前言:现在随着太阳能发电的广泛应用,太阳能边框型材的产量大量地增加,在中国大陆太阳能型材的产量现在应该远远超过3万吨/月,其中江阴东华铝业和绍兴乐祥铝业正在制订相应的行业标准。不过,大家都在关心此类型材的外观和尺寸之外,也应该关心型材的内在质量,如封孔质量和涂膜的耐候性等等,这里笔者仅就电泳涂装的太阳能边框型材的耐候性,与大家一起探讨。
1.太阳究竟带给我们多少能量
1.1 假设我们不考虑地球大气层对太阳辐射的散射和吸收。
1.2如果一个物体在任何温度下对入射的任何频率的辐射都全部吸收,就称为黑体(black body),我们将太阳视为黑体。
1.3 斯特藩-波尔兹曼定律:
黑体的辐出度R0(T)随热力学温度T的变化关系为R0(T)=δT4式中δ称为斯特藩(stefan constant), δ=5.6705×10-8w/m2.k4
1.4 我们测得太阳谱辐出度连续部份峰值入max=500nm
同时,我们测得的太阳半径为γs=7×108m
地球半径为γe=6×106m
地球到太阳平均距离为d=1.5×1011m
1.5 维恩位移定律
我们在研究黑体辐出度时可以知道,辐射峰值频率νm与黑体的绝对温度T成正比,即νm=b1T式中常量b1由实验测定b15.8787×1010Hz/K,如果按黑体谱辐出度γ0(λ,T)随波长λ的分布曲线,则峰值波长λm与黑体的温度T的关系为
λmT=b2
常量b2=2.8979×10-3m.k,此公式称为维恩位移定律。
1.6 计算结果:
(1)根据维恩位稳定律,太阳表面温度为:
(通常我们所说太阳表面六千度是个大约值)
(2)根据斯特藩—玻尔兹曼定律,太阳表面的辐出度为:
R=δT45.670×10-8×(5.8×103)46.4×107w/m2
(3)地球单位时间接受到的辐射能为:
(4)地球表面单位面积上接受到的辐射通量为
因此,在大气层外地球接受太阳的辐照强度为1.39×103w/m2
2.地表接受的阳光辐照通量
2.1 按照世界气象组织定义,日照时间为一个地区直接接收到阳光辐照度≥120w/m2以上的时间累积,因此我们可以肯定至少在阳光充裕的地区,阳光辐照度是远大于120w/m2的。
2.2 我们上面已经知道太阳常数的大约值,而我们的实际检测值大约是1.366 kw/m2,地球接收的总辐照量取决于地球的截面积。但因为外形和自转使总辐照量分散在整个表面积(4πRe2),再考虑太阳的入射角度和任何时候都会有半个球面未被照到等原因,因此平均太阳辐射量通常不会超过太阳常数的1/4,即342 w/m2,而且还有大气层的消减作用。
2.3 按照GB/T1865-1997规定,加速老化实验机的辐照度为550W/m2,是佛罗里达日平均辐照度的6倍,(因为佛罗里达地区大气的吸收散射系数是90%)我们可以计算出佛罗里达日平均辐照度为92W/m2,佛罗里达日照时间如按16小时计算,则在阳光充实时的的辐照度为138W/ m2,这样也可得出结论,在亚热带地区,大气对阳光的吸收散射系数为1-138/1366=90%。
3.在亚热带地区的型材耐候性的实验室对应数据的初步猜想
3.1 数据基准
亚热带一天平均阳光辐照度 92W/m2
高山和空气吸薄地区辐照度184W/ m2
氙灯实验箱辐照度 550W/ m2
3.2 一年按250天计算(考虑阴天,下雨等原因)
3.3 550/92=5.97 即氙灯箱一天相当于自然界5.97天
三年为750天,氙灯箱中需125.62天
125.62×24≈3000小时
五年以此比例推算为5000小时
3.4 结论
根据日本的一些观测数据,亚热带区域的海边要保证耐候性超过五年,氙灯耐候性要保证4000小时以上,与我们的推算有误差,但有些接近,笔者强调,这里只是理论推算,与实际情况其实并不存在完全对应关系,因些,不同地域使用的太阳能边框型材耐候性要求也不同,但可以得出结论的是,如果要求到五年的铝型材光泽保持率,色差,粉化程度和漆膜减薄程度依然符合要求的话,此铝型材的氙灯加速实验需保证在4000小时以上。