本文介紹了新一代太陽能集熱板真空鍍膜生產(chǎn)線系統(tǒng)組成及其主要結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。該系統(tǒng)制備的集熱板選擇性吸收涂層具有良好的光熱性能、力學(xué)性能和耐候性能；提高集熱板光熱效率和涂層的使用壽命并實(shí)現(xiàn)了集熱板集熱涂層生產(chǎn)的環(huán)�；�和連續(xù)化，對平板集熱器的發(fā)展和應(yīng)用具有極大的推動作用。

　　在國內(nèi)城市建筑物中真空管產(chǎn)品在安裝高度、公共安全、管道、質(zhì)量以及市容建設(shè)等方面遇到的瓶頸問題日益突出。世界各國都力圖將太陽能與建筑密切結(jié)合，尋求外形美觀，布局合理，管理規(guī)范的太陽能與建筑一體化的設(shè)計(jì)。平板集熱器具有承壓性、雙循環(huán)系統(tǒng)、易于與建筑結(jié)合，提供更多的生活熱水等自身優(yōu)勢。同時(shí)，平板集熱器在系統(tǒng)使用壽命、系統(tǒng)維護(hù)等方面比全玻璃真空集熱管具有明顯優(yōu)勢。因此，國外發(fā)達(dá)國家(北美、北歐及夏威夷地區(qū)) 平板太陽能集熱器占市場的90%以上，把平板集熱器作為建筑材料實(shí)現(xiàn)太陽能利用與建筑一體化。

　　目前，國內(nèi)太陽能集熱市場正逐漸接受這一理念，這促進(jìn)了平板太陽能集熱器的廣泛使用和對太陽能光譜選擇性吸收涂層集熱板芯的需求。例如，北京2008 年的一些奧運(yùn)比賽場館采用的就是平板太陽能集熱器，就是以突出太陽能利用和環(huán)保與建筑一體化為鮮明標(biāo)志。

　　國內(nèi)平板集熱器板芯吸收涂層的制備工藝從簡單噴涂發(fā)展到選擇性的硫化鉛，金屬氧化處理。但與真空鍍膜相比，其工藝復(fù)雜，手工操作多，工藝設(shè)計(jì)或生產(chǎn)控制不當(dāng)，廢液處理容易造成一定程度的環(huán)境污染�，F(xiàn)有的間歇式單體真空鍍膜是一爐一爐地生產(chǎn)，這種方式生產(chǎn)效率低，真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.lalazzu.cn/)認(rèn)為更重要的是各爐之間生產(chǎn)的膜層色澤一致性、穩(wěn)定性差。

　　目前，國外采用電子束蒸發(fā)的方法將鈦和石英在電子射線槍的作用下被汽化，汽化物在加入氮和氧后發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成氮氧化鈦，最后在金屬銅帶上沉積冷凝而成涂層。這種集熱薄膜主要生產(chǎn)在銅基體條帶上(1200×50000×0.3 mm)，制造平板集熱器板芯時(shí)需要對條帶進(jìn)行切割，同時(shí)在每個翼片的背面通過超聲波焊接排管，一方面焊接過程中破壞膜層性能，另一方面在整個板芯組焊過程中造成膜層的二次污染，影響集熱板芯的集熱效率。

　　當(dāng)前，國內(nèi)外還沒有采用連續(xù)式真空鍍膜技術(shù)生產(chǎn)和制備平板太陽能集熱器選擇性涂層，現(xiàn)有平板太陽能集熱器集熱膜層的性能(吸收率、發(fā)射率、耐候性)與國際同類產(chǎn)品有一定差距，尤其是在大氣環(huán)境下長期使用的耐候性方面更明顯，生產(chǎn)過程造成環(huán)境污染。采用連續(xù)式太陽能集熱板真空鍍膜生產(chǎn)方式替代傳統(tǒng)、有環(huán)境污染的電鍍生產(chǎn)方式或單室間歇式鍍膜方式，以提高集熱膜層在大氣中使用的耐候性能及集熱性能為目的的膜層、膜系研究和設(shè)備結(jié)構(gòu)的研制，是當(dāng)前太陽能集熱器光譜選擇性吸收膜層研究、生產(chǎn)和發(fā)展的主要方向。

1、涂層的制備工藝及系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式

　　該系統(tǒng)采用磁控濺射技術(shù)、中頻濺射技術(shù)、離子源表面活化等技術(shù)，在平板太陽能集熱器整板芯片上反應(yīng)沉積鋁—氮—鋁反應(yīng)系列和二氧化硅疊加的光譜選擇性吸收膜層，解決產(chǎn)品生產(chǎn)過程的環(huán)境污染問題和提高集熱芯片的集熱性能、涂層的附著力和耐候性能。涂層的結(jié)構(gòu)采用：SiO2/AlN/(LMVF)Al-N/(HMVF)Al-N/Al(Cu)，其中：HMVF 是金屬粒子體積比較高的吸收層，而LMVF 是金屬粒子體積比較低的吸收層。即在銅、鋁或者銅鋁復(fù)合整板芯片上沉積鋁或銅為基膜，在此基礎(chǔ)上反應(yīng)濺射沉積兩層不同成分和金屬含量吸收膜層，最后沉積AlN 和SiO2 介質(zhì)增透、保護(hù)層。系統(tǒng)包括依次連接的上片臺、防塵加熱室、進(jìn)片室、進(jìn)片過渡室和進(jìn)片緩沖室、至少一個沉積高反射率金屬層鍍膜室、至少兩個沉積金屬含量不同的吸收層鍍膜室、至少一個沉積減反射層鍍膜室、至少一個沉積保護(hù)層鍍膜室、出片緩沖室、出片過渡室、出片室、下片臺，抽空系統(tǒng)和傳動機(jī)構(gòu)。采用模塊式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可根據(jù)吸收膜層的結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)節(jié)拍的要求，增加鍍膜區(qū)各個鍍膜室的數(shù)量。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

　　1.上片臺；2.溫度調(diào)節(jié)；3.進(jìn)片閥門；4.進(jìn)片隔離閥；5.芯片表面活化裝置；6- 進(jìn)片區(qū)；601.進(jìn)片室；602.進(jìn)片過渡室；603.進(jìn)片緩沖室；7.鍍膜區(qū)；701.高發(fā)射金屬層鍍膜室；702、703.金屬含量不同的吸收層鍍膜室；704.減發(fā)射層鍍膜室；705.保護(hù)層鍍膜室；8.擴(kuò)散泵；9.出片區(qū)；901.出片緩沖室；902.出片過渡室；903.出片室；10.羅茨泵；11.出片隔離閥；12.出片閥門；13.下片臺；14.機(jī)械泵；15.前級閥；16.防塵加熱室

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2、系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

　　系統(tǒng)采用模塊式結(jié)構(gòu)，水平臥式傳送太陽能集熱板整板芯片的方式、采用專有的防塵加熱結(jié)構(gòu)和控制、采用專用的充氣管結(jié)構(gòu)向鍍膜腔充入工作氣體和等離子體光譜檢測裝置、離子源表面活化裝置，提高涂層生產(chǎn)過程中的附著力、均勻性和一致性問題，一次性獲得高能選擇性吸收涂層和耐候性保護(hù)涂層，滿足高品質(zhì)集熱板芯的需求和連續(xù)式工業(yè)化生產(chǎn)。以取代以往有環(huán)境污染的電鍍光譜選擇性涂層的生產(chǎn)模式和間歇式真空鍍膜生產(chǎn)方式，解決產(chǎn)品生產(chǎn)過程的環(huán)境污染問題，提高了集熱芯片的集熱性能和耐候性能。

2.1、防塵加熱室及其特點(diǎn)

　　防塵加熱室16 內(nèi)設(shè)有多個加熱源，采用遠(yuǎn)紅外加熱管。加熱源呈矩陣式分布，每個加熱源配有熱電偶監(jiān)測點(diǎn)和一個SSR(固態(tài)繼電器)溫度調(diào)節(jié)回路2，現(xiàn)場各點(diǎn)溫度實(shí)時(shí)值進(jìn)入PLC 存儲器，輸出的控制對象為SSR，采用模糊控制，將給定溫度與測量溫度相比較，得到相應(yīng)的通斷比例控制輸出。

2.2、鍍膜室及其特點(diǎn)

　　根據(jù)沉積光譜選擇性吸收涂層的工藝需求，本系統(tǒng)采用兩種鍍膜室結(jié)構(gòu)，鍍膜區(qū)7 的沉積高反射率金屬層鍍膜室701 和沉積保護(hù)層鍍膜室705 所采用同一結(jié)構(gòu)，如圖2 所示，鍍膜室內(nèi)裝有一組孿生靶極24；鍍膜腔20 的間隔板28 上與靶極24 對應(yīng)側(cè)對稱設(shè)置有上、下可調(diào)節(jié)的“L”型調(diào)節(jié)擋板23，保證“L”型調(diào)節(jié)擋板23 與被鍍芯片21 之間的距離是可調(diào)的，“L”調(diào)節(jié)擋板和進(jìn)氣管與鍍膜室體絕緣，進(jìn)氣管的進(jìn)氣方向相反設(shè)置；工作氣體通過散氣孔經(jīng)“L”型調(diào)節(jié)擋板反射后擴(kuò)散到鍍膜腔20 內(nèi)。僅在隔離腔18 及第一排氣腔171、第二排氣腔172 兩側(cè)設(shè)有排氣口，為了保證工業(yè)化批量生產(chǎn)膜層的一致性、重復(fù)性，在沉積保護(hù)層鍍膜室705 鍍膜腔20 內(nèi)設(shè)有等離子體光譜檢測裝置38。沉積高反射率金屬層鍍膜室701 內(nèi)靶極采用銅或鋁及其合金沉積高反射率金屬層；沉積保護(hù)層鍍膜室705 采用Si作為靶極，氧氣作為反應(yīng)氣體，中頻濺射SiO2 覆蓋在吸收涂層的外表面，用它作為對吸收層起到減反射和保護(hù)作用，同時(shí)提高膜層的耐候性能，延長膜層的使用壽命。

圖2 鍍膜室結(jié)構(gòu)1

　　如圖3 所示，第一、第二沉積金屬含量不同的吸收層鍍膜室702、703，沉積減反射層鍍膜室704 采用同一結(jié)構(gòu)；裝有二組旋轉(zhuǎn)孿生靶極；通過隔板28 分成兩個鍍膜腔20。在第一、第二沉積金屬含量不同的吸收層鍍膜室702、703，沉積減反射層鍍膜室704 的鍍膜腔20 內(nèi)設(shè)有等離子體光譜檢測裝置38。第一、第二沉積金屬含量不同的吸收層鍍膜室702、703 兩組靶材均采用鋁及其合金或一組靶材采用鋁及其合金、另一組靶材采用不銹鋼；反應(yīng)氣體采用氮?dú)獬练e金屬含量不同的太陽能選擇性吸收涂層。沉積減反射層鍍膜室704 兩組靶材均采用鋁及其合金，反應(yīng)氣體采用氮?dú)狻⒌�氧混合氣體，反應(yīng)沉積減反射介質(zhì)層。

圖3 鍍膜室結(jié)構(gòu)2

2.3、控制系統(tǒng)

　　人機(jī)界面采用觸摸屏(e-view)提供各種操作界面和菜單選取，系統(tǒng)采用西門子S7 系列PLC 進(jìn)行控制，可與真空系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、在線測量系統(tǒng)等之間進(jìn)行通訊，可全線實(shí)現(xiàn)電腦化自動控制，可實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)鍍膜過程的工藝參數(shù)(如鍍膜速度、靶極電流、氣體流量等)，可顯示真空系統(tǒng)的工作狀態(tài)、電源系統(tǒng)的工作狀態(tài)、傳動系統(tǒng)的工作狀態(tài)，傳動數(shù)據(jù)顯示、歷史報(bào)表、報(bào)警信息等多個窗口。有好的人機(jī)界面為操作者提供了簡潔、明了的人機(jī)對話環(huán)境。系統(tǒng)設(shè)置了各種軟硬件保護(hù)措施及在線自我診斷功能并發(fā)出聲、光報(bào)警。為設(shè)備的可靠運(yùn)行提供安全保障，滿足了大批量工業(yè)化生產(chǎn)。

3、結(jié)束語

　　該系統(tǒng)所生產(chǎn)的真空鍍膜芯片，其涂層的光學(xué)性能指標(biāo)，經(jīng)國家太陽能熱水器質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心測試，吸收率為0.94，發(fā)射率為0.063. 涂層的附著力經(jīng)遼寧省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院檢測為0級，具有良好的力學(xué)性能。通過耐酸、耐堿和鹽霧實(shí)驗(yàn)，均表明涂層的性能接近國外同類產(chǎn)品水平。

　　該系統(tǒng)的開發(fā)提高集熱板光熱效率和涂層的使用壽命，使平板太陽能集熱芯片的生產(chǎn)方式由電鍍方式轉(zhuǎn)變?yōu)闊o污染的環(huán)保過程，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化大批量整板平板芯片連續(xù)鍍膜生產(chǎn)。系統(tǒng)運(yùn)行可靠，操作靈活、方便，產(chǎn)品的一致性和重復(fù)性好。突破國外在該領(lǐng)域的技術(shù)封鎖，填補(bǔ)這一領(lǐng)域的空白；具有自我知識產(chǎn)權(quán)，對平板集熱器的發(fā)展和應(yīng)用具有極大的推動作用，使我國平板太陽能集熱器在國內(nèi)得以推廣和走向國際市場。