de energía y en particular a un
nuevo material para su uso como revestimiento superficial o
recubrimiento del elemento colector térmico (HCE) de una planta
solar, preferiblemente del tipo con espejos parabólicos lineales,
adaptados para funcionar a altas temperaturas.
Actualmente, los materiales apropiados para su
uso como revestimientos superficiales de los HCE solares son
aquéllos que se comportan de una manera selectiva respecto a la
radiación incidente, es decir, materiales cuyas propiedades ópticas
de reflexión, absorción y emisión semiesférica varían notablemente
con la longitud de onda de la radiación que va de la zona de
radiación del espectro solar a la zona de infrarrojo térmico. La
capa que se ha de formar debe tener un comportamiento posiblemente
cercano al ideal, es decir, con un índice de reflexión = 0
(capacidad de absorción unitaria) en la zona del espectro de
radiación solar y un índice de reflexión unitario (emisividad = 0)
en la zona del infrarrojo térmico con un paso gradual entre ambas
zonas.
Los materiales que se utilizan generalmente como
absorbedores solares son metales porosos, semiconductores
degradados y "CERMETS", que son materiales cerámico metálicos
compuestos en los que se dispersan partículas de metal en una
matriz cerámica.
En particular, los CERMETS son materiales que
cumplen los requisitos citados anteriormente ya que presentan una
elevada cresta de absorción en la zona del espectro solar y una
baja emisividad en la zona infrarroja térmica. El interés por estos
materiales compuestos comenzó en 1950, cuando Tabor, Gier y Dunkle
presentan sus primeros resultados acerca del uso de los CEMETS como
materiales de revestimiento para la absorción selectiva de la
radiación solar. De manera sucesiva, se han estudiado las
características de absorción selectiva de diversos materiales
compuestos, entre los cuales el Cu, Ni, Co, Pt, Cr, Mo, W, Al y Ag
fueron los materiales metálicos más utilizados, mientras que la
matriz cerámica estaba formada principalmente por SiO, SiO_{2},
Al_{2}O_{3}, AlN y MgO. Algunos de estos materiales se han
comercializado principalmente para llevar a cabo plantas
generadoras de energía (de pocos KW a algunas decenas de MW).
Los primeros materiales compuestos realizados
como absorbedores selectivos están formados por una capa de CERMET
que tienen una fracción metálica volumétrica homogénea, insertada
entre una capa de metal, que funciona como un reflector de
infrarrojos, y una capa de material antirreflectante que permite
una mejora de la absorción del espectro solar. T. S. Sathiaray y
otros han depositado en un substrato de Mo, 70 m de CERMET
Ni-Al_{2}O_{3} que tiene una fracción
volumétrica de Ni de 0,21 y lo han cubierto con 60 nm de SiO_{2}
antirreflectante. Esta estructura presentaba una absorción de 0,87
y un emisividad 0,07 a 100ºC. Se han realizado estructuras
similares y era posible de vez en cuando reducir la emisividad a
costa de unos valores de absorción inferiores, o mejorar la
absorción a costa de unos valores de emisividad más elevados.
En cualquier caso, los valores de absorción,
logrados mediante este tipo de estructura, no son lo
suficientemente elevados para ser utilizados para la realización de
los materiales de revestimiento para aparatos termoeléctricos;
además, cuando la temperatura de funcionamiento aumentaba por
encima de 300ºC, la emisividad aumentaba drásticamente produciendo
una degradación de los rendimientos de los revestimientos.
Se han realizado sucesivamente estudios sobre
revestimientos con estructuras más complejas, para intentar
conseguir absorciones superiores a 0,9 y emisividades tan bajas
como sea posible a altas temperaturas.
La primera estructura que se ha estudiado y
realizado era con un contenido de metal variable, dispersado en la
matriz cerámica. Varios trabajos realizados a partir del año 1977
presentaban las ventajas obtenidas insertando entre el reflector
metálico y la capa antirreflectante un CERMET que presentaba una
fracción volumétrica del metal que disminuye desde el reflector de
metal hacia la capa antirreflectante.
Los estudios realizados en estos años por I. T.
Ritche y B. Window han evidenciado que entre varios posibles
perfiles que revelan el contenido de metal en la matriz cerámica,
el lineal maximizaba la absorción solar.
Los estudios que siguieron, entre los cuales los
llevados a cabo por Qi-Chu Zhang, evidenciaron que
estos tipos de materiales, aunque presentaban la absorción más
elevada posible, mostraban un emisividad que aumentaba rápidamente
al aumentar la temperatura. Este aumento era debido a dos tipos de
efectos: la superposición de la longitud de onda del espectro solar
en el espectro re-irradiado desde el revestimiento,
que aumentaba al aumentar la temperatura; la selectividad de la
estructura del perfil continuamente variable, que no era tan
evidente en el paso de la zona de bajo índice de reflexión del
espectro solar a la zona de alto índice de reflexión. Para evitar
este comportamiento del perfil de CERMET continuamente variable a
altas temperaturas, Qi-Chu Zhang sugirió una
estructura alternativa que consistía en una serie de capas de
CERMET superpuestas, cada una con diferentes fracciones de volumen
de metal, insertadas entre un reflector metálico y una capa
antirreflectante. Por medio de una selección apropiada del
porcentaje volumétrico de metal en las capas de CERMET fue posible
modificar las propiedades selectivas de la capa desplazando la
transición entre la zona de alto índice de reflexión y la zona de
bajo índice de reflexión, de modo que se produjeron estructuras de
perfil lineal continuamente variable a través de la modificación de
la inclinación del perfil. En particular, Qi-Chu
Zhang sugirió realizar el revestimiento preferiblemente aumentando
la fracción volumétrica del metal desde la capa que se encuentra
en contacto con el metal hacia la que está en contacto con la capa
antirreflectante.
Finalmente, seleccionando el espesor de la capa
fue posible conseguir una transición más aguda entre el bajo índice
de reflexión en el espectro solar y el alto índice de reflexión en
el infrarrojo aprovechando los efectos beneficiosos de la
interferencia entre las señales reflejadas desde las distintas
capas. De este modo, a pesar de que esta estructura no era
apropiada para proporcionar unos valores de absorción comparables a
los de la estructura del perfil continuamente variable, era capaz
de garantizar unos rendimientos que mejoraban con el aumento de la
temperatura de funcionamiento del revestimiento.
Hasta hoy, ambas estructuras, es decir, las que
tienen el CERMET de múltiples capas y las que tienen un perfil
continuamente variable, se han utilizado en el sector comercial
para la realización de sistemas domésticos e industriales para aire
acondicionado, para la producción de energía y para la
desalinización de aguas saladas. Debe indicarse que, en general, la
temperatura de trabajo de las capas no supera los 400ºC, de manera
que los rendimientos de los sistemas son comparables entre sí,
independientemente de la estructura utilizada como
revestimiento.
Actualmente, entre las empresas comprometidas en
la producción de colectores solares para altas temperaturas, y por
lo tanto apropiados para ser utilizados para la generación de
energía, pueden citarse la empresa de Israel SOLEL Solar Systems
(anteriormente Luz International Limited) y la empresa China
TurboSun Energy Company. Los enfoques técnicos de dichas dos
empresas son totalmente distintos desde el punto de vista de la
configuración de la captación, pero sobre todo, desde el punto de
vista del tipo de CERMET empleado.
La empresa de Israel, que tiene ahora una
experiencia de veinte años desarrollada en plantas americanas, ha
concentrado su investigación y esfuerzos de producción en el CERMET
de perfil continuamente variable: en particular, la reciente
evolución del colector para plantas de concentración lineal
(LS-3) utiliza un CERMET formado por
Mo-Al_{2}O_{3}. Los valores de absorción y
emisión proporcionados por la firma SOLEL son respectivamente de
0,97 y 0,08 a 400ºC (la temperatura de trabajo se indica en
cualquier caso como igual a 380ºC). En cuanto a la empresa China,
la línea de desarrollo de sus productos está asociada al uso de
CERMETS de dos capas (desarrollado en cooperación con las
universidades de Pekín y Sydney). El producto tal como existe en la
actualidad en el mercado es un CERMET formado por
AlN-SS (acero inoxidable)/Cu, cuyas características
de funcionamiento, tal como las proporciona la compañía, son de
0,94-0,96 en cuanto a la capacidad de absorción
mientras que, en lo que se refiere al valor de emisividad, se
indica que es inferior a 0,10 a 350ºC.
Tal como claramente resulta del análisis
realizado justo ahora, uno de los mayores límites de los
revestimientos de CERMET tal como se conocen en la actualidad es el
valor de la temperatura máxima a la cual pueden trabajar con buenos
rendimientos. Un parámetro útil para comparar los rendimientos de
los concentradores solares de las plantas termoeléctricas es el
rendimiento de la conversión fototérmica (\eta_{pt}):
\eta _{pt} =
\alpha - \varepsilon _{h} \frac{\sigma
T^{2}}{CI}
donde \alpha es la capacidad de
absorción, \varepsilon_{h}, la emisividad, \sigma es la
constante de Stefan-Boltzmann, T es la temperatura
del revestimiento, I es la irradiancia del componente directo del
espectro solar calculado a AM 1,5, y C es el factor de
concentración (arco del espejo/circunferencia del colector). El
rendimiento de la conversión fototérmica se ha utilizado como
parámetro para comparar los rendimientos de los productos
comerciales a la temperatura, para la cual están diseñados, de
400ºC, y a la temperatura de 580ºC. En esta comparación, el
rendimiento se ha calculado con un factor de concentración de 26,
típico para plantas de espejos parabólicos lineales. Los
revestimientos comerciales que se han examinado son dos: el primero
realizado con una capa de CERMET de perfil continuamente variable y
el segundo realizado con dos capas de CERMET
homogéneas.
En ambos casos, en la comparación entre
temperaturas de trabajo medias y altas, el rendimiento de la
conversión disminuyó drásticamente al aumentar la temperatura,
pasando de 0,875 a 0,675 en el primer caso y de 0,905 a 0,715 en el
segundo caso.
El material de revestimiento de acuerdo con la
presente invención está adaptado para ser utilizado como
revestimiento para un colector solar, el cual se extiende
substancialmente a lo largo de la línea focal del concentrador y
alcanza una temperatura de 550ºC del fluido de salida.
En tales condiciones, el rendimiento
termoeléctrico de la planta recubierta de acuerdo con la invención
es más elevado que el del sistema termoeléctrico tal como se ha
realizado hasta la fecha, que trabaja a temperaturas inferiores
(< 400ºC) o utiliza calefactores adicionales convencionales del
fluido para conseguir una temperatura de trabajo óptima.
De acuerdo con la invención, la utilización de
temperaturas de fluido más elevadas permite conseguir unos elevados
rendimientos de la turbina, ya que no es necesario calentar el
fluido antes de su entrada en el rotor.
Para los usos, tal como se ha descrito
anteriormente, los CERMETS resultan ser los materiales más
versátiles y más resistentes a la temperatura, los cuales aseguran
unos buenos comportamientos en lo que se refiere a una alta
absorción del espectro solar y una baja emisividad en el
infrarrojo.
Además, la mayor parte de los colectores que
existen en el mercado no pueden utilizarse en una planta solar
termoeléctrica diseñada para funcionar a una temperatura máxima de
580ºC, ya que presentan problemas de estabilidad estructural y
mecánica. De hecho, debido a que dichos colectores conocidos están
diseñados para trabajar a una temperatura que es inferior a la
conseguida de acuerdo con la invención, sus características
mecánicas y estructurales podrían alterarse, y aun cuando no fuera
así, sería en todo caso necesario evaluar las propiedades del
revestimiento en las nuevas condiciones de temperatura.
De este modo, un primer objetivo de la invención
es realizar un material de revestimiento para tubos colectores que
presente una elevada estabilidad estructural y mecánica en toda la
gama de temperaturas de funcionamiento, que son mucho más elevadas
que las temperaturas de trabajo de los revestimientos conocidos
hasta la fecha, en especial entre 300ºC y 580ºC.
Un segundo objetivo de la invención es realizar
un material de revestimiento del tipo citado anteriormente,
apropiado para asegurar una alta capacidad de absorción en el
margen de radiación solar.
Un tercer objetivo de la invención es realizar un
material de revestimiento del tipo citado anteriormente, apropiado
para asegurar una baja emisividad a la temperatura de trabajo
máxima, preferiblemente de 580ºC, en una planta solar para la
producción de energía mediante una tecnología de espejos parabólicos
lineales.
Un cuarto objetivo de la invención es realizar un
material de revestimiento del tipo citado anteriormente, apropiado
para asegurar unos excelentes rendimientos en términos de una
elevada capacidad de absorción y una baja emisividad en todo el
intervalo de temperatura activa (300-580ºC) a lo
largo del colector lineal (el 0-600 m), que es la
posibilidad de producir un único tipo de material de revestimiento,
con evidentes ventajas tecnológicas y económicas en la fase de
producción.
De acuerdo con la invención, todo esto se ha
conseguido realizando un material de revestimiento de múltiples
capas de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende una capa
metálica inferior y una capa superior antirreflectante, entre las
cuales se disponen dos capas de un material compuesto cerámico
metálico o CERMET, con diferente fracción volumétrica del metal. En
particular, la matriz cerámica del CERMET consiste en dióxido de
silicio amorfo (SiO_{2}) y además, la capa de CERMET inferior
presenta una fracción volumétrica de metal mayor que la de la capa
de CERMET superior.
La invención se comprenderá mejor a partir de la
siguiente descripción de una realización preferida que se muestra a
modo de ejemplo no limitativo en los dibujos adjuntos, en los
cuales:
Las figuras nº 1A y 1B muestran estructuras
analizadas para un revestimiento de acuerdo con la invención, un
CERMET de perfil variable y un CERMET de doble capa,
respectivamente;
La figura nº 2 es un diagrama de un índice de
reflexión espectral de un revestimiento B de un CERMET de perfil
variable y de un revestimiento D de un CERMET de doble capa;
La figura nº 3 es un diagrama que muestra el
índice de reflexión espectral de un revestimiento C con una
emisividad inferior y de un revestimiento D con una capacidad de
absorción más alta, teniendo ambos un CERMET de doble capa;
La figura nº 4 es un diagrama que muestra la
emisividad semiesférica y el rendimiento de la conversión
fototérmica de la capa a lo largo del colector.
La presente invención parte de la necesidad de
disponer un nuevo material que presente unas propiedades selectivas
a la longitud de onda de la radiación solar que permita utilizarlo
como revestimiento para colectores del sistema de concentración
lineal de una planta solar termoeléctrica que trabaje a unas
temperaturas medias-altas.
En otras palabras, se trata de una nueva
estructura selectiva que asegura, a la temperatura de trabajo
máxima de la planta de 580ºC, unos rendimientos de conversión
fototérmica superiores a 0,8 para un factor de la concentración
solar de 26.
En la fase de investigación se han considerado
muchos materiales metálicos y cerámicos empleados en los sistemas
comerciales con propiedades estructurales y mecánicas estables a
altas temperaturas.
La figura nº 1 muestra dos tipologías
estructurales analizadas para un revestimiento. Ambas presentan una
capa de CERMET (23), con un perfil continuamente variable (figura
nº 1A) o con una capa doble (figura nº 1B), respectivamente,
insertadas entre una capa metálica (1) y una capa antirreflectante
(4).
De acuerdo con invención, se prefiere un CERMET
de doble capa respecto a un CERMET de múltiples capas ya que las
investigaciones han demostrado que a una mayor complejidad
estructural del CERMET, con más de dos capas, no le corresponde una
ventaja real en términos de comportamiento.
La investigación llevada a cabo sobre varias
estructuras ha demostrado que, entre las capas con comportamientos
comparables a altas temperaturas, que están formadas por molibdeno
y dióxido de silicio amorfo presentan la mejor combinación entre
costes de producción y estabilidad de las propiedades estructurales
y mecánicas a altas temperaturas.
En el caso del CERMET de SiO_{2} de perfil
lineal continuamente variable se han analizado unas 1200
estructuras y unas 400000 estructuras en el caso del CERMET de
doble capa.
En el primer caso se han variado los siguientes
parámetros:
- capa metálica (1) con un espesor de 100 a 150
nm;
- capa antirreflectante (4) con un espesor de 5 a
100 nm;
- capa de CERMET de perfil lineal continuamente
variable (23) con un espesor de 50 a 300 nm.
En el segundo caso (doble capa) el espesor del
metal se ha fijado en 100 nm, mientras que se han variado los
siguientes parámetros:
- capa de CERMET inferior (2) con un espesor de
40 a 80 nm;
- capa de CERMET inferior (2) con una fracción
volumétrica del metal de 0,3 a 0,9;
- capa de CERMET superior (3) con un espesor de
40 a 80 nm;
- capa de CERMET superior (3) con una fracción
volumétrica del metal de 0,1 a 0,6;
- capa antirreflectante (4) con un espesor de 40
a 80 nm.
En la fase de optimización de la estructura con
el CERMET de perfil lineal, se han aislado 123 estructuras que
tienen un rendimiento de conversión fototérmica superior a 0,78 a
una temperatura de 580ºC. Entre ellas, se han seleccionado
solamente dos estructuras: las que tienen el emisividad más baja
(revestimiento (A)) y las que tienen la absorción más alta
(revestimiento (B)).
La siguiente Tabla 1 muestra los parámetros
estructurales de estos dos revestimientos: d indica el espesor de
la capa y ff indica la fracción volumétrica del metal en la matriz
cerámica.
En la Tabla 2 se indican parámetros fototérmicos
de los dos revestimientos a una temperatura de 580ºC.
El revestimiento con CERMET de perfil variable
permite obtener, a una temperatura de 580ºC, unos mejores
rendimientos respecto a los de las estructuras homólogas que aquí
se han descrito disponibles en el mercado, pero desgraciadamente no
cumple el requisito, tal como se ha establecido en la fase de
diseño, de un rendimiento de conversión fototérmica mayor de
0.8.
Se ha llevado a cabo un procedimiento de
optimización análogo para el revestimiento que tiene una capa de
CERMET doble. En este caso, las estructuras se han seleccionado
para que tengan un rendimiento de conversión fototérmica a 580ºC
superior a 0,83 y una emisividad inferior a 0,07. Se seleccionan
solamente dos estructuras entre las 200 estructuras caracterizadas
tras esta primera selección, la primera con la emisividad más baja
(revestimiento (C)) y la segunda con la capacidad de absorción más
elevada (revestimiento (D)).
La Tabla 3 muestra los parámetros estructurales
de estas dos capas, mientras que la Tabla 4 muestra los parámetros
fototérmicos. En este caso, el revestimiento tiene la capa de
CERMET doble consigue cumplir el requisito inicial y sus
rendimientos son considerablemente mayores que las estructuras
similares conocidas actualmente.
A partir de una comparación entre los
revestimientos (A) y (B) que tienen un perfil lineal y los
revestimientos homólogos (C) y (D) con una capa de CERMET doble, es
inmediatamente evidente que los rendimientos de los últimos dos
revestimientos son mayores que los de los primeros. La razón de
ello resulta claramente de la figura nº 2, en la que el índice de
reflexión espectral del revestimiento (B) con el CERMET de perfil
lineal se superpone al del revestimiento (D) con la capa de CERMET
doble: a pesar de que las dos capas tienen la misma capacidad de
absorción, las emisividades son muy diferentes debido a una menor
inclinación de la transición entre la zona del espectro solar y la
zona de infrarrojo térmico en el caso del CERMET de perfil
variable. Este resultado es perfectamente congruente con las
afirmaciones que se han expuesto aquí anteriormente. Para una mayor
claridad, en la figura nº 2, se indica también el índice de
reflexión de una capa ideal a la temperatura de 580ºC.
Otra observación que podría hacerse con respecto
a las estructuras con un CERMET de perfil variable es que dichas
estructuras permiten conseguir un valor de capacidad de absorción
superior al las otras estructuras: de hecho, entre las estructuras
analizadas existe una que tiene un valor de capacidad de absorción
de 0,948.
Pero desgraciadamente, la elevada capacidad de
absorción de esta estructura contrasta con un rendimiento de
conversión fototérmica muy bajo (0,75) debido a una alta emisividad
(0,13). También este resultado está de acuerdo con las afirmaciones
expuestas anteriormente.
La próxima etapa era la de llevar a cabo una
selección entre el revestimiento (C) y el revestimiento (D). En la
figura nº 3 se muestran dos curvas del índice de reflexión
espectral, cuya forma es similar y cercana a la del índice de
reflexión ideal.
Ambos revestimientos se han optimizado para
trabajar a la temperatura de 580ºC. De este modo, a una temperatura
inferior, el rendimiento de la eficacia de la conversión fototérmica
de los mismos es mayor, debido a que la capacidad de absorción
queda constante y la emisividad disminuye. Sin embargo, debido a
que la emisividad del revestimiento (D) disminuye más rápidamente
respecto al revestimiento (C), es aconsejable seleccionar el
revestimiento (D) para conseguir mejores rendimientos a
temperaturas inferiores. La figura nº 4 muestra la emisividad
semiesférica y el rendimiento de la conversión fototérmica del
revestimiento (D) en función de la temperatura, que varía de 300ºC
a 580ºC a la entrada y a la salida colector lineal,
respectivamente.
Para terminar la optimización de la capa de
acuerdo con la invención, se ha evaluado la ventaja que podría
obtenerse si en lugar de un único revestimiento, optimizado a la
temperatura máxima del colector lineal, se realizan más capas, cada
una optimizada para las diferentes temperaturas que el colector
lineal alcanza a lo largo de su longitud. Este colector es
preferiblemente de 600 m de largo y ha sido dividido en tres
partes: 0-200 m; 200-400 m y
400-600 m, con el fin de llevar a cabo una
comparación entre los rendimientos fototérmicos del revestimiento
(D) a las temperaturas máximas de 390, 490 y 580ºC de cada sector,
respectivamente, y las de los tres revestimientos, cada uno
optimizado para una de las temperaturas máximas (primer sector a
390ºC, segundo sector a 490ºC y tercer sector a 580ºC). La
siguiente Tabla 5 muestra la capacidad de absorción, la emisividad
y el rendimiento de la conversión fototérmica de cada uno de los
tres revestimientos en comparación con los valores homólogos del
revestimiento (D).
Tal como puede apreciarse, la diferencia entre
los parámetros fototérmicos es tan pequeña que no justifica la
configuración de procesos tecnológicos diferentes para realizar
revestimientos optimizados para las diferentes temperaturas
alcanzadas a lo largo del colector lineal.
Antes de concluir, sería útil indicar que la
realización del material de revestimiento, tal como se ha descrito
hasta ahora, puede realizarse a través de una de muchas técnicas de
deposición conocidas que se han desarrollado para producir capas de
CERMET delgadas: desde la galvanotecnia hasta la deposición química
en fase de vapor (CVD), desde la co-evaporación a
la co-pulverización iónica.
Desde el punto de vista comercial, en los últimos
diez años la co-pulverización iónica ha demostrado
ser la técnica más fiable para la realización de estructuras
cerámico metálicas a gran escala con excelentes rendimientos y
costes de producción limitados. Esta técnica dispone el uso de
procesos de pulverización por bombardeo de iones ("magnetron
sputtering") con alimentación por CC para el molibdeno y RF
para el dióxido de silicio amorfo.
De este modo, la citada técnica de deposición
podría ser actualmente la preferida para formar el material de
revestimiento de acuerdo con la invención.
Podría ser de interés indicar que, teniendo en
cuenta que ha sido concebido para un colector solar de un sistema
de concentración que está destinado a trabajar a temperaturas
superiores que las de las plantas realizadas hasta ahora, la
elección del material y el diseño de la estructura del propio
revestimiento han sido condicionados por la elevada
temperatura.
Finalmente, las peculiaridades de la invención
pueden resumirse en que consiste en un revestimiento, selectivo en
longitud de onda de la radiación solar, formado por una capa de
CERMET doble (2) y (3) insertada entre la capa metálica de
reflexión (1) y la capa antirreflectante (4). Dicho revestimiento
presenta una estabilidad estructural y mecánica hasta 580ºC, tiene
una elevada capacidad de absorción en el margen de radiación solar
y una baja emisividad a 580ºC.
Además, la absorción y la emisividad semiesférica
de acuerdo con la invención son totalmente comparables con las de
una estructura optimizada para distintas temperaturas alcanzadas a
lo largo del colector lineal.
De este modo, el revestimiento superficial tal
como ha propuesto la invención asegura unos excelentes
rendimientos, comparables a los de los productos comerciales, pero
a temperaturas nunca alcanzadas anteriormente en sistemas
parabólicos lineales.
Otro nuevo aspecto de la invención consiste en el
uso de molibdeno y dióxido de silicio amorfo para formar
revestimientos superficiales que tienen excelentes rendimientos
hasta la temperatura de 580ºC.
Además, otra ventaja económica no despreciable de
la invención es un coste limitado del material que forma la
estructura: estructuras similares, tales como por ejemplo las de
molibdeno y aluminio aseguran una notable estabilidad a altas
temperaturas, pero con el coste del aluminio, que es mucho más
elevado que el del dióxido de silicio amorfo.
La siguiente Tabla muestra, a modo de ejemplo, el
espesor \alpha y las fracciones volumétricas del metal ff de las
capas del revestimiento.
La presente invención se ha descrito e ilustrado
con referencia a su realización preferida, pero es evidente que un
experto en la materia podría introducir cambios y/o sustituciones
equivalentes funcionalmente y/o técnicamente, sin apartarse del
ámbito de protección de la presente invención.
Claims (5)
1. Uso de un material de revestimiento
superficial en colectores de plantas solares, en particular del
tipo con espejos parabólicos lineales, consistiendo el material de
revestimiento superficial en una estructura de múltiples capas que
comprende una capa metálica inferior (1) que se refleja en el
infrarrojo y una capa de material antirreflectante superior (4),
entre las cuales se insertan dos capas de CERMET superior e
inferior (2,3) de un material cerámico metálico compuesto con
distintas fracciones volumétricas del metal, en el que para
asegurar unas buenas características mecánicas y ópticas, incluso a
una temperatura de trabajo máxima de 580ºC aproximadamente, la
matriz cerámica del CERMET está formada por dióxido de silicio
amorfo (SiO_{2}) y en que:
- la capa de metal reflectora (1) presenta un
espesor que oscila entre 95 y 110 nm;
- la capa de CERMET inferior (2) presenta un
espesor que oscila entre 70 y 80 nm y una fracción volumétrica del
metal de 0,45 a 0,55;
- la capa de CERMET superior (3) presenta un
espesor que oscila entre 70 y 80 nm y una fracción volumétrica del
metal entre 0,15 y 0,25;
- la capa de material antirreflectante (4)
presenta un espesor que oscila entre 65 y 75 nm;
caracterizado en que la capa de CERMET
inferior (2) presenta una fracción volumétrica del metal mayor que
la capa de CERMET superior (3).
2. Uso de un material de revestimiento según la
reivindicación 1, caracterizado en que la capa de metal
inferior (1) está formada por molibdeno, la capa de CERMET inferior
(2) está formada por una matriz cerámica que consiste en un dióxido
de silicio amorfo en el que el molibdeno está dispersado a un
fracción volumétrica superior que la de la capa de CERMET adyacente
(3) y la capa de material antirreflectante superior (4) consiste en
dióxido de silicio amorfo.
3. Uso de un material de revestimiento según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
en que tiene una temperatura de trabajo entre 300ºC y 580ºC, de
manera que se consigue una temperatura máxima de aproximadamente
550ºC para el fluido de trabajo.
4. Uso de un material de revestimiento según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
en que la capa de material de reflexión (1) consiste en molibdeno
(Mo) y tiene un espesor de 100 nm; la capa de CERMET inferior
presenta un espesor de 75 nm y está formada por una matriz de
dióxido de silicio (SiO_{2}), en la que el molibdeno está
dispersado a un fracción volumétrica de 0,5; la capa de CERMET
superior presenta un espesor de 75 nm y consiste en una matriz de
dióxido de silicio (SiO_{2}), en la que el molibdeno (Mo) está
dispersado a un fracción volumétrica de 0,2 y la capa de material
antirreflectante (4) está formada por un dióxido de silicio amorfo
(SiO_{2}) y tiene un espesor de 70 nm.
5. Uso de un material de revestimiento según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
en que para una temperatura de trabajo de 580ºC tiene una capacidad
de absorción de \alpha = 0,93, una emisividad \varepsilon_{h}
que oscila entre 0,065 y 0,081 y un rendimiento de conversión
fototérmica que oscila entre 0,835 y 0,810.
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