Od właściwości w skali nano do działania w dużej skali

Zaspokojenie globalnego zapotrzebowania energetycznego w zrównoważony sposób to jedno z najpilniejszych wyzwań XXI wieku. CSP ma zapewniać do 7% globalnego zapotrzebowania energetycznego do roku 2030 i do jednej czwartej do roku 2050. Dzisiejsze kolektory słoneczne w formie rynny parabolicznej dla systemów CSP pracują jednak przy około 400 stopniach Celsjusza, podczas gdy nowe konstrukcje zapewniające większą wydajność wymagają 20 do 25 lat pracy w temperaturze zbliżonej do 600 stopni Celsjusza.

W ramach finansowanego przez UE projektu NECSO (Nanoscale enhanced characterisation of solar selective coatings) opracowywane są narzędzia niezbędne, aby powłoki selektywne absorbera mogły spełnić stawiane im wymagania. Solarne powłoki selektywne składają się z czterech warstw materiałów (antyrefleksyjna, absorber, reflektor podczerwieni i antydyfuzyjna) nanoszonych przez duże urządzenia na podłoże o wielkości kilku metrów kwadratowych. Efektywność tych wielkoobszarowych powłok jest jednak bezwzględnie zależna od właściwości w nanoskali, takich jak szorstkość, twardość, struktura krystaliczna, skład i widma oscylacyjne.

Badacze opracowują narzędzia do oceny właściwości w nanoskali i skorelowania ich z parametrami optycznymi i oczekiwaną żywotnością. Uzupełnieniem prac jest opracowanie protokołów charakterystyki i degradacji. Mają one nie tylko przewidywać oczekiwaną żywotność, ale również ułatwiać testy w zakresie rozszerzania zakresu temperatury pracy i ogólnych warunków środowiska pracy w celu osiągnięcia większej wydajności bez degradacji.

W pierwszym okresie sprawozdawczym warstwowe powłoki absorbera słonecznego opracowano i osadzono na małych płaskich i cylindrycznych próbkach przy zastosowaniu systemu osadzania fizycznego z fazy gazowej (PVD). System PVD może powlekać rury o długości 4 metrów, co jest ostatecznym celem na potrzeby końcowej demonstracji technologii. Jednocześnie naukowcy opracowali i wyprodukowali system starzenia termicznego do przeprowadzania testów starzenia na próbkach cylindrycznych przy bardzo precyzyjnej kontroli temperatury i składu gazu. System ten posłuży przeprowadzeniu oceny wpływu narażenia na działanie wody i tlenu.

Aktualnie powłoki są poddawane rygorystycznym testom. W celu skorelowania degradacji termicznej i parametrów optycznych obliczono wartości selektywności słonecznej i przeprowadzono starzenie termiczne w różnych temperaturach. Zespół również zastosował kilka technik spektroskopowych, próbując zidentyfikować pasma spektralne związane z degradacją, które można byłoby wykorzystywać jako wskaźniki degradacji. Na koniec próbki poddano również testom tribologicznym i mechanicznym, aby ocenić właściwości takie jak przyleganie, zużycie i odporność na zarysowania.

Oczekuje się, że technologia NECSO wesprze rozwój ulepszonych powłok absorbera słonecznego, co pozwoli zwiększyć sprawność i trwałość konstrukcji nowej generacji. Upowszechnienie tej technologii może mieć istotny wpływ na globalne emisje i zmianę klimatu, przyczyniając się jednocześnie do stworzenia nowych miejsc pracy i poprawy kondycji gospodarczej UE.