Suprafețe Absorbante pe Bază de Oxizi de Cupru pentru Conversia Fototermică a Energiei Solare

Abstract-Black copper based solar absorbers can be used for maximizing the efficiency of the solar thermal conversion process. They consist mainly of a mixture of copper oxides. The paper presents a low cost method for obtaining CuO on glass substrate. The XRD and AFM results confirm the presence of nanostructured, crystalline copper II oxide. The optical characterization leads to a value of the solar absorptance of 0,98. The method will be further applied on copper substrate, and the focus will be on enhancing the durability of the absorber.

1. Introducere

Industrializarea globala a dereglat raportul de gaze necesar echilibrului atmosferic. Arderea combustibililor convenţionali cum ar fi cărbunele şi gazul metan a dus la formarea unor cantităţi enorme de gaze cu efect de seră (CO2). Astfel, accesul la o energie sigură şi cu costuri reduse devine fundamental, nu numai pentru creşterea economică, ci şi pentru a asigura necesităţile populaţiei.

Pentru a realiza o creştere durabila este necesară introducerea de noi surse de energie si mărirea eficienţei energetice. Uniunea Europeana susţine prin directivele şi programele sale sursele regenerabile de energie (SRE). Pana în anul 2020 fiecare stat al UE trebuie sa obţină 20% din necesarul energetic din SRE.

Energiile regenerabile precum energia solară, energia eoliana, energia geotermala, energia biomasei şi energia apelor sunt caracterizate printr-un nivel extrem de redus al emisiilor. Energia solară, utilizată încă din cele mai vechi timpuri, poate fi folosită fie la înlocuirea definitivă a surselor convenţionale de energie, fie ca alternativă la utilizarea surselor de energie convenţionale [1].

Potenţialul de utilizare a energiei solare în România este relativ important, există zone în care fluxul energetic solar anual, ajunge până la 1450…. 1600 kWh/m²/an. În majoritatea regiunilor ţării, fluxul energetic solar anual depăşeşte 1250…1350 kWh/m²/an [1].

Problema majoră în dezvoltarea sistemelor solare o reprezintă costul de achiziţie a acestora. Componenta de bază a unui astfel de sistem este reprezentată de captatorul solar termic. Partea activă şi cea care îi influenţează randamentul, fiind şi cea mai scumpă, este dată de suprafaţa absorbantă. O suprafaţă absorbantă performantă prezintă valori ridicate ale coeficientului de absorbţie solară (αs>0,9) si o emitanţa termică cat mai mică (εT<0,1) [2].

Scopul lucrării este a obţine materiale absorbante pe baza de oxizi de cupru eficiente, printr-o metodă cu cost redus, aplicabilă la nivel industrial: şpreiere (pulverizare) pirolitică.

2. Partea experimentala

2.1. Obţinerea straturilor subţiri

Reactivii utilizaţi în procesul de identificare a condiţiilor optime de preparare a oxidului negru de cupru prin tehnica şpreierii cu piroliză sunt: (CH3COO)2Cu (Scharlau) – precursor de cupru şi apă ultra-pură. Ca şi substrat s-a utilizat sticla microscopica de grosime 1,5 mm – Menzel-Liaser, spălată în etanol, prin ultrasonare.

Depunerile s-au realizat pe o instalaţie automată de pulverizare. Reprezentarea schematica a instalaţiei de depunere este ilustrată în figura 1. Mecanismul depunerii straturilor subţiri prin şpreiere cu piroliză conţine următoarele etape:

- formarea aerosolului – particule de lichid dispersate în gazul purtător;

- transportul aerosolului spre substrat;

- evaporarea parţială a solventului;

- formarea filmului care are la bază doua procese:

o formarea germenilor de cristalizare

o creşterea cristalelor.