DE19546871C2 - Absorber film for heat solar collectors - Google Patents

Absorber film for heat solar collectors

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Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung dient der Herstellung einer extrem leichten Solarkollektor-Absorberfolie, welche zum Einbau in Luft- und Wasserkollektoren als wärmeabsorbierende und -transportierende Folie geeignet ist.The invention serves to produce an extremely light solar collector absorber film, which for installation in air and water collectors as a heat absorbing and transporting film suitable is.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known prior art

Die thermische Nutzung der Sonnenenergie nimmt inzwischen einen festen Platz als alternative Methode zur Energiegewinnung ein. Sowohl im Hochtemperaturbereich von über 250°C als auch im Niedertemperaturbereich gibt es bereits kommerzielle Anlagen mit einem breiten Anwendungsgebiet. Unter den bekannten Anwendungen zur Wärmeerzeugung haben sich überwiegend Flachkollektoren durchgesetzt. Über 500 industrielle Anbieter gibt es allein in Deutschland. Der charakteristische Aufbau dieser Flachkollektoren besteht in einer Absorberfläche für den Infrarotbereich der Sonnenstrahlung. Diese Absorberflächen sind vorwiegend aus Kupfer oder Aluminium, welche mit Chromoxid, Kupferoxid, Nickel- und Kobaltoxiden u. a. belegt sind. Diese Oxide können galvanisch durch Abschneiden der Metalle und anschließender anodischer Oxidation aufgebracht werden. Auch durch Sputtern, Spritzen oder Walzenauftrag kann ein geeignetes Pigment auf die Trägerfolie aufgebracht werden. Dunkle Pigmente oder Farbstoffe sind ebenfalls geeignet, insbesondere Kohlenstoff als Ruß oder Graphit finden Verwendung. So eingefärbtes Polypropylen findet neben anderen Kunststoffen ebenfalls Einsatz. Der Anteil der absorbierten Strahlung soll hoch und der durchgelassene und reflektierte Betrag niedrig sein. Ein unter dem Absorber angebrachtes Rohr aus Kupfer, Aluminium oder Edelstahl wird mit gutem Wärmeübergang verschweißt, geklebt oder gelötet und dient dem Transport der Wärmeträger Flüssigkeit oder Luft in einem geschlossenen oder offenen Solarwärmekreislauf.The thermal use of solar energy is now firmly established as an alternative Method of energy production. Both in the high temperature range of over 250 ° C as well in the low temperature range there are already commercial plants with a wide range Field of use. Among the known heat generation applications have been mainly flat collectors prevailed. There are over 500 industrial suppliers in Germany. The characteristic structure of these flat plate collectors consists of an absorber surface for the infrared range of solar radiation. These absorber surfaces are predominantly made of copper or aluminum, which with chrome oxide, copper oxide, nickel and cobalt oxides u. a. are occupied. These oxides can be electroplated by cutting the metals and then anodizing them Oxidation are applied. Also by sputtering, spraying or roller application suitable pigment can be applied to the carrier film. There are dark pigments or dyes also suitable, in particular carbon as carbon black or graphite are used. So colored polypropylene is also used alongside other plastics. The share of absorbed radiation should be high and the transmitted and reflected amount should be low. On Tubes made of copper, aluminum or stainless steel attached under the absorber are good Heat transfer welded, glued or soldered and serves to transport the heat transfer medium Liquid or air in a closed or open solar heating circuit.

Wesentlicher Gesichtspunkt bei der Auswahl der Absorberoberflächen ist die möglichst geringe reflektierte Strahlung, um einen möglichst großen Teil der absorbierten Wärme für die Nutzung verfügbar zu haben. Den bisher erhältlichen Absorberflächen, welche in der DE 35 37 223 C2 und der US 31 29 703 beschrieben werden, haftet der Nachteil an, daß im Falle elektrolytisch oxidierter Kupferfolien hohe Herstellungskosten und umweltbelastende chemische Verfahren angewendet bzw. beim Oberflächenbedampfen im Vakuum oder Sputtern hohe Kosten und technische Aufwendungen erforderlich sind. Bei den beschichteten Systemen, welche ähnlich gute Energieausbeuten ergeben wie bei lackierten oder beschichteten Oberflächen müssen Nachteile in Kauf genommen werden, welche die Gebrauchsdauer und Langzeitbenutzung mit gleichen Energieausbeuten herabsetzen, da chemische Zersetzung und Korrosion die Oberflächen zerstören. Eine den durch elektrolytischen Verfahren, wie Sputtern oder Vakuumbeschichten, veredelten Kupferfolien ebenbürtige Absorberfläche konnte bisher nicht hergestellt werden. An essential aspect when choosing the absorber surfaces is the smallest possible reflected radiation to the largest possible To have part of the absorbed heat available for use. The previously available Absorber surfaces, which are described in DE 35 37 223 C2 and US 31 29 703 the disadvantage is liable indicates that in the case of electrolytically oxidized copper foils high manufacturing costs and environmentally harmful chemical processes are used or for surface vapor deposition in Vacuum or sputtering high costs and technical expenses are required. Both coated systems, which give similarly good energy yields as with painted or coated surfaces must be accepted disadvantages, which the Reduce service life and long-term use with the same energy yields, since chemical Decomposition and corrosion destroy the surfaces. One by electrolytic processes, such as sputtering or vacuum coating, finished copper foils equal absorber surface could not be manufactured so far.  

Ziel der ErfindungAim of the invention

Ziel der Erfindung war es, eine analog oxidbeschichteten Kupferfolien absorbierende Oberfläche auf das Kupfer aufzukaschieren, welche optimale Wärmeabsorption, geringe Reflexion und hohes Speichervermögen, gepaart mit extremer Langlebigkeit aller Gebrauchsparameter gewährleistet.The aim of the invention was to provide an analog oxide-coated copper foil absorbing surface to laminate on the copper, which optimal heat absorption, low reflection and high Storage capacity, coupled with extreme durability of all usage parameters guaranteed.

Darlegung des Wesens der ErfindungState the nature of the invention

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Absorberfolie mit höchstmöglicher Wärmeaufnahme, geringer Rückstrahlung und guter Wärmeleitfähigkeit auf Basis extrem leichter Metallfolien zu entwickeln, welche die Voraussetzungen für eine hohe Lebensdauer ohne Alterungsverhalten sowie ökologisch verträglicher Produktionsverfahren und Entsorgungsbedingungen erfüllt. Wie überraschenderweise gefunden werden konnte, lassen sich die gesuchten Eigenschaften durch Kombination zweier Folien mit völlig entgegengesetzten Eigenschaften in optimaler Weise erreichen. Kombiniert wurden zunächst eine Vielzahl von Absorberschichten mit guter Infrarotabsorption und gleichzeitig hoher Leitfähigkeit als naheliegende Lösung des Problems. Völlig unerwartet zeigte sich, daß bei Einsatz von glasfaserhaltigen Flächengebilden - speziell mit den für die Vliesproduktion eingesetzten Glashohlfasern - ein sehr gutes Absorptionsverhalten, mit gleichzeitig guter Rückhaltung der längerwelligen, emittierten Strahlen, vermutlich durch die innerhalb des Vlieses vielfach übereinanderliegenden Schichten durch Vielfachreflexion begünstigt, erreicht werden kann. Durch dieses Verhalten kann selbst mit extrusionsbeschichteten Vliesen zur Verbesserung der Verklebbarkeit eine von der gut isolierenden Glasfaserstruktur nicht zu erwartende Wärmeausbeute erreicht werden, obwohl sich wärmeisolierende Materialien naturgemäß bei Wärmekollektoren nicht zur Verwendung anbieten.The invention was based on the object of an absorber film with the highest possible Heat absorption, low reflection and good thermal conductivity based on extremely light To develop metal foils that meet the requirements for a long service life without Aging behavior and ecologically compatible production processes and Disposal conditions met. As could surprisingly be found, the properties sought by combining two films with completely opposite Achieve properties in an optimal way. A large number were initially combined Absorber layers with good infrared absorption and at the same time high conductivity as obvious solution to the problem. Completely unexpectedly it turned out that when using Glass fiber-containing fabrics - especially those used for the production of nonwovens Hollow glass fibers - a very good absorption behavior with good retention of the longer-wave, emitted rays, presumably due to the multiple within the fleece superimposed layers favored by multiple reflection can be achieved. By this behavior can be improved even with extrusion coated nonwovens Adhesion is not expected from the good insulating glass fiber structure Heat yield can be achieved, although heat insulating materials naturally contribute Do not offer heat collectors for use.

Die gemessene Wärmeausbeute unterscheidet sich praktisch nicht von den Kupferfolien, welche in elektrolytischen oder Bedampfungsverfahren mit Chromdioxid beschichtet sind.The measured heat yield practically does not differ from the copper foils which are in electrolytic or vapor deposition are coated with chromium dioxide.

Anwendbarkeit der ErfindungApplicability of the invention

Die Absorberfolien werden in Flachkollektoren zur Energiegewinnung mittels Luft- oder Wassererwärmung für mannigfaltige Einsatzbereiche, vorrangig zur Raum- und Brauchwassererwärmung genutzt. Die bisher im Einsatz befindlichen Systeme weisen bei langlebigen Varianten einen sehr kostenaufwendigen Herstellprozeß und Materialeinsatz auf und bei niedrigpreisigen Produkten nur relativ geringe Energieausbeuten. Die erfindungsgemäße Aufbauform der Absorberfolien vereint eine kostengünstige und materialsparende, ökologisch gut verträgliche Konstruktion mit hoher Energieausbeute, was den Einsatz in allen Bauarten bestehender Kollektorsysteme ermöglicht. The absorber foils are used in flat-plate collectors for energy generation by means of air or Water heating for diverse areas of application, primarily for room and Hot water heating used. The systems that have been in use so far have proven durable variants a very costly manufacturing process and use of materials on and only relatively low energy yields for low-priced products. The invention The design of the absorber foils combines an economical and material-saving, ecologically good compatible construction with high energy yield, which means use in all types existing collector systems.  

Vorteile gegenüber dem Stand der TechnikAdvantages over the state of the art

Der wesentliche Vorteil, den der Einsatz des beschriebenen Grundaufbaus der Absorberfolien bietet, ist an erster Stelle sein geringerer Preis gegenüber gleichwertigen Systemen auf Basis elektrolytisch oder vakuumbeschichteter Kupferfolien, ferner, die mit der Herstellung verbundenen umweltrelevanten Konditionen - auch bezüglich späterer Entsorgung und die leicht zu handhabende Form insbesondere durch das niedrige Gewicht des Materials.The main advantage of using the described basic structure of the absorber foils offers, is first of all its lower price compared to equivalent systems based electrolytically or vacuum-coated copper foils, furthermore, those connected with the production environmentally relevant conditions - also with regard to later disposal and easy to handling form especially due to the low weight of the material.

Besonders vorteilhaft erweist sich, die Kombination von Kupfer und Glasfaser, das beide Materialkomponenten im höchsten Maß verwitterungs-, UV- und chemisch beständig gegen alle Einwirkungen in diesem Anwendungsbereich sind, was dieser Verbundaufbau als geeignete Alternative zu analog stabilen, hochpreisigen Metallabsorbern werden läßt. Das bevorzugte Einsatzgebiet sind Kollektoren auf Kunststoffbasis in Leichtbauweise, da die niedrige Wärmekapazität ein Überhitzen der Kollektoren im Störfall verhindert.The combination of copper and glass fiber, both, has proven particularly advantageous Material components to the highest degree weather, UV and chemically resistant to all Actions in this area of application are what make this composite structure suitable Alternative to analog stable, high-priced metal absorbers can be. The preferred Areas of application are light-weight plastic-based collectors, as the low Thermal capacity prevents the collectors from overheating in the event of a fault.

AusführungsbeispieleEmbodiments Beispiel 1example 1

Zur Herstellung einer extrem leichten Wärmeabsorptionsfolie für Solarkollektoren auf Basis von Kupfer (Cu) oder Aluminium (Al) wird eine 0,018-0,035 mm dicke Cu- oder Al-Folie im Trockenkaschierverfahren unter Einsatz von Zweikomponenten-Polyurethanklebstoffen gegen ein schwarz eingefärbtes 50-100 g/m² schweres Glasvlies kaschiert.For the production of an extremely light heat absorption film for solar collectors based on Copper (Cu) or aluminum (Al) is a 0.018-0.035 mm thick Cu or Al foil in the Dry lamination process using two-component polyurethane adhesives against one black colored 50-100 g / m² heavy glass fleece laminated.

Beispiel 2Example 2

Zur Herstellung extrem leichter Wärmeabsorptionsfolien für Solarkollektoren mit erhöhter innerer Wärmeleitfähigkeit gemäß Beispiel 1 werden dem Kaschierklebstoff 5-10% eines Wärmeleitzuschlagstoffes, vorzugsweise Aluminiumoxid, zugesetzt.For the production of extremely light heat absorption foils for solar collectors with increased internal Thermal conductivity according to Example 1, the laminating adhesive 5-10% Thermally conductive additive, preferably aluminum oxide, added.

Beispiel 3Example 3

Zur Herstellung einer Wärmeabsorptions-Solarkollektorfolie gemäß Beispiel 1 wird zur Verbesserung der Kaschierbarkeit das für die Laminierung mit der Kupferfolie eingesetzte Glasfaservlies vor der Verarbeitung rückseitig mit einer Polyolefinfolie, vorzugsweise schwarz eingefärbte Polyethylenfolie (PE), durch Extrusionsbeschichtung versehen.To produce a heat absorption solar collector film according to Example 1 is used Improvement of the laminatability that used for the lamination with the copper foil Glass fiber fleece on the back with a polyolefin film, preferably black colored polyethylene film (PE), provided by extrusion coating.

Claims (5)

1. Absorberfolie für Wärmesolarkollektoren auf Basis von Metallfolien, dadurch gekennzeichnet, daß eine gutwärmeleitende Metallfolie vorzugsweise auf Basis von Kupfer mit einem Glasfaservlies mit Flächengewichten von 25-100 g/m² nach technisch gängigen Kaschierverfahren, vorzugsweise mit Heißschmelz- oder Mehrkomponentenklebstoffen, verklebt wird.1. absorber film for heat solar collectors based on metal foils, characterized in that a good heat-conducting metal foil, preferably based on copper, is bonded with a glass fiber fleece with basis weights of 25-100 g / m² according to technically common laminating processes, preferably with hot melt or multicomponent adhesives. 2. Kollektorabsorberfolie gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zum Kaschieren verwendete Glasvlies mit einer Kaschier- und Benetzbarkeit verbessernden 20-40 µm dicken schwarzen Polyolefinfolie beschichtet wird.2. collector absorber film according to claim 1, characterized in that the Laminating used glass fleece with an improved laminating and wettability 20-40 µm thick black polyolefin film is coated. 3. Kollektorabsorberfolie gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Laminierung der Kupferfolie mit dem Glasvlies eingesetzte Klebstoff mit wärmeleitenden Füllstoffen versetzt wird.3. collector absorber film according to claim 1 and 2, characterized in that the Lamination of the copper foil with the glass fleece used with adhesive thermally conductive fillers is added. 4. Kollektorabsorberfolie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Glasfaservlies schwarz eingefärbt ist.4. Collector absorber film according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the glass fiber fleece is colored black. 5. Kollektorabsorberfolie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie eine Schichtdicke bis zu 0,035 mm aufweist.5. Collector absorber film according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the metal foil has a layer thickness of up to 0.035 mm.
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