DE2523089A1 - Kollektor fuer sonnenwaerme - Google Patents

Kollektor fuer sonnenwaerme

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DE2523089A1
DE2523089A1 DE19752523089 DE2523089A DE2523089A1 DE 2523089 A1 DE2523089 A1 DE 2523089A1 DE 19752523089 DE19752523089 DE 19752523089 DE 2523089 A DE2523089 A DE 2523089A DE 2523089 A1 DE2523089 A1 DE 2523089A1
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tetrafluoroethylene
collector
sun
layer
sheet
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DE19752523089
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English (en)
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Herbert Dipl Chem Dr Fritz
Eduard Prof Dr Justi
Klaus Dipl Phys Dr Schmoelling
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Hoechst AG
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Messer Griesheim GmbH
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    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • C09D5/00Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • C09D5/32Radiation-absorbing paints
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    • F24S10/00Solar heat collectors using working fluids
    • F24S10/50Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed between plates
    • F24S10/504Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed between plates having conduits formed by paired non-plane plates
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/44Heat exchange systems

Description

  • Kennwort: Solarkollektor I Kollektor für Sonnenwärme Die Erfindung betrifft einen ebenen Kollektor für Sonnenwärme mit einem geschwärzten Blech, dessen der Sonne zugewandte Fläche eine Abdeckung zugeordnet ist1 die nur für einen Teil des Wellenlängenbereiches der elektromagnetischen Strahlung durchlässig (spektralselektiv) ist.
  • Kollektoren der obengenannten Gattung dienen dem Zweck, die von der Sonne ausgestrahlte Wärme in Nutzwärme umzuwandeln, z.B.
  • zur Erwärmung on Luft, Warmwasserbereitung, Raumklimatisierung und Stromerzeugung.
  • Bekannte Kollektoren bestehen im einfachsten Fall aus einem geschwärzten Blech, das durch Absorption des auffallenden Sonnenlichtes bis zu einer Gleichgewichtstemperatur erhitzt wird, welch einerseits durch die je Flächeneinheit absorbierte Sonnenstrahlung leistung, andererseits durch die abgegebene infrarote Wärmerückstrahlungsleistung und Wärmeleitungs- und Konvektionsverluste be stimmt ist, ozu die gegebenenfalls laufend entnommene Nutzwärme hinzutritt. Solche plattenförmigen Wärmesammler erreichen ein Maximum an täglicher Wärmemengens ammlung, wenn sie dem jeeiligen Sonnstand zwecks Erzielung senkrechten bichteinfalles nachgeführt werden, unbeschadet der hiervon unabhängigen Absorption des diff.
  • Anteiles der Insolation. Bedingt durch die hierfür notwendigen U'l vor allen aufwendigen konstruktiven Maßnahmen, arbeitet ein solch Kollektor jedoch unwirtschaftlich und störanfällig, so daß dieser in der Regel unverstellbar montiert wird. Der Kollektor ist in diesem Falle zur maximalen Wärmeeinsammlung nach Süden unter einem Winkel gegen die horizontale geneigt, welcher der g;cographischen Breite des Aufstellungsortes plus 10 - 15° entspricht.
  • Solche Kollektoren werden schon seit langem gebaut und finden vor allem Anwendung in subtropischen Ländern der Erde und zwar zur Warmwasserbereitung und zur Klimatisierung. Ein derart bekannter Kollektor für Sonnen'krme besteht aus einem mit schwarzer Farbe bestriciienen Blech (Absorber), das gegebenenfalls von einem Rahmen aufgenommen ist. Auf der der Sonne zugewandten, vorderen geschwärzten Seite des Bleches sind eine oder mehrere im Abstand voneinander angeordnete Glasplatten vorgesehen, welche aufgrund ihrer Durchlässigkeit für sichtbares Licht und Undurchlässigkeit für die infrarote Wärmerückstrahlung zu einer Reduzierung der Strahlungsverluste beitragen (Treibhauseffekt).
  • Von Nachteil hierbei ist jedoch, daß die Glasabdeckung auch bei sauberer Oberflache ihren Zweck nur unvollkommen erfüllt, da handelsübliches Glas bei der festigkeitshalber erforderlichen J'jinimaldicke das sichtbare Licht zu wenigstens 10% absorbiert und weiterhin auch bedeutende Lichtverluste durch ein- oder mehrfache Reflexion verursacht, wenn man aiese nicht durch kostspielige Entspiegelung vermeidet.
  • Darüberhinaus sind diese Abdeckplatten aus Glas bekannterweise sehr zerbrechlich und besitzen auch ein hohcs Eigengewicht, was insbesondere bei der Abdeckung großflächiger Kollektoren von Nachteil ist.
  • Anstelle der Bedeckung mit Glasplatten wurde bereits vorgeschlagen (Tabor), vcrnickelte Eisenbleche als Kollektorblech zu verwenden, die oberflächlich derart sulfidiert werden, daß eine Deckschicht mit einer gleichmäßigen Dicke von 1/4 der Wellenlänge der Wärmerückstrahlung im Intensitätsmaximum entsteht, welche nach den optischen Gesetzen eine vollständige Undurchlässigkeit für die betreffende Wellenlänge bewirkt. Die Kosten und die Empfindlichkeit einer solchen Schicht stehen a.ber in keinem wirtschaftlichen Verhältnis zur erreichten Steigerung der Absorption von etwa 83 % (bei gewöhnlicher Schwärzung) zu fast 100 % (bei der sulfidierten Oberfläche).
  • Es wurde versuchsweise bereits eine Folie aus Polyvinylfluorid (PVF) zur Abdeckung von Solarkollektoren eingesetzt.
  • Von Nachteil ist jedoch, daß Polyvinylfluorid bei höheren Temperaturen zur Zersetzung neigt und daher auf Verarbeitungsmaschinen für Thermoplaste nicht verarbeitbar ist. Folien aus diesem Material können praktisch nur durch Gießen aus Lösungen, z.B. Lösungen in Dimethylsulfoxid, oder durch Strangpressen von geeigneten Organosolen in ein Wasserbad hergestellt werden. Es ist daher außerordentlich schwierig, Folien aus Polyvinylfluorid herzustellen, deren Dicke 100/um wesentlich Ubersteigt; auch ist im allgemeinon die mechanische Festigkeit von Gießfolien derjenigen von Extrusions-, Kalander-oder Schälfolien unterlegen. Ferner ist die Dauertemperaturbeständigkeit von Polyvinylfluorid nach der Seite hoher Temperaturen hin höchst unbefriedigend, da sie nur bis etwa 1050C reicht. Da beim Einsatz von Solarkollektoren, insbesondere in Gebieten hoher Sonneneinstrahlung, an den Abdeckungen sehr hohe Temperaturen auftreten, ist dies nicht ausreichend. können Es wurde ferner schon vorgeschlagen, die Oberfläche des Bleches mit senkrecht angeordneten Röhrchen von bis zu einem Zentimeter Durchmesser auszustatten, deren Länge das Vielfache ihres Durchmessers aufweist, und welche nach Gesetzen der Optik infolge Vielfachreflexion als schwarze Körper wirken, die dazu tendieren, sich mit der Temperatur der Sonne (ca.
  • 6000K) in das Strahlungsgleichge"richt zu setzen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, aufbauend auf dem vorgenannten Stand der Technik, einen ebenen Kollektor für Sonnenwärme zu schaffen, der eine Optimierung des Verhältnisses Kollektorleistung zu Fläche, Gewicht und Investitionskosten durch eine optimale Ausnutzung der Sonnenwärme gewährleistet, ohne daß hierfür konstruktiv aufwendige Maßnahmen erforderlich sind.
  • Zur Lösung der genannten Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß die auf der sonnenzugewandten Fläche des Bleches aufgebrachte Schwarzfarbe ein Absorptionsvermögen für die Sonnenstrahlung von 95 bis 98 % und einen möglichst verlustfreien Wärmeübergang auf das Blech aufweist, daß weiterhin die Abdeckung aus wenigstens einer Fluorkunststoff-Folie besteht, wobei der Fluorkunststoff ein Homopolymeres des Tetrafluoräthylens oder Vinylidenfluorids oder ein thermoplastisch verarbeitbares fluorhaltiges Copolymeres ist, in-dem mindestens eines der darin enthaltenen Monomeren ein Fluorolefin darstellt, das CF2-Gruppen in die Hauptkette des Copolymeren einführt, daß ferner auf der sonnenabgewandten Fläche des Bleches eine Ultrarot-Strahlung verhindernde Metall schicht angeordnet ist und daß werner die Metallschicht mit einer Wärmeisolierungsschicht abgedeckt ist.
  • Ein Maßstab für den technischen Fortschritt der Erfindung ist das Verhältnis Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich (=&) zu Emissionsvermögen im Ultrarotbereich (= g ) vorzugsweise jeweils bei den Wellenlängen maximaler Intensität Xmax ( /um) = 2900/T (T in K). Mit dem Stand der Technik wurden bisher nur geringe -Werte erzielt. Der erfindungsgemäße Kollektor erreicht dagegen / -Werte von 16 und mehr. Dies beruht auf der erfindungsgemäßen Kombination von Merkmalen, die einen überraschend großen Effekt ergeben.
  • Erfindungsgemaß wird eine Fluorkunststoff-Folie eingesetzt, die aus einem Homopolymeren des Tetrafluoräthylens oder des Vinylidenfluorids oder aus einem thermoplastisch verarbeitbaren, fluorhaltigen Copolymeren besteht, in dem mindestens eines der darin enthaltenen Monomeren ein Fluorolefin ist, das CF2-Gruppen in die Hauptkette des Copolymeren einführt.
  • Unter dem Begriff "thermoplastisch verarbeitbar, d.h. verarbeitbar aus der Schmelze des Polymeren, soll dabei verstanden werden, daß die oben definierten Copolymeren einen Schmelze index (MFI-Wert) - gemessen nach DIN 53 735, bei 11 kg Belastung der Schmelze in der Düse und bei einer Temperatur, die jeweils 30°C über dem Schmelzpunkt des jeweiligen Copolymeren liegt - besitzen, der im allgemeinen zwischen 2 bis 35 g/1o min, vorzugsweise zwischen 5 bis 30 g/10 miii liegt.
  • Unter dem Begriff "fluorhaltiges- Copolymercs, in dem mindestens eines der darin enthaltenen Monomeren ein Fluorolefin ist,das CR2-Gruppen in die Hauptkette des Copolymeren einführt" sollen hier beispielsweise folgende Copolymere verstanden werden: Copolymere von Tetrafluoräthylen mit Olefinen der Formeln CH2=CH-R und CH2=CR2, worin R Wasserstoff oder einen Alkylrest, vorzugsweise einen geradkettigen Allcylrest mit 1 bis 10 C-Atomen, darstellt; vorzugsweise sind dies beispielsweise Propylen, Butylen, Isobutylen und insbesonders Äthylen; Copolymere von Tetrafluoräthylen mit Vinylidenfluorid; von Tetrafluoräthyien mit Hexafluorpropylen und von Tetrafluoräthylen mit Chiortrifluoräthylen; Copolymere von Tetrafluoräthylen mit perfluorierten Äthern, wie insbesondere mit Perfluor (alkylvinyl)-äthern der Formel CF2=CFORf, worin Rf ein perfluorierter, vorzugsweise geradkettiger Alkylrest mit 1 bis 8, vorzugsweise 2 bis 4 C-Atomen ist, aber auch mit ringförmigen perfluorierten äthern, die das oder die Äther-Sauerstoff-Atome im Ring enthalten, wie insbesondere Perfluor(2-methylen-4-methyl-1.3-dioxolan); Copolymere von Chlortrifluoräthylen mit Olefinen der Formeln CH2=CH-R und CH2=CR2 in der oben genannten Bedeutung, vorzugsweise mit Athylen; ferner die folgenden Terpolymerisate, bestehend aus Einheiten der im folgenden genannten Nononleren: Tetrafluoräthylen/Hexafluorpropylen/Vinylidenfluorid; Tetrafluoräthylen/Hexafluorpropylen/ein Olefin der obengenannten Bedeutung, insbesondere Äthylen; Tetrafluoräthylen/Hexafluorpropylen/ein perfluorierter Äther der obengenannten Bedeutung, insbesondere Perfluor(äthylvinyl)-äther, Perfluor(propylvinyl)äther, oder Perfluor (2-methylen-4-methyl-1.3-dioxolan); Tetrafluoräthylen/Vinylidenfluorid/ein Olefin der obengenannten Bedeutung, insbesondere Äthylen; Tetrafluoräthylen/Vinylidenfluorid/ein perfluorierter Äther der vorstehend genannten Bedeutung; Tetrafluoräthylen/ein Olefin der obengenannten Bedeutung/ein perfluorierter Äther der obengenannten Bedeutung; Tetrafluoräthylen/Chlortrifluoräthylen/ein Olefin der obengenannten Bedeutung; Chlortrifluoräthylen/Hexafluorpropylen/ein Olefin der obengenannten Bedeutung; Chlortrifluoräthylen/Vinylidenfluorid/ein Olefin der obengenann ten Bedeutung; Außer den Homopolymeren des Vinylidenfluorids sind Copolymere, bestehend aus folgenden Monomeren, für die erfindungsgemäß eingesetzten Fluorkohlenstoff-Folien besonders bevorzugt (es sind jeweils die Anteile in Mol.-% angegeben, in dene die genannten Monomeren im Copolymeren vorliegen): Tetrafluoräthylen/Äthylen (70 bis 30/30 bis 70, zu vorzugsweise 60 bis 5o/4o bis 50); Tetrafluoräthylen/Hexafluorpropylen (85 bis 55/15 bis 45, vorzugsweise 80 bis 60/20 bis 40); Tetrafluoräthylen/Perfluor(propylvinyl)äther (97 bis 90/3 bis 1( vorzugsweise 97 bis 94/3 bis 6), Chlortrifluoräthylen/Äthylen (70 bis 30/30 bis 70, vorzugsweise 60 bis 50/40 bis 50); Tetrafluoräthylen/Vinylidenfluorid/Hexafluorpropylen (65 bis 40/30 bis 45/5 bis 15); Tetrafluoräthylen/Äthylen/Hexafluorpropylen (70 bis 30/28 bis 55/2 bis 15, vorzugsweise 6o bis 40/38 bis 52/2 bis 8) und Tetrafluoräthylen/Äthylen/Perfluor(propylvinyl)äther (97 bis 65/1 bis 10/2 bis 25, vorzugsweise 97 bis 75/1 bis 5/2 bis 20).
  • Alle obengenannten polymeren Materialien, für die erfindungsgemäß eingesetzten Fluorkunststoff-Folien - bis auf Polytetrafluoräthylen - sind auf Verarbeitungsmaschinen für Thermoplasten nach üblichen Verfahren verformbar. Demgemäß können solche Folien entweder im Extrusionsverfahren über Breitschlitzdüsen zu Flachfolien oder über Folienblasköpfe zu Blasfolien extrudiert werden. Letztere können dann entweder aufgeschnitten oder nach bekannten Verfahren mit Hilfe von Quetschwalzen unter Anwendung von Wärme oder Druck flachgelegt und doubliert werden. Ebenso können Folien aus diesen Materialien auf üblichen Kalandern für Thermoplaste hergestellt werden. Polytetrafluoräthylen-Folien werden vorzugsweise nach der bekannten Schälfolientechnik aus gepreßten und dann gesinterten Blöcken hergestellt. Die Dicke der eingesetzten Fluorkunststoff-Folien soll zwischen 25 und 300 µm, vorzugsweise 50 bis 100/um liegen.
  • Das spezifische Gewicht beträgt etwa 1,5 bis 2,5 g/cm , vorzugsweise 1,6 bis 2,2 g/cm3.
  • Die derart beschriebenen Fluorkunststoff-Folien besitzen ausgezeichnete mechanische Eigenschaften; sie sind leichter und billiger als Glas und besitzen ferner eine gute Wetter-, Kälte-und Wärmebeständigkeit. Von besonderem Vorteil ist, daß ihre Dauertemperaturbeständigkeit (worunter verstanden werden soll, daß bei Dauerbelastung über einen Zeitraum von fünf Jahren mit derartigen Temperaturen die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Rißfestigkeit, noch oberhalb 50 % der ursprünglichen 0 Werte liegen) in allen Fällen wesentlich oberhalb 105 C liegt.
  • Sie beträgt bei einigen Materialien bis zu 2600C, bei den meisten Nateralien 1800C; auf jeden Fall sollte die Dauertemperaturbeständigkeit der erfindungsgemäßen Abdeckfolien zweckmäßigerweise mindestens 1400C betragen. So besitzt beispielsweise eine Folie aus einem Copolymeren voii Tetrafluoräthylen/Athylen im EIolverhältnis 1 : 1 eine Dauertemperaturbeständigkeit von 1500C, eine Folie aus Polyvinylidenfluorid ebenfalls von 1500C,.- Folien aus Copolymeren von Tetrafluoräthyler Hexafluorpropylen von 180°C bis 200°C, Folien aus Copolymeren von Chlortrifluoräthylen/Äthylen von 150 bis 160°C. Folien aus Polytetrafluoräthylen besitzen gar eine Dauertemperaturbeständig keit bis zu 260°C. Somit ist eine Beeinträchtigung der Abdeckkng auch bei langdauernder Belastung durch hohe Temperaturen ausgeschlossen. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Fluorkunststoff-Folien zur Abdeckung von Solarkollektoren ist das ausgezeichnete antiadhäsive Verhalten, das einerseits ein Ansetzen von Schmutz verhindert, andererseits eine Reinigung überaus leicht gestaltet. Dasselbe trifft~zu für dens Ansetzen von Eis und Schnee und dies ist ein ganz wesentlicher Vorteil gegenüber Glas. So können Solarkollektoren, abgedeckt mit den genanntentluorkunststoff-Folien in vorteilhafter Weise im Hochgebirge und in Schneegebieten Verwendung finden, wo bei überaus starker Sonneneinstrahlung mit Eis- und Schneeansatz gerechnet werde muß. Hier ist außerdem von Vorteil, daß die erfindungsgemäßen Abdeckfolien im allgemeinen auch noch bei Temperaturen unter -600C, oftmals sogar unter -80°C eingesetzt werden können. In Küstengebieten, in denen mit Seewasserbeschlag bzw. Salzablagerungen gerechnet werden muß, ergebon sich ebenfalls erhebliche Vorteile gegenüber Glas.
  • Von Vorteil ist fernerhin, daß die Lichtdurchlässigkeit der erfindungsgemäß eingesetzten Pluorkunsts t off-Folien im sichtbaren Bereich und die Ultrarot-Absorption im Wellenlängenbereich von etwa 7 bis 10/um (der maximalen Strahlungsdiohte der schwarzen Kollektorfläche) bei gleicher Schichtdicke größer ist als die von Polyvinylfluorid-Folien oder von Glas. Dies gilt für Folien aus polytetrafluoräthylen allerdings nur in eingeschränktem Maße, da diese meist leicht opak sind. Dieser Fluorkunststoff besitzt dafür aber den Vorteil einer extremen 1Wärme- und Kältebeständigkeit und eines besonders antiadhäsiven Verllaltells.
  • Im allgemeinen sollte der mittlere, schicht-dickenunabhängige Lichtdurchlässigkeitstoeffizient im sichtbaren Bereich, d.h. die über den sichtbaren Bereich gemittelte (integregierte) Durchlässigkeit bezogen auf eine bestimmte Einheitsdicke und der entsprechende Wert für die Ultrarotabsorption im Wellenlängenbereich von etwa 7 - 10/um , bei den erfindungsgemäßen Abdeckfolien mehr als 80 io, vorzugsweise mehr als 90 , betragen, sofern sie unverstärkt sind. Im Falle der Verstärkung durch Fasern - wie nachfolgend beschrieben - tritt eine gewisse Beeinträchtigung dieser Werte ein, die in der Regel durch die Zunahme der mechanischen Festigkeit tragbar ist; im allgemeinen können dabei Wertminderungen von 10 bis 20 % inlcauf, genommen werden.
  • Zur Erhöhuiig der mechanischen Festigkeit können die Fluorkunststoff-Folien eine Armierung aus organischen oder anorganischen Fasern enthalten, beispielsweise Glasfasern (Synthesefasern, soweit diese ausreichend temperaturbeständig sind) oder Metallfasern Um eine größere Beeinträchtigung der Lichtdurchlässigkeit zu vermeiden, werden diese zweckmäßigerweise in Form von weitmaschigen Geweben oder offenen Vliesen angebracht, was beim Doublieren von Glasfasern besonders einfach zu bewerkstelligen ist.
  • Gemäß der Erfindung wird weiterhin vorgeschlagen, daß als Abdeckung zwei oder mehrere Kunststoff-Folien vorgesehen sind, wobei die dem j3iech zugeordnete lichtdurchlässige und ultrarotreflektierende erste Folie aus dem erfindungsgemäß eingesetzten Fluorkunststoff und die darüber im Abstand angeordnete zweite Folie gegebenenfalls aus einem anderen Kunststoff, vorzugsweise jedoch auch aus diesem Fluorkunststoff besteht. Die Verwendung mehrerer Folien hat den Vorteil, daß dieäußere Folie den Wind von der zweiten Folie abhält, so daß die gegebenenfalls durch den über die Folie streichenden Wind entstehenden Wärmeverluste gemindert werden. Die äußerste Folie ist vorzugsweise gleichfalls aus dem erfindungsgemäß eingesetzten Pluorkunststoff, jedoch kann sie auch gegebenenfalls aus einem anderen Kunststoff bestehen.
  • Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist auf der sonnenabgewandten Seite des Bleches, in vorteilhafter Weise vorzugsweise im Falle von Aluminium eine Metallschicht/,aus Aluminiumfolie vorgesehen, ine Reinheit von 99,9 bis 99,5 %, vorzugsweise 99,8 bis 99,7 % aufweist und an ihrer Außenfläche oxydiert ist, wobei die Rauhigkeit der Außenfläche o,6 bis O,8'um, vorzugsweise 0,7 µm beträgt. Al2O3 ist in seiner dreidimensionalen Ausbildung als Saphir fast ideal durchlässig für Infrarot, und es wurde gefunden, daß dies unter bestimmten Umständen auch für das Eloxal trotz seiner bekannten stöchiometrischen Fehlordnung gilt. Man erzielt dadurch ohne weiteres # = 11 fy bei einer mittleren Rauhigkeit über 3/um. Nach der vorliegenden Erfindung kann die Emissivität bis oder sogar unter 5 °yó im interessieronden Strahlungsbereich von 4 bis 10 µm vermindert werden, wenn man die Oberfläche der Al-Platte auf eine mittlere Rauhigkeit unterhalb von 10 9o' der Infrarotwellenlänge am Strahlungsmaximum - bei 400°K Absorbertemperatur 7,2 µm - also etwa 0,7 µm glättet. Überraschenderweise wurde festgestellt, daß Al-Folieii für Verpackungszwecke beim Walzprozess eine so geringe Rauhigkeit erhalten, daß sie ohne Weiterbehandlung zur Unterdrückung der Wärmerückstrahlung verwendet werden können.
  • Die Folien werden am einfachsten auf die Schattenseite des Absorbers aufgelegt. Bezüglich der optimalen Reinheit des Aluminium wurde festgestellt, daß zwar Reinst-Aluminium von 99,999% bis 99,99% optimal leitet und besonders fest haftende Al2O3 - Schichten aufweist und bei Verletzungen sofort regeneriert, aber zu weich ist; ein vorteilhafter Kompromiss zwischen optischen und antikorrosiven Eigenschaften einerseits, Festigkeit und Preis andererseits besteht bei einer Reinheit von vorzugsweise 99,8 bis 99,7% hl-Gehalt. Durch diese erfindungsgemäßsse Maßnahme gelingt es, die Emissivität der blanken Seite des Absorbers auf vorzugsweise 5 % zu vermindern.
  • Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung besteht das die Sonnenwärme absorbierende Kollektorblech aus zwei dicht miteinander verbundenen Blechen, wobei in das untere Blech Kanäle für das Wärmeübertragungsmedium eingearbeitet sind, Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Kollektorbleche aus Stahlblech bestehen, wobei die der Sonne abgewandte Seite mit Al-Folie bedeckt ist.
  • Es ist auch vorteilhaft, die Absorberplatten mit eingearbeiteten Flüssigkeitsrohren aus zwei Al-Blechen von je etwa 0,5 bis 1mm herz stellen, um eine Optimierung des Wärmeübergangs zwischen Kollektorblech und Wärmeübertragungsmedium und um einen Leichtbau zu erreichen. Aus Kostengründen kann man aber auch billigeres Material, z.B. unlegiertes Kesselbau-Stahlblech nehmen, bei dem nur auf der Schattenseite die Oberfläche mit Al-Folie bedeckt ist. Bei dieser Variante wird die Festigkeit von den Stahlblechen übernommen, so daß erfindungsgemäss die Plattierung mit Reinst-Al (ca. 99,99%) durchgeführt werden kann, welches noch festere und regenerationsfähigere Al2O3-Schichten erbringt.
  • Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist als Wärmeisolierung des Kollektors besonders vorteilhaft die Verwendung von durch Extrusion hergestellten Polystyrol-Elementen. Das extrudierte Polystyrol hat den Vorzug ausreichender Festigkeit und Elastizität. Trotz des Verdichtungsprozesses wiegt eine erfindungsgemäße, z.B. zwei cm dicke Wärmedämmplatte nur 2 86 g pro m und ist durch ihre helle glänzende Oberfläche geeignet, Wärmeverluste zu mindern.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur 1 dargestellt, die in schematischer Darstellung den Aufbau eines erfindungsgemäßen Sonnenenergiekollektors zeigt.
  • dieser In Fig. 1 besteht das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kollektors aus einem obenen Blech 2 mit integrierten Rohrleitungen die miteinander verklebt sind und einen gemeinsamen Anschluß 6 für das einlaufende kalte Wärmeübertragungsmedium und einen gemeinsamen Anschluß 8 für das ablaufende erwärmte Wärmeübertragunsmedium besitzen. Auf der sonnenzugewandten Seite des Bleches 2 ist eine Schwarzfarbenschicht 10 aufgetragen. Zur Minderung von Wärmeverlusten sind im Ausführungsbeispiel über der Schwarzfarbenschicht 10 drei im Abstand übereinander angeordnete, für Sonnenlich durchlässige Abdeckungen 12, sorge 16 vorgesehen. Zur weiteren Minderung von Wärmeverlusten ist die sonnenabgewandte Seite des Bleches 2 mit einer Ultrarot-Strahlung verhindernden Metallschicht 18 und einer Schaumstoffisolierung 20 versehen.
  • nls material ist für das Blech 2 Aluminium vorgesehen. Es ist aber auch möglich, ein einfaches Material, wie z.B. Stahlblech, wie es im Kesselbau gebraucht wird, oder auch Kunststoff zu verwenden.
  • Es ist selbstverständlich und liegt auch im Rahmen der Erfindung, daß der das erwärmte Medium zum Verbraucher führende Leitungsabschnitt 8 ausreichend gegen unerwünschten Wärmeverlust isoliert ist, beispielsweise mittels Dämmschichten aus Polystyrol.
  • Zur Schwärzung der einen Blechseite findet eine mattschwarze Farbe Verwendung. Diese Farbe (black velvet), vorzugsweise das Produkt Velvet Coating 2010 der Firma "3 M", hat unter anderen die Eigenschaft, sowohl bei hohen Betriebstemperaturen, wie z.B.
  • 2 50 C, als auch bei tiefen Temperaturen, wie z.B. -80 Oc monatelang ihr Absorptionsvermögen von 95 bis 98 Qp, vorzugsweise 96 bis 97 ß beizubehalten. Die erfindungsgemäß mit dieser Schwarzfarbe ausgestatteten Sonnenenergiekollektoren lassen sich daher in einem weiten Temperaturbereich einsetzen, beispielsweise von -60°C bis etwa + 1700C, vorzugsweise -300C bis +150 C. Darüberhinaus erfüllt diese Farbe in vorteilhafter Weise auch die Forderung, daß durch deren Bindungsmittel ein äußerst minimaler Temperaturabfall erfolgt, d.h. der Temperaturverlust von der schwarzen Farbschicht auf den Farbträger (Blech) ist vernachlässigbar klein. Auch ist die Resistenz gegen korrodierende Bestandteile der Atmosphäre gut. Da sich weiterhin die Farbe nicht iiur mit dem Pinsel, sondern nach Verdünnung mit einem Zusatz aufsprühen läßt, betragen die Schwärzungskosten weniger -als 1 djo der Investition für den kompletten Absorber.
  • In einem gewissen Abstand von der Schwarzfarbenschicht liegt die erste Fluorkunststoff-Folie 16. Diese Folie ist spektralselektiv, d.h sie hat eine Durchlässigkeit für Sonnenstrahlen von vorzugsweise größer als 90 % und eine Absorptionsvermögen für die Ultrarot-Strahlung der Schwarzfarbenschicht im Wellenlängenbereich 7 bis 10/um von vorzugsweise größer als 90 io.
  • Damit wird der Wärmeverlust des Kollektors durch Ultrarot-Rückstrahlung zur Sonne wesentlich gemindert. Oberhalb der Folie 16 im Ausführungsbeispiel ist eine Folie 14 angeordnet, die von ersterer mittels Halterungen im Abstand von ca. 1 bis 10 mm gehalten wird; darüber befindet sich im gleichen Abstand eine weitere Folie 12. Die Folien 14 und 12 können ebenfalls aus dem erfindungsgemäßen Fluorkunststoff bestehen; aus Kostengründen kann jedoch gegebenenfalls auch ein anderer lichtdurchlässiger und witterungsbeständiger Kunststoff verwendet werden.
  • Die Anordnung dieser zusätzlichen Folien 12, 14 verhindert eine Wänneableitung durch Konvektion oder durch Wind an die Umgebung.
  • Auf der sonnenabgewandten Seite des Bleches 2 ist die Metallschicht 18 aufgebracht, nämlich eine Al-Folie,deren Oberseiten eine Al 0 -Schicht mit einer Oberflächenrauhigkeit von weniger als 0,7 µm besitzt. Diese Metallschicht verhindert eine Wärmeabstrahlung in Richtung der sonnenabgewandten Seite des Kollektors.
  • Für die Schaumstoffisolierung wird vzugsweise extrudiertes Polystyrol verwendet. Extrudiertes Polystyrol ist witterungsbeständig, insbesondere wasserabstoßend, und hat eine sehr niedrige Wärmeleitzahl.
  • Bedingt durch die Folie 16, die hohe Absorptionsfälligkeit der schwarzen Farbe 12, der Anordnung der Ultrarot-Strahlung verhindernden Metallschicht 18 auf der anderen Blechseitc, sowie die isolierende Abschirmung 20 durch Schaumstoffs erfolgt eine intensive Värmekonzentration im Blech 2. Es~wurden bei halbbewölktem Januarhimmel und 80C im Schatten Temperaturen am Kollektorblech von 75°C erzielt. Dabei betrug das Gewicht eines Quadratmeters Absorbierfläche nur 15,5 kg.
  • Anstatt einer Al-Folie oder zusätzlich kann man auf der Rückseite des Wärmetausches einen Al-oder Cu-Schild anbringen, der gut wärmeleitend mit der Kaltwasserführung verbunden ist und somit auf grund auftretender Temperaturgradienten einen Teil der rückwärtig abstrahlenden Energie auffängt und mit zur Aufheizung des Wassers dient. Die Verlustwärme wird auf diese Weise reduziert.

Claims (7)

Patentansprüche
1. kollektor für Sonnenwärme, mit einem geschwärzten Blech, dessen der Sonne zugewandte Fläche eine spektralselektive Abdeckung zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der sonnenzugewandten Fläche des Bleches (2) aufgebrachte Schwarzfarbe (10) ein Absorptionsvermögen von 95 bis 98 % und einen im wesentlichen verlustfreien Wärmeübergang auf das Blech aufweist, daß weiterhin die Abdeckung (12,14,16) aus wenigstens einer der Fluorkunststoff Fluorkunststoff-Folie besteht, wobei ein Homopolymeres des Tetrailuorathylens oder Vinylidcnfluorids oder thermoplastisc verarbeitbares fluorhaltiges Copolymeres darstellt, in dem mindestens eines der darin enthaltenen Monomeren ein Fluorolefin ist, das CF2-Gruppen in die Hauptkette des Copob merken einführt, daß-ferner auf der sonnenabgewandten Fläche des Bleches (2) eine Ultrarot-Strahlung verhindernde Metallschicht (18) angeordnet ist und daß schließlich die Metallschicht (18) mit einer 1 rmeisolierung (20) abgedeckt ist.
2. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht (18) aus einer Aluminium-Folie besteht, die eine Reinheit von 99,9 bis 99,5 , vorzugsweise 99,8 bis 99,7 % aufweist und an ihrer Außenfläche oxydiert ist, wobei die Rauhigkeit der Außenfläche 0,6 bis 0,8/um, orzugsweise 0,7 µm, beträgt.
3. Kollektor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kollektorblech (2) auf der sonnenabgewandten Seite eine Isolierung (20) aus extrudiertem Polystyrol aufweist.
4. Kollektor nach Anspruch 1 bis- 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kollektorblech aus zwei dicht miteinander verbundenen Blechen besteht, wobei in das untere Blech Kanäle für das Wärmeübertragungsmedium eingearbeitet sind,
5. Kollektor nach Anspruch 4, dadurch çekennzeichnet, daß das zur Sonne gerichtete obere Blech des Sonnenkollektors aus Eisen und das andere aus Aluminium besteht.
6. Kollektor nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastisch verarbeitbare fluorhaltige Copolymere einen Schmelzindex, nach DIN 53 735, von 2 bis 35 g/10 min, gemessen bei 11 kg Belastung der Schmelze in der Düse und bei einer Temperatur jeweils 30 0C über dem Schmelzpunkt des jeweiligen Copolymeren, aufweist.
7. Kollektor nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gokennzeichnet, daß die Fluorkunststoff-Folie aus einem Copolymeren, gebildet aus Tetrafluoräthylen/Äthylen, Tetrafluoräthylen/ Hexafluorpropylen, Tetrafluoräthylen/Perfluor(propylvinyl) äther, Chlortrifluoräthylen/Äthylen, Tetrafluoräthylen/ Vinylidenfluorid/Hexafluorpropylen, Te trafluoräthylen/ Äthylen/Hexafluorpropylen oder Tetrafluoräthylen/Perfluor (propylvinyl)äther/Hexafluorpropylen besteht.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2711807A1 (de) * 1977-03-18 1978-09-21 Dornier System Gmbh Spektralselektive kunststoffolie fuer die solartechnik
EP0027718A1 (de) * 1979-10-18 1981-04-29 Optical Coating Laboratory, Inc. Gegenstände mit optischen Eigenschaften, selektive Sonnenenergieabsorber und Bauelemente für Solarheizung
GR890100539A (en) * 1988-09-16 1990-10-31 Boettcher Alfred Insulating method
EP2544246A1 (de) * 2011-07-06 2013-01-09 INOTECH Kunststofftechnik GmbH Kombi-Solarmodul sowie Verfahren zum Herstellen eines solchen Moduls
EP2270874A3 (de) * 2009-06-17 2013-01-16 Lars-Ake Falldin Thermoelektrischer doppelseitiger Sonnekollektor und Verfahren zur doppelten Sammlung von Sonnenenergie

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2711807A1 (de) * 1977-03-18 1978-09-21 Dornier System Gmbh Spektralselektive kunststoffolie fuer die solartechnik
EP0027718A1 (de) * 1979-10-18 1981-04-29 Optical Coating Laboratory, Inc. Gegenstände mit optischen Eigenschaften, selektive Sonnenenergieabsorber und Bauelemente für Solarheizung
GR890100539A (en) * 1988-09-16 1990-10-31 Boettcher Alfred Insulating method
EP2270874A3 (de) * 2009-06-17 2013-01-16 Lars-Ake Falldin Thermoelektrischer doppelseitiger Sonnekollektor und Verfahren zur doppelten Sammlung von Sonnenenergie
EP2544246A1 (de) * 2011-07-06 2013-01-09 INOTECH Kunststofftechnik GmbH Kombi-Solarmodul sowie Verfahren zum Herstellen eines solchen Moduls

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