ES2816348T3 - Miembro de conversión solar-térmica, pila de conversión solar-térmica, dispositivo de conversión solar-térmica y dispositivo de generación de energía solar-térmica - Google Patents

Miembro de conversión solar-térmica, pila de conversión solar-térmica, dispositivo de conversión solar-térmica y dispositivo de generación de energía solar-térmica Download PDF

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Takuhito Tsutsui
Kazuto Noritake
Toru Sasatani
Norihito Takeuchi
Takayuki Homma
Yoshiki Okuhara
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Abstract

Un dispositivo de conversión de luz solar en calor que comprende: una parte de recolección de luz; uno o ambos de un recipiente y una trayectoria de flujo donde la luz es recolectada por la parte de recolección de luz; y un medio calefactor alojado en uno o ambos del recipiente y la trayectoria de flujo, en el que está formada una pila de conversión de luz solar en calor (1) sobre una superficie de uno o ambos del recipiente y la trayectoria de flujo, comprendiendo dicha pila de conversión de luz solar en calor (1): un miembro de conversión de luz solar en calor que tiene la forma de una capa (4) y una capa metálica (2) que es una capa de reflexión infrarroja que refleja la luz de radiación térmica, caracterizado porque el miembro de conversión de luz solar en calor contiene siliciuro de cromo que tiene una relación de elementos de Cr a Si de 1:1,6 a 1:4,7.

Description

DESCRIPCIÓN
Miembro de conversión solar-térmica, pila de conversión solar-térmica, dispositivo de conversión solar-térmica y dispositivo de generación de energía solar-térmica
Campo técnico
Esta invención se refiere a un dispositivo de conversión de luz solar en calor y a un dispositivo de generación de energía solar.
Antecedentes de la técnica
Es conocido un dispositivo de generación de energía solar que convierte la luz solar en calor y genera energía por el uso del calor resultante. En este dispositivo, la luz solar es recolectada por una parte de recolección de luz. Un medio calefactor (tal como aceite, sal disuelta o sodio disuelto) en uno o ambos de un recipiente y una trayectoria de flujo es calentado con la luz solar recolectada. Luego, un generador de energía usa la energía térmica del medio calefactor calentado para generar energía. Por lo tanto, en términos de mejorar la eficiencia en la conversión de la luz solar en calor (que conduce a una mejora de la eficiencia en la generación de energía), ha sido examinada la formación de un miembro tal como un miembro que convierte la luz solar en calor (de aquí en adelante en la presente memoria, un miembro de conversión de luz solar en calor) en una superficie de ya sea uno o ambos del recipiente y la trayectoria de flujo y la facilitación de la calefacción del medio calefactor con la luz solar recolectada por el miembro de conversión de luz solar en calor.
Por ejemplo, el documento EP 1397622 A1 sugiere el uso de una capa de cermet como el miembro de conversión de luz solar en calor. El cermet mencionado en la presente memoria es un material que combina cerámica y metal. El documento JP S57-55363 A sugiere el uso de un material laminar como el elemento de conversión de luz solar en calor provisto con revestimiento selectivo en un lado y revestimiento radioactivo en el lado opuesto.
El documento US 2012/0180783 A1 sugiere el uso de un revestimiento fabricado con metal y que de manera opcional contenga una o más sustancias adicionales, incluido un siliciuro de cromo.
El documento US 2010/313875 A1 sugiere el uso de un revestimiento selectivo solar que tiene una pluralidad de capas de material absorbente solar que comprende al menos un óxido de metal, nitruro u oxinitruro refractario y una pluralidad de capas de material reflectante infrarrojo que comprende al menos un siliciuro, boruro o carburo de metal, cubierto con al menos una capa de material antirreflectante solar que comprende al menos una capa de un óxido de metal refractario y al menos una capa de sílice. CrSi2 es un ejemplo del siliciuro de metal refractario.
Divulgación de los problemas de la invención a ser resueltos por la invención
Sin embargo, incluso los miembros convertidores convencionales de luz solar en calor mencionados con anterioridad no son capaces de lograr una eficiencia suficiente para convertir la luz solar en calor. Por lo tanto, se ha deseado intensamente facilitar la calefacción de un medio calefactor con luz solar recolectada y convertir la luz solar en calor de manera más eficiente.
Esta invención ha sido llevada a cabo para resolver el problema mencionado con anterioridad. Es un objeto de esta invención proporcionar un dispositivo de conversión de luz solar en calor que pueda convertir la luz solar en calor de manera eficiente.
También es un objeto de esta invención proporcionar un dispositivo de generación de energía solar de alta eficiencia en la generación de energía.
Medios para resolver los problemas
Como resultado de un estudio serio llevado a cabo por los presentes inventores con la intención de resolver el problema mencionado con anterioridad, los presentes inventores han encontrado que el siliciuro de cromo que tiene una relación de elementos de Cr a Si dentro de un intervalo dado exhibe características adecuadas para su uso en un miembro de conversión de luz solar a calor, para de ese modo completar esta invención.
La presente invención resuelve el problema mencionado con anterioridad por medio del suministro de un dispositivo de conversión de luz solar en calor como es definido en la reivindicación 1.
Los desarrollos adicionales del dispositivo de conversión de luz solar en calor son expuestos en las reivindicaciones dependientes 2 a 6.
La presente invención también proporciona un dispositivo de generación de energía solar como es definido en la reivindicación 7.
Efectos de la invención
Esta invención es capaz de proporcionar un dispositivo de conversión de luz solar en calor que puede convertir la luz en calor de manera eficiente.
Esta invención también es capaz de proporcionar un dispositivo de generación de energía solar de alta eficiencia en la generación de energía.
Breve descripción de los dibujos
La Fig. 1 es un gráfico que muestra el espectro de luz solar y el espectro de luz de radiación térmica.
La Fig. 2 es una vista en sección de una pila de conversión de luz solar en calor de una realización.
La Fig. 3 es una vista en sección de una pila de conversión de luz solar en calor del Ejemplo 1.
La Fig. 4 es un gráfico que muestra las características de absorción de la pila de conversión de luz solar en calor del Ejemplo 1.
La Fig. 5 es un gráfico que muestra la difracción de rayos X de una capa de siliciuro de cromo en la pila de conversión de luz solar en calor del Ejemplo 1.
La Fig. 6 es una vista en sección de una pila de conversión de luz solar en calor del Ejemplo 2 que incluye una capa hecha de un material combinado de siliciuro de cromo y SiO2.
La Fig. 7 es una vista en sección de una pila de conversión de luz solar en calor del Ejemplo 2 usada para comparación.
La Fig. 8 es un gráfico que muestra las características de absorción de una pila de conversión de luz solar en calor del Ejemplo 2.
Mejor modo para llevar a cabo la invención
Un miembro de conversión de luz solar en calor para esta invención contiene siliciuro de cromo que tiene una relación de elementos de Cr a Si de 1:1,6 a 1:4,7. El uso de siliciuro de cromo que tiene una relación de elementos de Cr a Si en este intervalo hace posible controlar las longitudes de onda en un punto cambiante entre la absorción y la no absorción de luz, mientras se mantiene una pendiente pronunciada de capacidad de absorción en el punto de cambio.
Es preferente que el siliciuro de cromo contenga CrSi2 como componente principal que es uno de varios tipos de siliciuro de cromo (incluidos CrSi, Cr5S¡3, Cr3Si, CrSi2, por ejemplo). El “componente principal” mencionado en esta memoria descriptiva es un componente con el contenido más alto en una composición que contiene diversos componentes. Las características ópticas de CrSh son tales que CrSh tiene una alta capacidad de absorción a la luz visible de una longitud de onda de unos cientos de nanómetros y una baja capacidad de absorción a la luz infrarroja de una longitud de onda de unos miles de nanómetros.
La Fig. 1 muestra el espectro de luz solar y el espectro de luz de radiación térmica. Como es mostrado en la Fig. 1, el espectro de luz de la luz solar se expande con respecto a un intervalo de luz visible de una longitud de onda de unos cientos de nanómetros como centro. Por el contrario, el espectro de luz de la radiación térmica a una temperatura de varios cientos de °C (de 200 a 600 °C, por ejemplo), a la que debe ser expuesto el elemento de conversión de luz solar a calor, se expande con respecto a un intervalo infrarrojo de una longitud de onda de unos miles de nanómetros como centro.
En general, el factor de radiación de la radiación térmica corresponde a la capacidad de absorción de la luz de radiación térmica. Para reducir la disipación de calor provocada por la radiación térmica, se debe reducir la capacidad de absorción de la luz de radiación térmica.
Por lo tanto, para obtener un miembro de conversión de luz solar en calor que tenga una alta capacidad de absorción a la luz solar mientras se reduce la disipación de calor provocada por la radiación térmica, debe ser aumentada la capacidad de absorción a la luz visible de una longitud de onda de varios cientos de nanómetros, mientras que debe ser reducida la capacidad de absorción a la luz infrarroja de una longitud de onda de varios miles de nanómetros.
A este respecto, el miembro de conversión de luz solar en calor para esta invención de manera selectiva contiene siliciuro de cromo (CrSh) que tiene las características ópticas mencionadas con anterioridad. Esto permite que la absorción de la luz solar se expanda con respecto a un intervalo de luz visible de longitudes de onda de unos cientos de nanómetros como centro, al tiempo que dificulta la absorción de la luz de radiación térmica que se expande con respecto a un intervalo infrarrojo de una longitud de onda de unos miles de nanómetros como un centro.
El miembro de conversión de luz solar en calor para esta invención exhibe un cambio abrupto entre la absorción y no absorción de luz en un intervalo de longitud de onda de 1000 a 2480 nm. Esto permite una absorción eficiente de la luz solar mientras que es suprimida la disipación de calor provocada por la radiación térmica de un medio calefactor. Como resultado, la luz solar puede ser convertida en calor de manera eficiente. Si la capacidad de absorción de la luz se inclina suavemente en este intervalo de longitud de onda, por lo que no se produce un cambio brusco entre la absorción y la no absorción de la luz, es reducida la capacidad de absorción de la luz solar y aumenta el factor de radiación térmica, lo que aumenta la pérdida de energía térmica.
El miembro de conversión de luz solar en calor puede contener solo siliciuro de cromo. Alternativamente, el miembro de conversión de luz solar en calor además puede contener un material diferente al siliciuro de cromo. Específicamente, el miembro de conversión de luz solar en calor puede estar hecho solo de siliciuro de cromo o un material combinado (material compuesto) de siliciuro de cromo y un material distinto de siliciuro de cromo.
Puede ser usada una sustancia dieléctrica transparente como el material diferente a siliciuro de cromo usado en el material combinado. La producción del material combinado de siliciuro de cromo y la sustancia dieléctrica transparente permite el control de las características del miembro de conversión de luz solar a calor, tal como el índice de refracción. Un material a ser usado como sustancia dieléctrica transparente no está limitado en particular, pero puede ser un material conocido públicamente en un campo técnico pertinente. Los ejemplos de la sustancia dieléctrica transparente incluyen SiO2, AhO3 y AIN, de los cuales SiO2 es preferente en términos de reducción de la reflexión de la luz. Al igual que el siliciuro de cromo como sustancia simple, un material combinado de ejemplo de siliciuro de cromo y SiO2 exhibe una pendiente pronunciada en el punto cambiante de la absorción a la luz. Por lo tanto, este material combinado tiene una alta capacidad de absorción de la luz solar y reduce la disipación de calor provocada por la radiación térmica.
Si ha de ser usado el material combinado, el contenido de siliciuro de cromo en el material combinado no está limitado en particular. Este contenido puede ser 10% en volumen o más, 20% en volumen o más, 30% en volumen o más, 40% en volumen o más, 50% en volumen o más, 60% en volumen o más, 70% en volumen o más, 80% en volumen o más, 90% en volumen o más, o 95% en volumen o más, por ejemplo.
De acuerdo con la invención, el miembro de conversión de luz solar en calor tiene la forma de una capa.
De acuerdo con la presente invención, el espesor de la capa no está limitado en particular si está dentro de un intervalo en el que puede ser logrado el efecto de esta invención que preferentemente puede ser de 1 nm a 10 nm, más preferentemente, de 5 nm a 100 nm.
Un procedimiento para la fabricación del miembro de conversión de luz solar en calor que no forma parte de la presente invención no está limitado en particular y puede ser un procedimiento conocido públicamente en un campo técnico pertinente. Como ejemplo, la deposición física de vapor (PVD), en particular la pulverización catódica, puede ser usada para la fabricación del elemento de conversión de luz solar en calor.
Una pila de conversión de luz solar en calor para esta invención tiene una capa del miembro de conversión de luz solar en calor mencionado con anterioridad y una capa metálica. Puede ser formada una capa dieléctrica transparente sobre la capa del miembro de conversión de luz solar a calor. Además, la capa dieléctrica transparente puede ser formada entre la capa metálica y la capa del miembro de conversión de luz solar a calor.
La pila de conversión de luz solar en calor de una realización es descrita a continuación en detalle con referencia a los dibujos.
La Fig. 2 es una vista en sección de la pila de conversión de luz solar en calor de esta realización. Con referencia a la Fig. 2, una pila de conversión de luz solar en calor 1 tiene una capa metálica 2, una capa dieléctrica transparente 3 formada en la capa metálica 2, y una capa 4 del miembro de conversión de luz solar en calor mencionado con anterioridad formado en la capa dieléctrica transparente 3. La capa dieléctrica transparente 3 está formada de manera adicional en la capa 4 del miembro de conversión de luz solar a calor.
La pila de conversión de luz solar en calor 1 de la estructura mencionada con anterioridad tiene la capa 4 del miembro de conversión de luz solar en calor que exhibe un cambio abrupto entre absorción y no absorción de luz en un intervalo de longitud de onda de 1000 a 2480 nm y puede absorber la luz solar de manera eficiente mientras suprime la disipación de calor provocada por la radiación térmica de un medio calefactor. Por lo tanto, la luz solar puede ser convertida en calor de manera eficiente.
La capa metálica 2 es una capa de reflexión infrarroja que refleja la luz de radiación térmica. La capa metálica 2 no está en particular limitada y puede ser una capa conocida públicamente en un campo técnico pertinente. Los ejemplos de la capa metálica 2 incluyen capas de molibdeno (Mo), capas de tungsteno (W), capas de plata (Ag), capas de oro (Au) y capas de cobre (Cu), de las cuales las capas de molibdeno (Mo) son preferidas en términos de asistencia a la absorción de la luz solar mientras que refleja la radiación térmica.
El espesor de la capa metálica 2 no está limitado en particular si está dentro de un intervalo en el que puede ser logrado el efecto de esta invención que preferentemente puede ser de 10 a 500 nm.
La capa dieléctrica transparente 3 formada en la capa metálica 2 es una capa con el propósito de expandir el intervalo de longitud de onda en el que la luz es absorbida por el uso del efecto de interferencia. La capa dieléctrica transparente 3 no está en particular limitada y puede ser una capa conocida públicamente en un campo técnico pertinente. Los ejemplos de la capa dieléctrica transparente 3 incluyen capas de SiO2, capas de AhO3, capas de AIN y capas de Cr2O3.
El espesor de la capa dieléctrica transparente 3 formada en la capa metálica 2 no está limitado en particular si está dentro de un intervalo en el que puede ser logrado el efecto de esta invención que preferentemente puede ser de 1 a 500 nm.
La capa 4 del miembro de conversión de luz solar en calor formada en la capa dieléctrica transparente 3 es una capa absorbente de luz solar que puede absorber la luz solar de manera eficiente mientras suprime la disipación de calor provocada por la radiación térmica de un medio calefactor (específicamente, sin absorber luz de radiación térmica), como fue descrito con anterioridad.
El espesor de la capa 4 del miembro de conversión de luz solar en calor no está limitado en particular si está dentro de un intervalo en el que puede ser logrado el efecto de esta invención que preferentemente puede ser de 5 a 100 nm.
La capa 4 del miembro de conversión de luz solar en calor puede ser formada como una sola capa o como capas múltiples que incluyen las capas 4 de miembros de conversión de luz solar en calor de diferentes tipos.
Cualquier capa dieléctrica transparente 3 formada en la capa 4 del miembro de conversión de luz solar en calor es una capa antirreflectante para la luz solar. Esta capa dieléctrica transparente 3 puede ser la misma que la capa dieléctrica transparente 3 formada en la capa metálica 2.
Si bien el espesor de la capa dieléctrica transparente 3 formada en la capa 4 del miembro de conversión de luz solar en calor no está limitado en particular si está dentro de un intervalo en el que puede ser logrado el efecto de esta invención, preferentemente es de 10 a 500 nm.
Un dispositivo de conversión de luz solar en calor de esta invención incluye una parte de recolección de luz, uno o ambos de un recipiente y una trayectoria de flujo en los cuales la parte de recolección de luz recolecta la luz solar, y un medio calefactor alojado en uno o ambos del recipiente y la trayectoria de flujo. La pila de conversión de luz solar en calor mencionada con anterioridad está formada en una superficie de uno o ambos del recipiente y la trayectoria de flujo.
En el dispositivo de conversión de luz solar en calor de la estructura mencionada con anterioridad, la luz solar es recolectada en uno o ambos del recipiente y la trayectoria de flujo por la parte de recolección de luz y el medio calefactor en una o ambas del recipiente y la trayectoria de flujo es calentado con la luz solar recolectada. La pila de conversión de luz solar en calor que puede absorber la luz solar de manera eficiente al mismo tiempo que suprime la disipación de calor provocada por la radiación térmica de uno o ambos del recipiente y la trayectoria de flujo que aloja el medio calefactor calentado es formada en una superficie de uno o ambos del recipiente y la trayectoria de flujo. Por lo tanto, la luz solar puede ser convertida en calor de manera eficiente.
El dispositivo de conversión de luz solar en calor de esta invención puede ser usado para calentar el medio calefactor a una temperatura de 300 a 1100 °C, preferentemente de 400 a 1000 °C, más preferentemente de 400 a 900 °C.
La parte de recolección de luz usada en el dispositivo de conversión de luz solar en calor de esta invención no está en particular limitada y puede ser una parte de recolección de luz conocida públicamente en un campo técnico pertinente. Los ejemplos de una parte de recolección de luz usable incluyen partes de recolección de luz de tipos de plato parabólico, tipos de torre solar, tipos de cilindro parabólico, tipos de Fresnel y tipos lineales de Fresnel.
Cualquiera o ambos del recipiente y la trayectoria de flujo usados en el dispositivo de conversión de luz solar en calor de esta invención no están limitados en particular a condición de que uno o ambos del recipiente y la trayectoria de flujo puedan alojar el medio calefactor. Los ejemplos de uno o ambos del recipiente y la trayectoria de flujo incluyen una tubería.
Un dispositivo de generación de energía solar de esta invención tiene el dispositivo de conversión de luz solar en calor mencionado con anterioridad y un generador de energía. El dispositivo de generación de energía solar provoca que el dispositivo de conversión de luz solar en calor caliente el medio calefactor en uno o ambos del recipiente y la trayectoria de flujo y genera energía al provocar que el generador de energía use la energía térmica del medio calefactor calentado.
El dispositivo de generación de energía solar de la estructura mencionada con anterioridad tiene un dispositivo de conversión de luz solar en calor que puede convertir la luz solar en calor de manera eficiente. Por lo tanto, el dispositivo de generación de energía solar a ser proporcionado alcanza una alta eficiencia en la generación de energía.
El generador de energía usado en el dispositivo de generación de energía solar de esta invención no está limitado en particular a condición de que pueda convertir calor en electricidad. Los ejemplos del generador de energía incluyen un generador de energía que puede generar energía al provocar que un medio de evaporación tal como el agua o el amoníaco sea evaporado por el uso del medio calefactor calentado, para rotar una turbina de vapor con el vapor resultante de la evaporación.
Ejemplos
A continuación, esta invención es descrita en detalle con referencia a ejemplos y un ejemplo comparativo. Sin embargo, esta invención no está limitada a estos ejemplos.
Las características de una pila de conversión de luz solar en calor fueron obtenidas por medio de la aproximación de múltiples capas basada en una constante óptica (n, k). El valor de una constante óptica conocida de cada capa puede ser obtenido de la literatura. En un caso en el que la constante óptica no estaba clara, fue obtenida por medio de la producción real de una película de una sola capa y la medición o el cálculo de la constante óptica (n, k) de cada capa requerida para la aproximación de múltiples capas.
Ejemplo 1
Las características de absorción de una pila de conversión de luz solar en calor que tiene una estructura mostrada en la Fig. 3 fueron obtenidas por medio de aproximación de múltiples capas. Para producir una película de una sola capa que será usada para medir una constante óptica, fue usado vidrio de cuarzo como sustrato (30 mm de longitud, 20 mm de ancho y 1 mm de espesor). La temperatura del sustrato fue ajustada a temperatura ambiente y varias películas de una sola capa fueron depositadas por pulverización catódica. Después de la deposición, las películas de una sola capa fueron recocidas durante una hora a una temperatura de 600 a 800 °C en un horno de vacío. La pulverización catódica fue llevada a cabo en una atmósfera de Ar (caudal de 20 sccm y presión de 0,4 Pa).
Para la formación de una capa de SiO2, fue generado plasma por el uso de un objetivo de SiO2 y una fuente de corriente de alta frecuencia (RF) con una potencia de pulverización catódica de 200 W. Para la formación de una capa de siliciuro de cromo, fue generado plasma por el uso de un objetivo de Cr, un objetivo de Si, y una fuente de energía de corriente continua (CC). Las capas de siliciuro de cromo que tienen diferentes proporciones de elementos de Cr a Si fueron producidas por medio del cambio de la potencia de pulverización catódica para Cr. Fue formada una capa de siliciuro de cromo que tenía una relación de elementos de Cr a Si de 1:4,7 por medio de la generación de plasma con una potencia de pulverización catódica de 3 W para Cr y una potencia de pulverización catódica de 50 W para Si. Fue formada una capa de siliciuro de cromo con una relación de elementos de Cr a Si de 1:3,5 por medio de la generación de plasma con una potencia de pulverización catódica de 4 W para Cr y una potencia de pulverización catódica de 50 W para Si. Fue formada una capa de siliciuro de cromo que tenía una relación de elementos de Cr a Si de 1:2,0 por medio de la generación de plasma con una potencia de pulverización catódica de 7 W para Cr y una potencia de pulverización catódica de 50 W para Si. Fue formada una capa de siliciuro de cromo que tenía una relación de elementos de Cr a Si de 1:1,6 por medio de la generación de plasma con una potencia de pulverización catódica de 9 W para Cr y una potencia de pulverización catódica de 50 W para Si. Fue formada una capa de siliciuro de cromo que tenía una relación de elementos de Cr a Si de 1:1,4 por medio de la generación de plasma con una potencia de pulverización catódica de 10 W para Cr y una potencia de pulverización catódica de 50 W para Si. Fue formada una capa de siliciuro de cromo que tenía una relación de elementos de Cr a Si de 1:1,2 por medio de la generación de plasma con una potencia de pulverización catódica de 11 W para Cr y una potencia de pulverización catódica de 50 W para Si.
Las características de absorción de una pila de conversión de luz solar en calor (en respuesta a una temperatura de recolección de calor de 400 °C) fueron obtenidas por medio de aproximación de múltiples capas basada en la constante óptica (n, k) de Mo, la constante óptica (nc, kc) de SiO2, y la constante óptica (ns, ks) de siliciuro de cromo. La Fig. 4 muestra las características de absorción resultantes.
La constante óptica (n, k) de Mo fue determinada con referencia a la publicación “Handbook of Optical Constants of Solids, Edward D. Palik, Academic Press, Boston, 1985”. La constante óptica (nc, kc) de SiO2 y la constante óptica (ns, ks) de siliciuro de cromo fueron determinadas por el uso de datos medidos con un elipsómetro espectroscópico y datos calculados por el uso de características de reflectancia y características de transmitancia medidas con un espectrofotómetro.
Como es mostrado en la Fig. 4, una pila de conversión de luz solar en calor con una capa de siliciuro de cromo que tiene una relación de elementos de Cr a Si en un intervalo de 1:1,6 a 1:4,7 como el miembro de conversión de calor solar en calor provoca que la pendiente de la capacidad de absorción a la luz en un intervalo de longitud de onda de 1000 a 2480 nm sea más pronunciada que en una pila de conversión de luz solar en calor con la capa de siliciuro de cromo que tiene una relación de elementos de Cr a Si de 1:1,2 como el miembro de conversión de calor solar a calor y una pila de conversión de luz solar en calor con la capa de siliciuro de cromo que tiene la relación de elementos de Cr a Si de 1:1,4 como el miembro de conversión de calor solar a calor. Por lo tanto, fue descubierto que la pila de conversión de luz solar en calor con la capa de siliciuro de cromo que tiene la relación de elementos de Cr a Si en el intervalo de 1:1,6 a 1:4,7 es capaz de absorber la luz solar de manera eficiente mientras se suprime la disipación de calor por radiación térmica de un medio calefactor. En el intervalo de 1:1,6 a 1:4,7 relacionado con una relación de elementos de Cr a Si, las pendientes de absorción a la luz son sustancialmente las mismas. Esto muestra que un intervalo de longitud de onda en el que la luz es absorbida y un intervalo de longitud de onda en el que no la luz es absorbida pueden ser controlados por medio del controla de una relación de elementos sin la necesidad de cambiar la pendiente de la capacidad de absorción a la luz, para de ese modo lograr un alto grado de libertad de diseño. A continuación, para examinar los resultados experimentales mencionados con anterioridad, las capas de siliciuro de cromo producidas de las formas mencionadas con anterioridad fueron analizadas por medio de un procedimiento de difracción de rayos X. La Fig. 5 muestra los resultados del análisis.
Como es mostrado en la Fig. 5, los picos de difracción de CrSi2 y Si fueron observados en las capas de siliciuro de cromo que tienen proporciones respectivas de elementos de Cr a Si de 1:3,5 y 1:4,7. En el caso de la capa de siliciuro de cromo que tiene una relación de elementos de Cr a Si de 1:2.0, solo fue observado el pico de difracción de CrSi2. En el caso de la capa de siliciuro de cromo que tiene una relación de elementos de Cr a Si de 1:1,6, fue observado un pico de difracción de CrSi2 y el de Cr2O3. El examen de estos resultados muestra que, en el caso de que cada capa de siliciuro de cromo tenga una relación de elementos de Cr a Si en el intervalo de 1:1,6 a 1:4,7, fue observado un pico de difracción de CrSi2 y un pico de difracción de siliciuro de cromo (cualquiera de CrSi, CrsSh y Cr3Si) más ricos en cromo que CrSi2 no fue observado. En este caso, la capa de siliciuro de cromo contiene CrSi2 como la mayor parte del siliciuro de cromo, mientras que sustancialmente no contiene siliciuro de cromo más rico en cromo que CrSi2. Es decir, al contener CrSi2 como componente principal es considerado un factor que permite obtener las características mencionadas con anterioridad.
En el caso de las capas de siliciuro de cromo que tienen sus proporciones respectivas de elementos de Cr a Si de 1:1,2 y 1: 1,4, fue observado un pico de difracción de CrsSh además de los picos de difracción de CrSi2 y Cr2O3. En este caso, fue generado siliciuro de cromo rico en cromo (cualquiera de CrSi, CrsSh y Cr3Si) en mayores cantidades que en la capa de siliciuro de cromo que tiene la relación de elementos de Cr a Si en el intervalo de 1:1,6 a 1:4,7. Es considerado que esto una provoca que hace que sea imposible obtener las características antes mencionadas. Ejemplo 2
Fue producida una pila de conversión de luz solar en calor con una estructura mostrada en la Fig. 6. Esta estructura es igual que la del Ejemplo 1, excepto que fue usada una capa fabricada con un material combinado de siliciuro de cromo y SiO2 (porcentaje en volumen de siliciuro de cromo y SiO2 es 50:50) en lugar de la capa de siliciuro de cromo. Las características de absorción de esta pila de conversión de luz solar en calor fueron obtenidas por medio de aproximación de múltiples capas. El siliciuro de cromo que tiene una relación de elementos de Cr a Si de 1:2,0 fue usado como el siliciuro de cromo usado en este ejemplo.
Los objetivos usados para la formación de la capa fabricada del material combinado de siliciuro de cromo y SiO2 (incluido el siliciuro de cromo y la capa de SiO2) fueron un objetivo Cr, un objetivo Si y un objetivo SiO2. La potencia de emisión fue calculada en base a una tasa de deposición durante la pulverización catódica para obtener un porcentaje en volumen de siliciuro de cromo y SiO2 de 50:50. De manera más específica, el plasma fue generado a partir del objetivo de Cr y la objetivo de Si por el uso de una fuente de energía de corriente continua (CC) con una potencia de pulverización de 7 W para Cr y una potencia de pulverización de 50 W para Si. El plasma fue generado a partir de la objetivo de SiO2 por el uso de una fuente de corriente de alta frecuencia (RF) con una potencia de pulverización catódica de 50 W.
Las características de absorción de la pila de conversión de luz solar en calor (en respuesta a una temperatura de recolección de calor de 400 °C) fueron obtenidas por medio de aproximación de múltiples capas basada en la constante óptica (n, k) de Mo, la constante óptica (nc, kc) de SiO2 , y la constante óptica (n, k) del material combinado de siliciuro de cromo y SiO2. La Fig. 8 muestra las características de absorción resultantes indicadas por “MATERIAL COMBINADO”.
La constante óptica (n, k) de Mo fue determinada con referencia a la publicación “Handbook of Optical Constants of Solids, Edward D. Palik, Academic Press, Boston, 1985”. La constante óptica (nc, kc) de SiO2 y la constante óptica (n, k) del material combinado de siliciuro de cromo y SiO2 se determinaron por el uso de datos medidos con un elipsómetro espectroscópico y datos calculados por el uso de características de reflectancia y características de transmitancia medidas con un espectrofotómetro
A modo de comparación, fue producida una pila de conversión de luz solar en calor que tiene una estructura mostrada en la Fig. 7. Esta estructura es igual que la del Ejemplo 1, excepto que fue usada una capa de Mo en lugar de la capa de siliciuro de cromo y fue cambiado el espesor de la capa de SiO2. Las características de absorción de esta pila de conversión de luz solar en calor fueron obtenidas por medio de aproximación de múltiples capas.
Las características de absorción de esta pila de conversión de luz solar en calor (en respuesta a una temperatura de recolección de calor de 400 °C) fueron obtenidas por medio de aproximación de múltiples capas basada en la constante óptica (n, k) de Mo y la constante óptica (nc, kc) de SiO2. La Fig. 8 muestra las características de absorción resultantes indicadas por “COMPARACIÓN”.
La constante óptica (n, k) de Mo fue determinada con referencia a la publicación “Handbook of Optical Constants of Solids, Edward D. Palik, Academic Press, Boston, 1985”. La constante óptica (nc, kc) de SiO2 fue determinada por el uso de datos medidos con un elipsómetro espectroscópico y los datos calculados por el uso de características de reflectancia y características de transmitancia medidas con un espectrofotómetro.
Como referencia, la Fig. 8 también muestra un resultado de las características de absorción de la pila de conversión de luz solar en calor por el uso de la capa de siliciuro de cromo que tiene la relación de elementos de Cr a Si de 1:2,0 producida en el Ejemplo 1. Este resultado se indica por medio de “SILICIURO DE CROMO”.
Como es mostrado en el gráfico de la Fig. 8, la pila de conversión de luz solar en calor para comparación que tiene la capa de Mo como el miembro de conversión de calor solar a calor produjo una suave pendiente de absorción a la luz en un intervalo de longitud de onda de 1000 a 2480 nm. Por el contrario, la pila de conversión de luz solar en calor que tiene la capa de siliciuro de cromo como el miembro de conversión de calor solar a calor y la pila de conversión de luz solar en calor que tiene la capa fabricada con el material combinado de siliciuro de cromo y SiO2 como cada miembro de conversión de calor solar en calor produjo una pendiente pronunciada de absorción a la luz en el intervalo de longitud de onda de 1000 a 2480 nm. Por lo tanto, la pila de conversión de luz solar en calor que tiene la capa de siliciuro de cromo como el miembro de conversión de calor solar a calor y la pila de conversión de luz solar en calor que tiene la capa hecha del material combinado de siliciuro de cromo y SiO2 como el miembro de conversión de calor solar a calor fue descubierto que es capaz de absorber la luz solar de manera eficiente al mismo tiempo que suprime la disipación de calor provocada por la radiación térmica de un medio calefactor, en comparación con la pila de conversión de luz solar en calor para la comparación que tiene la capa de Mo como el miembro de conversión de calor solar a calor.
Como es entendido a partir de los resultados mencionados con anterioridad, esta invención es capaz de proporcionar un dispositivo de conversión de luz solar en calor que puede convertir la luz en calor de manera eficiente. Esta invención también es capaz de proporcionar un dispositivo de generación de energía solar de alta eficiencia en la generación de energía por el uso del dispositivo de conversión de luz solar en calor.
Listado de signos de referencia
1 Pila de conversión de luz solar en calor
2 Capa metálica
3 Capa dieléctrica transparente
4 Capa del miembro de conversión de luz solar en calor

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. Un dispositivo de conversión de luz solar en calor que comprende:
una parte de recolección de luz;
uno o ambos de un recipiente y una trayectoria de flujo donde la luz es recolectada por la parte de recolección de luz; y
un medio calefactor alojado en uno o ambos del recipiente y la trayectoria de flujo,
en el que está formada una pila de conversión de luz solar en calor (1) sobre una superficie de uno o ambos del recipiente y la trayectoria de flujo, comprendiendo dicha pila de conversión de luz solar en calor (1): un miembro de conversión de luz solar en calor que tiene la forma de una capa (4) y
una capa metálica (2) que es una capa de reflexión infrarroja que refleja la luz de radiación térmica, caracterizado porque el miembro de conversión de luz solar en calor contiene siliciuro de cromo que tiene una relación de elementos de Cr a Si de 1:1,6 a 1:4,7.
2. El dispositivo de conversión de luz solar en calor de acuerdo con la reivindicación 1, en el que está formada una capa dieléctrica transparente (3) sobre la capa (4) del miembro de conversión de luz solar en calor.
3. El dispositivo de conversión de luz solar en calor de acuerdo con la reivindicación 2, en el que está formada una capa dieléctrica transparente (3) entre la capa metálica (2) y la capa (4) del miembro de conversión de luz solar en calor.
4. El dispositivo de conversión de luz solar en calor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el siliciuro de cromo contiene CrSi2 como un componente principal.
5. El dispositivo de conversión de luz solar en calor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la capa (4) del miembro de conversión de luz solar en calor tiene un espesor de 1 nm a 10 pm.
6. El dispositivo de conversión de luz solar en calor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la capa (4) del miembro de conversión de luz solar en calor además contiene una sustancia dieléctrica transparente.
7. Un dispositivo de generación de energía solar que comprende:
el dispositivo de conversión de luz solar en calor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6; y
un generador de energía,
en el que el medio calefactor en uno o ambos del recipiente y la trayectoria de flujo es calentado por medio del dispositivo de conversión de luz solar en calor, y la energía térmica del medio calefactor calentado es usada en el generador de energía para generar energía.
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