DE102013112378B4

DE102013112378B4 - Reflektor für solarthermische Systeme und Verfahren zur Herstellung eines solchen Reflektors

Info

Publication number: DE102013112378B4
Application number: DE102013112378.3A
Authority: DE
Inventors: Bernd Schuhmacher; Karl-Heinz Kopplin; Winfried Höhn; Lothar Patberg; Mark Hirt; Stephan Drewes
Original assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG; ThyssenKrupp Rasselstein GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG; ThyssenKrupp Rasselstein GmbH
Priority date: 2013-11-11
Filing date: 2013-11-11
Publication date: 2021-04-22
Anticipated expiration: 2033-11-12
Also published as: EP3069178A1; US20160266361A1; WO2015067368A1; DE102013112378A1; AU2014345935B2; AU2014345935A1; CN105723254A; US10365463B2; MX370883B; MX2016004908A

Abstract

Reflektor für solarthermische Systeme, mit einem metallischen Trägerblech (5) und einer auf dem Trägerblech (5) aufgebrachten reflektierenden Beschichtung (6), die aus mindestens einer metallischen Reflexionsschicht (6.2) und mindestens einer auf der Reflexionsschicht (6.2) aufgebrachten Schutzschicht (6.3) aufgebaut ist, wobei das Trägerblech (5) aus einem Sandwichblech gebildet ist, das ein oberes und ein unteres metallisches Deckblech (5.1, 5.3) und mindestens eine dazwischen angeordnete, nicht-metallische Zwischenschicht (5.2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Deckblech (5.1) eine geglättete Oberfläche (7) mit einem arithmetischen Mittenrauwert Ra von weniger als 0,03 µm aufweist, auf welcher die Reflexionsschicht (6.2) aufgebracht ist, wobei die Reflexionsschicht (6.2) und/oder die Schutzschicht (6.3) mindestens eine Interferenzschicht aufweist/aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Reflektor für solarthermische Systeme, mit einem metallischen Trägerblech und einer auf dem Trägerblech aufgebrachten reflektierenden Beschichtung, die aus mindestens einer metallischen Reflexionsschicht und mindestens einer auf der Reflexionsschicht aufgebrachten Schutzschicht aufgebaut ist, wobei das Trägerblech aus einem Sandwichblech gebildet ist, das ein oberes und ein unteres metallisches Deckblech und mindestens eine dazwischen angeordnete, nicht-metallische Zwischenschicht aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Reflektors für solarthermische Systeme.
Reflektoren der hier in Rede stehenden Art werden beispielsweise in solarthermischen Kraftwerken, wie Parabolrinnen-, Fresnel-, Dish-Stirling- und Turmkraftwerken oder dergleichen, eingesetzt, in denen mit Hilfe von Absorbern ein Teil der solaren Strahlungsenergie in Wärme umgewandelt wird. Diese Systeme haben gemein, dass die solare Strahlung konzentriert wird, um die Effizienz bei der Nutzung der Sonnenenergie zu steigern.
Die Reflektoren dienen in solarthermischen Systemen als Komponenten sogenannter „Kollektoren“ dazu, das auf sie einfallende Sonnenlicht zu bündeln und auf einen Absorber, z.B. ein Absorberrohr oder desgleichen, zu konzentrieren, das ein Wärmeträgermedium führt. Dabei besteht einerseits die Forderung, dass die Reflektoren ein optimales Reflexionsvermögen im Strahlungsbereich des Sonnenlichtes aufweisen. Andererseits sollen die Reflektoren möglichst robust gegen die im Gebrauch auftretenden mechanischen Belastungen und kostengünstig herstellbar sein. Eine besondere Herausforderung besteht zudem darin, die Formstabilität dieser üblicherweise großflächigen Bauteile zu gewährleisten, um die Fokussierung des Sonnenlichts in der geforderten Genauigkeit über der gesamten Lebensdauer des Reflektors sicher zu erreichen.
Um die Reflexionsfläche eines solchen Reflektors zu gestalten, ist es bekannt, einen Glasträger nach Art eines konventionellen Spiegels einseitig mit Silber oder Aluminium zu beschichten. Nachteilig sind dabei sowohl das hohe Gewicht als auch die geringe elastische Verformbarkeit und mechanische Belastbarkeit der Glasträger.
Aus der europäischen Patentanmeldung EP 1154 289 A1 ist es bekannt, einen Reflektorkörper aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung mit einer reflektierenden Aluminiumoberfläche bereitzustellen. Alternativ kann die reflektierende Oberfläche dabei auch durch Beschichten eines Reflektorkörpers mit Aluminium erzeugt werden. Eine auf der Reflektoroberfläche aufgebrachte transparente Schutzschicht soll die reflektierende Oberfläche vor Umgebungseinflüssen schützen.
In der US 2013/0114155 A1 wird ein Reflektor mit einem metallischen Trägerblech offenbart, wobei das Trägerblech als Sandwichblech mit zwei metallischen Decklagen und einer mittigen Schicht ausgestaltet ist und wobei auf dem Trägerblech verschiedene Schichten, unter anderem eine metallische Reflexionsschicht und eine darüber angeordnete Schutzschicht, angeordnet sind.
Die DE 10 2007 058 182 A1 offenbart einen eine Trägerplatte aufweisenden Reflektor. Der Reflektor ist in Leichtbau-Bauweise ausgebildet, wobei seine Trägerplatte als Sandwichstruktur ausgebildet ist. Die Vorderseite des Reflektors ist hochglanzpoliert und somit spiegelnd ausgebildet oder mit einer spiegelnden Beschichtung versehen. Als Spiegel sollen glasfreie Spiegel verwenden werden, bei denen ein Substrat mit geeigneten Reflexions- und Schutzschichten beschichtet ist. Der Zwischenraum der sandwichartigen Trägerplatte enthält Leichtbau-Strukturen, wie etwa Waben, Metall- oder Keramikschaum oder miteinander verklebte Hohlkugeln. Auf der Rückseite des Reflektors sind Fluidkanäle zur Flüssigkeitskühlung ausgebildet.
Die US 2013/0222933 A1 offenbart eine Spiegelfolie, die ein Harzbasismaterial und mindestens eine Klebeschicht, eine reflektierende Silberschicht und eine Schutzschicht aufweist, die als Komponentenschichten in dieser Reihenfolge auf dem Harzbasismaterial vorgesehen sind, wobei die Oberflächenrauheit Ra der Lichteinfallsseite des Harzbasismaterials, der reflektierenden Silberschicht und der Schutzschicht jeweils 0,005 bis 0,04 µm beträgt.
Die EP 0 495 755 A1 beschreibt Gegenstände aus Aluminium, enthaltend wenigstens eine unanodisierte Oberfläche oder Teile wenigstens einer unanodisierten Oberfläche, die geeignet ist bzw. sind für die Abscheidung von Schichten aus der Gasphase auf diese Oberflächen, wobei diese Oberflächen als nicht anodisierte Oberflächen eine Oberflächenrauhigkeit Ra von gleich oder kleiner als 1 µm aufweisen und durch ein Walzverfahren erzeugt worden sind. Auf den unanodisierten Oberflächen ist eine Reflexionsschicht aufgebracht.
Vor dem Hintergrund des voranstehend erläuterten Standes der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen Reflektor für solarthermische Systeme anzugeben, der ein hohes Reflexionsvermögen hat, robust gegenüber mechanischen Belastungen ist und sich kostengünstig herstellen lässt. Weiterhin sollte der Reflektor möglichst leicht und gleichzeitig formstabil sein. Zudem sollte ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Reflektors für solarthermische Systeme angegeben werden.
Bezüglich des Reflektors ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst worden, dass der Reflektor die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. Bezüglich des Verfahrens ist die Aufgabe dadurch gelöst worden, dass die in Anspruch 12 angegebenen Verfahrensschritte durchgeführt werden.
Der erfindungsgemäße Reflektor ist dadurch gekennzeichnet, dass das obere Deckblech eine geglättete Oberfläche mit einem arithmetischen Mittenrauwert Ra von weniger als 0,03 µm aufweist, auf welcher die Reflexionsschicht aufgebracht ist, wobei die Reflexionsschicht und/oder die Schutzschicht mindestens eine Interferenzschicht aufweist/aufweisen. Wenn hier vom „arithmetischen Mittenrauwert Ra“ die Rede ist, ist damit der gemäß DIN EN ISO 4287 bestimmte Wert gemeint.
Mit Hilfe der Sandwichstruktur des Trägerblechs wird eine steife Konstruktion bei gleichzeitig geringem Gewicht erreicht. Die mindestens eine zwischen dem oberen und unteren metallischen Deckblech angeordnete, nicht-metallische Zwischenschicht kann beispielsweise aus Kunststoff bestehen. Ebenso sind auch andere Schaum-, Kleb- oder Füllstoffe im Bereich der Zwischenschicht denkbar, die zum Aufbau einer derartigen Sandwich- bzw. Verbundstruktur geeignet sind. Durch das geringe Gewicht des Reflektors können die Anforderungen an die den Reflektor tragenden Stützstrukturen und etwaige Antriebe zum Nachführen des Reflektors im Kraftwerksbetrieb, insbesondere im Vergleich zu Reflektoren mit Glasträgern, reduziert werden.
Die Sandwichstruktur hat zudem den Vorteil, dass die einzelnen Komponenten des Trägerblechs unabhängig voneinander bereit gestellt werden können. Auf diese Weise können beispielsweise die Materialkosten dadurch gesenkt werden, dass das untere Deckblech, dem innerhalb der Sandwichstruktur lediglich eine Stützwirkung zukommt, eine geringere Oberflächengüte oder Legierungsqualität aufweisen kann, als das obere Deckblech, dessen Oberflächenbeschaffenheit einen direkten oder erheblich größeren Einfluss auf das Reflexionsvermögen des Reflektors hat. So können das obere und untere Deckblech aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein, voneinander verschiedene Blechdicken aufweisen und/oder voneinander abweichende Beschichtungssysteme umfassen. Weiterhin kann abhängig von den zu erwartenden Betriebsbedingungen die Beschaffenheit und auch die Wandstärke der Zwischenlage angepasst werden, um eine optimale Steifigkeit und/oder Witterungsbeständigkeit des Reflektors einzustellen. Die Sandwichbauweise ermöglicht es somit in besonders einfacher Weise, einen Kompromiss zwischen Leichtbauweise, Formstabilität und Kosteneffizienz zu erreichen.
Neben der Sandwichstruktur ist für den erfindungsgemäßen Reflektor zudem kennzeichnend, dass das obere Deckblech eine geglättete Oberfläche aufweist, die vor dem Aufbringen der metallischen Reflexionsschicht einen arithmetischen Mittenrauwert Ra von weniger als 0,03 µm, vorzugsweise weniger als 0,02 µm hat. Die geringe Rauhigkeit der geglätteten Oberfläche begünstigt beim Applizieren der Reflexionsschicht das Erzielen eines besonders niedrigen arithmetischen Mittenrauwerts Ra im Bereich der Reflexionsschicht. So können bereits sehr dünne Schichtdicken im Nanometerbereich ausreichen, um die für die geforderten Reflexionseigenschaften auszubildende Oberflächengüte der metallischen Reflexionsschicht einzustellen.
Reflektierende Oberflächenschichten können beispielsweise aus Kupfer, Gold, Chrom, Nickel oder deren Legierungen gebildet sein. In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Reflexionsschicht aus Aluminium, Silber, Zinn, Zink oder einer mindestens eines dieser Metalle enthaltenden Legierungen hergestellt. Auch kann die reflektierende Beschichtung aus mehreren Lagen der voranstehend genannten Werkstoffe oder deren Legierungen aufgebaut sein. So kann beispielsweise zunächst eine Zinn- oder Zinkschicht auf das obere Deckblech aufgebracht werden, die wiederum eine zusätzliche Reflexionsschicht aus Aluminium oder Silber trägt.
Durch die mindestens eine Interferenzschicht kann die Effizienz bei der Ausnutzung der solaren Strahlung weiter gesteigert werden.
Die Oberfläche des Deckblechs ist vorzugsweise durch Kaltwalzen geglättet. Die Deckbleche können beispielsweise in einem Quarto- oder, insbesondere beim Walzen von Edelstahlblech, in einem Sendzimir-Gerüst gewalzt werden. Dabei wird insbesondere im letzten Walzstich eine Arbeitswalze eingesetzt, deren mit dem Walzgut in Kontakt kommende Umfangsfläche einen arithmetischen Mittenrauwert Ra aufweist, der kleiner ist, als der für die jeweilige Oberfläche geforderte arithmetische Mittenrauwert Ra. Die durch Walzen geglättete Oberfläche weist eine Topographie auf, anhand derer sich die Walzrichtung eindeutig identifizieren lässt. So zeigt die durch den arithmetischen Mittenrauwert Ra charakterisierte Rauheit eine ausgeprägte Vorzugsrichtung, die parallel zur Walzrichtung ausgerichtet ist.
Die geglättete Oberfläche kann einerseits an einem unbeschichteten Deckblech des Sandwichblechs bzw. an einem entsprechenden Deckblech zur Herstellung des Sandwichblechs erzeugt werden, so dass die metallische Reflexionsschicht direkt auf die geglättete Oberfläche des unbeschichteten Deckblechs aufgebracht wird. Andererseits kann auch für das Sandwichblech ein Deckblech bereit gestellt werden, das bereits vor dem Walzen eine Oberflächenbeschichtung aufweist. So kann ein beispielsweise bereits verzinktes Blech kaltgewalzt werden. Folglich ist dann die verzinkte Oberfläche in erfindungsgemäßer Weise geglättet. Selbstverständlich ist es auch möglich, beliebige Kombinationen der zuvor genannten Schichtsysteme vor dem Walzen auf dem oberen Deckblech vorzusehen, um die geglättete Oberfläche mit einem arithmetischen Mittenrauwert Ra von weniger als 0,03 µm, vorzugsweise weniger als 0,02 mm, vor dem Aufbringen der Reflexionsschicht zu erzeugen.
Die Reflexionsschicht und/oder die geglättete Oberfläche sind gemäß einer Variante der Erfindung durch eine thermische Oberflächenbehandlung geglättet. So kann beispielsweise durch ein gezieltes Aufschmelzen der Beschichtung eines Blechs, wie z.B. einer Zinnauflage, der geforderte arithmetischen Mittenrauwert Ra eingestellt werden. Ein hierfür geeignetes Verfahren ist beispielsweise aus der deutschen Patentanmeldung DE 10 2011 000 984 A1 bekannt, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme in die vorliegende Beschreibung einbezogen wird. Als Energie- bzw. Wärmequelle kommen dabei insbesondere Laser, Kurzpuls- oder Ultra-Kurzpulslaser zum Einsatz. Es ist jedoch auch denkbar, jede andere Wärmequelle einzusetzen, die den erforderlichen Energieeintrag im Bereich der zu glättenden Oberfläche leisten kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das obere Deckblech aus Stahl, insbesondere Kohlenstoffstahl oder Edelstahl, oder aus Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium und/oder Magnesium oder deren Legierungen hergestellt. Das obere Deckblech dient nach dem Glätten der Oberfläche als Substrat für die Reflexionsbeschichtung.
Um die Reflexionsbeschichtung vor Umgebungseinflüssen zu schützen, ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung zusätzlich eine Schutzschicht, vorzugsweise eine transparente Schutzschicht, vorgesehen. Die Schutzschicht bzw. transparente Schutzschicht ist in einer Variante der Erfindung aus Silizium-Oxid und/oder Titan-Oxid hergestellt. Die Schutzschicht kann jedoch auch aus einer oder mehreren Lagen anderer anorganischer oder organischer Verbindungen aufgebaut sein, wie es z.B. aus der europäischen Patentanmeldung EP 1154 289 A1 bekannt ist, deren diesbezüglicher Offenbarungsgehalt hiermit durch Bezugnahme in die vorliegende Beschreibung einbezogen wird. Zusätzlich oder alternativ kann eine Antireflexionsschicht, insbesondere aus TiO₂, vorgesehen sein, die für sich genommen eine Schutzschicht bzw. transparente Schutzschicht ausbildet, oder dazu dient, die Transmission einer darunter liegenden transparenten Schutzschicht zu erhöhen.
Die Beschichtungen können in an sich bekannter Weise im PVD-, CVD-, oder Sol-Gel-Verfahren aufgebracht werden. Weiterhin ist es möglich, die jeweiligen Schichten durch Magnetron-Sputtern, insbesondere Hochleistungsimpulsmagnetronsputtern (HIPIMS), aufzutragen. Auch eine Kombination der genannten Beschichtungsverfahren ist beim Aufbau der reflektierenden Beschichtung denkbar. Die mit diesen Verfahren erzeugten Schichtdicken der Reflexionsschicht und/oder der Schutzschicht liegen gemäß einem Aspekt der Erfindung jeweils in einem Bereich von 50 nm bis 5 µm, bevorzugt in einem Bereich von 80 nm bis 200 nm.
Neben dem Beschichten des Trägerblechs ist es gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung möglich, die reflektierende Beschichtung durch eine oder mehrere Folien und/oder Lacke, oder eine Kombinationen einer oder mehrerer Folien und/oder Lacke und/oder Beschichtungen vorzusehen. Die Verwendung von Folien hat gegenüber dem Beschichten den Vorteil, dass die geforderten Reflexionseigenschaften weitestgehend bereits durch die Qualität der Folie vorgegeben sind und so in einfacher Weise eine gleichbleibende Qualität der reflektierenden Oberfläche eingestellt werden kann.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Reflektor eine Wandstärke in einem Bereich von 0,5 mm bis 5 mm auf. Durch die Sandwichbauweise ist dabei eine hohe Steifigkeit, bei vergleichsweise geringem Gewicht des Reflektors gegeben. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist das Deckblech eine Dicke in einem Bereich von 0,1 - 4 mm auf. Es können damit sehr dünne Bleche eingesetzt werden, die von der mindestens einen nicht-metallischen Zwischenschicht getragen werden. Die jeweilige Blechdicke kann in Abhängigkeit von den Dimensionen des Reflektors und den Betriebsbedingungen gewählt werden.
Die reflektierende Beschichtung und die einzelnen Lagen, wie die metallische Reflexionsschicht und die transparente Schutzschicht, können möglichst glatt ausgebildet sein. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weisen die Reflexionsschicht und/oder die Schutzschicht eine optisch wirksame Rauheitsfeinstruktur auf, um die Effizienz bei der Ausnutzung der solaren Strahlung weiter zu steigern. Insbesondere können optisch aktive Rauheitsfeinstrukturen mittels Kurzpuls- oder Ultra-Kurzpuls-Lasertechnik in die reflektierende Beschichtung eingebracht werden.
Die Schutzschicht bzw. transparente Schutzschicht schützt zunächst die metallische Reflexionsschicht vor abrasivem Verschleiß, Umgebungseinflüssen und/oder (auch) vor Korrosion. Insgesamt wird daher das obere Deckblech einerseits durch die (transparente) Schutzschicht und andererseits durch die metallische Reflexionsbeschichtung vor abrasivem Verschleiß, Umgebungseinflüssen und/oder vor Korrosion geschützt. Das obere Deckblech weist folglich, abhängig von der aufgebrachten reflektierenden Beschichtung, bereits eine Korrosionsschutzschicht auf. Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann zudem eine zusätzliche Korrosionsschutzschicht auf dem oberen Deckblech aufgetragen sein. In diesem Fall weist das Schichtsystem, ausgehend von dem oberen Deckblech, somit wenigstens drei Schichten, eine Korrosionsschutzschicht, eine auf die Korrosionsschutzschicht aufgetragene metallische Reflexionsschicht und eine auf die metallische Reflexionsschicht aufgetragene transparente Schutzschicht auf. Die geglättete Oberfläche wird dabei nach dem Auftragen der Korrosionsschicht erzeugt, wobei allerdings auch die Korrosionsschicht bereits auf eine geglättete Oberfläche aufgetragen werden kann.
Die zuvor dargestellten Beschichtungen können auch oder zumindest teilweise an dem unteren Deckblech vorgesehen sein. Insbesondere können das obere und untere Deckblech identisch ausgeführt sein. So ist gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung die der nicht-metallischen Zwischenschicht abgewandte Außenseite des oberen Deckblechs und/oder des unteren Deckblechs mit einer Korrosionsschutzschicht versehen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Reflektors für solarthermische Systeme, umfasst zumindest folgende Verfahrensschritte:

a. Bereitstellen eines metallischen Trägerblechs, das aus einem Sandwichblech gebildet ist, das ein oberes und ein unteres metallisches Deckblech und mindestens eine dazwischen angeordnete, nicht-metallische Zwischenschicht aufweist, wobei das obere Deckblech eine geglättete Oberfläche aufweist und wobei die geglättete Oberfläche einen arithmetischen Mittenrauwert Ra von weniger als 0,03 µm aufweist; und
b. Aufbringen einer reflektierenden Beschichtung auf die geglättete Oberfläche des Trägerblechs, die aus mindestens einer metallischen Reflexionsschicht und mindestens einer auf der Reflexionsschicht aufgebrachten Schutzschicht aufgebaut ist, wobei die geglättete Oberfläche durch Walzen erzeugt wird, und wobei in die Reflexionsschicht und/oder in die Schutzschicht mittels Laserbearbeitung optisch wirksame Rauheitsfeinstrukturen eingebracht werden. Beispielsweise durch Kaltwalzen eines Blechs in mehreren Walzstichen lassen sich besonders glatte Oberflächen, insbesondere mit sehr niedrigen arithmetischen Mittenrauwerten Ra, erzeugen.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden in die Reflektionsschicht und/oder in die Schutzschicht mittels Laserbearbeitung optisch wirksame Rauheitsfeinstrukturen eingebracht, um die Effizienz bei der Ausnutzung der solaren Strahlung weiter zu steigern.
Bereits vor dem Walzen kann auf das Deckblech eine Korrosionsschutzschicht aufgebracht werden. So bildet in diesem Fall die geglättete Oberfläche der Korrosionsschutzschicht das Substrat für die im folgenden Schritt aufzutragende Reflexionsbeschichtung.
Die glatte Oberfläche lässt sich alternativ oder ergänzend zum Walzen auch durch eine thermische Behandlung der zu glättenden Schicht bzw. Oberfläche erzeugen. So wird gemäß einem weitern Aspekt der Erfindung eine Zinnschicht aufgebracht und die Zinnschicht zur Erzeugung einer glatten Oberfläche mittels eines Lasers oder einer Wärmequelle aufgeschmolzen. Dabei wird vorzugsweise zumindest so viel von der zu glättenden Schicht aufgeschmolzen, dass Erhebungen und Vertiefungen der Oberflächenstruktur der Schicht weitgehend ausgeglichen werden. Außer durch eine thermische Oberflächenbehandlung mittels eines Lasers kann die zu glättende Zinnschicht auch durch ein Aufheizen des Deckblechs, z.B. mittels einer Induktionsspule, aufgeschmolzen und geglättet werden.
Gemäß einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Reflexionsschicht durch ein PVD-, CVD-, elektrostatisches oder elektrochemisches Verfahren aufgebracht. Die Schutzschicht wird gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ebenfalls durch ein PVD-, CVD-, oder elektrostatisches Verfahren, vorzugsweise durch Magnetron-Sputtern, aufgebracht.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

1 einen Kollektor für ein Parabolrinnenkraftwerk mit einem erfindungsgemäßen Reflektor in einer perspektivischen Ansicht;
2 den Schichtaufbau eines erfindungsgemäßen Reflektors aus 1.

1 zeigt einen Kollektor 1 für ein Parabolrinnenkraftwerk in vereinfachter Form. In dem Kollektor 1 wird die auf die konkav geformte Oberseite eines erfindungsgemäßen Reflektors 2 auftreffende solare Strahlung (nicht dargestellt) reflektiert und auf ein Absorberrohr 3 konzentriert, das ein Wärmeträgermedium führt. Der Reflektor 2 wird dabei von einer Stützstruktur 4 getragen. Es ist selbstverständlich auch denkbar, einen erfindungsgemäßen Reflektor 2 in anderen solarthermischen Anlagen einzusetzen, wie z.B. Fresnel-, Dish-Stirling- oder Turmkraftwerken. Dabei kann der Reflektor entgegen der hier dargestellten konkaven Form in flacher bzw. ebener Form gestaltet sein.
2 zeigt den Schichtaufbau eines erfindungsgemäßen Reflektors 2 für solarthermische Systeme. Der Reflektor 2 besteht aus einem metallischen Trägerblech 5 und einer auf dem Trägerblech 5 aufgebrachten reflektierenden Beschichtung 6. Das Trägerblech 5 weist ein oberes Deckblech 5.1, eine nicht-metallische Zwischenschicht 5.2 und ein unteres Deckblech 5.3 auf. Die reflektierende Beschichtung 6 ist aus einer Korrosionsschutzschicht 6.1, einer metallischen Reflexionsschicht 6.2 und einer auf der Reflexionsschicht 6.2 aufgebrachten Schutzschicht 6.3, vorzugsweise transparenten Schutzschicht aufgebaut. In einer Variante des erfindungsgemäßen Reflektors kann die metallische Reflexionsschicht gleichzeitig auch eine Korrosionsschutzschicht darstellen, so dass inklusive der Schutzschicht 6.3 lediglich zwei Schichten auf das obere Deckblech 5.1 aufgetragen werden und dennoch ein Korrosionsschutz gegeben ist. Weiterhin kann auch die Schutzschicht 6.3 eine Korrosionsschutzschicht darstellen. In Ausgestaltungen der Erfindung ist es zudem möglich, eine reflektierende Beschichtung vorzusehen, die aus einer Vielzahl von Schichten gebildet ist. So können insbesondere mehrere Lagen von transparenten Schutzschichten vorgesehen sein, die auf der metallischen Reflexionsschicht aufgetragen sind.
Durch Kaltwalzen ist an dem oberen Deckblech 5.1 eine geglättete Oberfläche 7 mit einem arithmetischen Mittenrauwert Ra von weniger als 0,03 µm, beispielsweise ein arithmetischer Mittenrauwert Ra im Bereich von 0,02 bis 0,05 µm, erzeugt worden, wobei das obere Deckblech 5.1 bereits vor dem Walzen mit der Korrosionsschutzschicht 6.1 beschichtet war. Das obere Deckblech 5.1 ist dabei in mehreren Walzstichen auf die geforderte Dicke gewalzt und zudem geglättet worden. Dabei kam insbesondere im letzten Walzstich eine Walze zum Einsatz, deren das obere Deckblech 5.1 kontaktierende Walzenoberfläche einen arithmetischen Mittenrauwert Ra kleiner 0,02 µm, vorzugsweise kleiner 0,01 µm, besonders bevorzugt kleiner 0,4 µm aufwies. Je nach Beschaffenheit der Walzen, insbesondere der Walzen im letzten Walzstich, ist es in einer Ausgestaltung der Erfindung selbstverständlich auch möglich, geringere oder höhere Werte für den arithmetischen Mittenrauwert Ra auf der geglätteten Oberfläche einzustellen. Ebenso kann die geforderte Oberflächengüte bereits in einem einzigen Walzstich erzeugt werden.
Die Deckbleche 5.1, 5.3 können grundsätzlich aus beliebigen Metallen oder deren Legierungen hergestellt sein. In dem hier dargestellten Beispiel handelt es sich bei dem oberen und unteren Deckblech 5.1, 5.3 um Stahlblech. Zusammen mit der nicht-metallischen Zwischenschicht 5.2, beispielsweise aus Kunststoff, bilden die Deckbleche 5.1, 5.3 eine Sandwichstruktur. Die einzelnen Lagen 5.1, 5.2, 5.3 sind in bekannter Weise miteinander verklebt.
Die geglättete Oberfläche 7 trägt eine metallische Reflexionsschicht 6.2, die beispielsweise aus Aluminium oder Zinn gebildet ist. Auf der metallischen Reflexionsschicht 6.2 ist eine Schutzschicht, vorzugsweise transparente Schutzschicht 6.3 aufgetragen, die z.B. aus SiOxbesteht. Auf diese Weise wird die metallische Reflexionsschicht 6.2 vor mechanischen Verschleiß und auch vor der Witterung geschützt.
Bezugszeichenliste

1: Kollektor
2: Reflektor
3: Absorberrohr
4: Stützstruktur
5: Trägerblech
5.1: oberes Deckblech
5.2: nicht-metallische Zwischenschicht
5.3: unteres Deckblech
6: Beschichtung
6.1: Korrosionsschutzschicht
6.2: metallische Reflexionsschicht
6.3: Schutzschicht
7: geglättete Oberfläche

Claims

Reflektor für solarthermische Systeme, mit einem metallischen Trägerblech (5) und einer auf dem Trägerblech (5) aufgebrachten reflektierenden Beschichtung (6), die aus mindestens einer metallischen Reflexionsschicht (6.2) und mindestens einer auf der Reflexionsschicht (6.2) aufgebrachten Schutzschicht (6.3) aufgebaut ist, wobei das Trägerblech (5) aus einem Sandwichblech gebildet ist, das ein oberes und ein unteres metallisches Deckblech (5.1, 5.3) und mindestens eine dazwischen angeordnete, nicht-metallische Zwischenschicht (5.2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Deckblech (5.1) eine geglättete Oberfläche (7) mit einem arithmetischen Mittenrauwert Ra von weniger als 0,03 µm aufweist, auf welcher die Reflexionsschicht (6.2) aufgebracht ist, wobei die Reflexionsschicht (6.2) und/oder die Schutzschicht (6.3) mindestens eine Interferenzschicht aufweist/aufweisen.
Reflektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsschicht (6.2) aus Aluminium, Silber, Zinn, Zink oder einer mindestens eines dieser Metalle enthaltenden Legierung hergestellt ist.
Reflektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die geglättete Oberfläche (7) des oberen Deckblechs (5.1) durch zumindest eine Zinnschicht gebildet ist.
Reflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Deckblech (5.1) aus Stahl oder aus Leichtmetall hergestellt ist.
Reflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (6.3) aus Silizium-Oxid und/oder Titan-Oxid hergestellt ist.
Reflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der Reflexionsschicht (6.2) und/oder die Schichtdicke der Schutzschicht (6.3) im Bereich von 50 nm bis 5 µm liegt.
Reflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der Reflektionsschicht (6.2) und/oder die Schichtdicke der Schutzschicht (6.3) im Bereich von 80 nm bis 200 nm liegt.
Reflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das obere und/oder das untere Deckblech (5.1, 5.3) eine Dicke im Bereich von 0,1 mm bis 4 mm aufweisen.
Reflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsschicht (6.2) und/oder die Schutzschicht (6.3) eine optisch wirksame Rauheitsfeinstruktur aufweist/aufweisen.
Reflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest die der nicht-metallischen Zwischenschicht (5.2) abgewandte Außenseite des oberen Deckblechs (5.1) und/oder des unteren Deckblechs (5.3) mit einer Korrosionsschutzschicht (6.1) versehen ist.
Verfahren zum Herstellen eines Reflektors für solarthermische Systeme, umfassend die folgenden Verfahrensschritte: a. Bereitstellen eines metallischen Trägerblechs (5), das aus einem Sandwichblech gebildet ist, das ein oberes und ein unteres metallisches Deckblech (5.1, 5.3) und mindestens eine dazwischen angeordnete, nicht-metallische Zwischenschicht (5.2) aufweist, wobei das obere Deckblech (5.1) eine geglättete Oberfläche (7) aufweist und wobei die geglättete Oberfläche (7) einen arithmetischen Mittenrauwert Ra von weniger als 0,03 µm aufweist; und b. Aufbringen einer reflektierenden Beschichtung (6) auf die geglättete Oberfläche (7) des Trägerblechs (5), die aus mindestens einer metallischen Reflexionsschicht (6.2) und mindestens einer auf der Reflexionsschicht (6.2) aufgebrachten Schutzschicht (6.3) aufgebaut ist, wobei die geglättete Oberfläche (7) durch Walzen erzeugt wird, und wobei in die Reflexionsschicht (6.2) und/oder in die Schutzschicht (6.3) mittels Laserbearbeitung optisch wirksame Rauheitsfeinstrukturen eingebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Walzen eine Korrosionsschutzschicht (6.1) auf das Deckblech (5.1) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass auf das obere Deckblech eine Zinnschicht aufgebracht und die Zinnschicht zur Erzeugung einer glatten Oberfläche mittels eines Lasers oder einer Wärmequelle aufgeschmolzen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsschicht (6.2) durch ein PVD-, CVD-, elektrostatisches oder elektrochemisches Verfahren aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (6.3) durch ein PVD-, CVD- oder elektrostatisches Verfahren aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (6.3) durch Magnetron-Sputtern aufgebracht wird.