DE2604019A1 - Selektiver absorber fuer strahlung aus dem bereich des sonnenspektrums - Google Patents

Selektiver absorber fuer strahlung aus dem bereich des sonnenspektrums

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    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
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    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S10/00Solar heat collectors using working fluids
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Description

PHILIPS PATENTVERWALTUNG GMBH, 2 Hamburg 1, Steindamm 94
Selektiver Absorber für Strahlung aus dem Bereich des Sonnenspektrums .
Die Erfindung betrifft einen Solarabsorber entsprechend dem Gattungsbegriff des Hauptanspruches.
Wenn Strahlung von der Sonne auf ein kälteres Objekt trifft, wird ein Teil der Energie reflektiert und geht dadurch verloren; der Rest der Strahlung wird entweder absorbiert oder durch Transmission weitergeleitet. Die absorbierte Energie kann mit größerer Wellenlänge zurückgestrahlt werden. Es ist bekannt, daß schwarze Körper mehr Sonnenstrahlung absorbieren und dadurch heißer werden als weiße Körper und daß schwarze Körper im allgemeinen effiziente Strahler für Infrarotstrahlung sind. Schwarze Körper absorbieren Strahlung des sichtbaren Spektralbereichs und
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strahlen einen großen Teil dieser Energie in Form von Infrarotstrahlung aus.
Es ist bekannt, für Solarkollektoren sogenannte schwarze Spiegel oder nicht reflektierende Schichten mit einer Schichtdicke < 1/4 der Wellenlänge der Strahlung, die nur geringfügig reflektiert werden soll, zu verwenden (GB-PS 1 060 788).
Die bekannten schwarzen Schichten weisen für den Zweck der selektiven Absorption von Sonnenenergie einige Nachteile auf. Sie sind z.B. thermisch instabil bei Temperaturen > 200 0C und zeigen eine nur sehr geringe thermische Langzeitstabilität bei Temperaturen über 100 0C. Darüber hinaus ist es häufig erforderlich, mehrere Prozeßschritte nacheinander durchführen zu müssen, um die gewünschten Schichteigenschaften wie Haftung am Trägermaterial, Schichtdicke oder mechanische Stabilisierung der Oberfläche der Schicht zu erreichen. Dies gilt z.B. für durch Elektrolyse hergestellte Schichten.
Häufig müssen aus Haftungsgründen mehrere Schichten nacheinander aufgebracht werden; da aber schwarze Schichten, die als selektive Absorber für Sonnenenergie verwendet werden sollen, nur in engen Schichtdickenbereichen funktionstüchtig sind, ergeben sich beträchtliche Schwierigkeiten bei der Herstellung, um innerhalb der engen Schichtdickentoleranzen zu bleiben. Ein weiterer Nachteil sind kostspielige Ausgangsmaterialien.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Solarabsorber zu schaffen, bei dessen Herstellung alle genannten Nachteile
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vermieden v/erden können, zu dessen Herstellung also nur einfachste Prozeßschritte erforderlich sind und der mit einem besonders hohen Wirkungsgrad arbeitet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebene Ausbildung des selektiven Absorbers gelöst.
Vorteilhafte weitere Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Der Erfindung liegt folgende Erkenntnis zugrunde. Ein selektiver Absorber soll für Strahlung des Sonnenspektrums ( \ = 0,3 -2,3 ,um) eine möglichst hohe Absorption und im Bereich der Infrarotstrahlung eine möglichst hohe Reflexion besitzen. Dies kann erreicht werden, wenn Schichten aus amorphem Kohlenstoff mit einer Schichtdicke < 1,5 ,um auf einen metallischen Trägerkörper aufgebracht werden, denn dann ergibt sich einmal eine hohe Absorption für Strahlung aus dem Sonnenspektrum, eine besonders hohe Transmission für langwelligere Infrarotstrahlung und an dem Metall des Trägerkörpers eine hohe Reflexion für den infraroten Strahlungsanteil.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Werte für die Absorption von Sonnenstrahlung α und für die Emission von Infrarotstrahlung e für eine Schicht aus röntgenamorphem Kohlenstoff allein durch entsprechende Variation der Herstellungsparameter so eingestellt v/erden können,
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_ 4 —
daß sich ein beträchtlich günstigeres Verhältnis von a/e als bei den bekannten Absorberschichten ergibt. Weitere Vorteile sind die sehr wirtschaftlichen Ausgangsmaterialien, einfache Prozeßschritte und eine besonders günstige thermische Langzeitstabilität bei Temperaturen ^ 100 0C.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
Fig.1 einen Solarkollektor im Schnitt gemäß der Erfindung,
Fig.2a graphische Darstellung der Werte für die Emission von Fig.2b
Infrarotstrahlung für Schichten aus röntgenamorphem
Kohlenstoff gemäß der Erfindung bei einer Betriebstemperatur von 90 0C.
In Fig.1 ist im Schnitt ein Solarkollektor mit einer Absorptionsschicht aus röntgenamorphem Kohlenstoff (1) auf einem Trägerkörper (2) aus z.B. Aluminium dargestellt, wobei_sich dieser Kollektor in einem wärmeisolierenden Glasgehäuse (3) befindet. Die Schicht aus amorphem Kohlenstoff (1) wurde durch Aufdampfen im Vakuum hergestellt. Dazu wurde die Vakuumkammer zunächst auf einen Druck von 1,33 · 10 bis 1,33 · 10 mbar evakuiert und anschließend mit einem inerten Schutzgas (beispielsweise Stickstoff) bis zu einem Druck von 1,33 · 10 mbar gefüllt. Dieser Druck wurde während des gesamten Aufdampfprozesses aufrechterhalten. Zum Aufdampfen von amorphem Kohlenstoff auf einen Trägerkörper in Form einer Aluminiumfolie mit einer Dicke >· 0,4 ,um wurde ein
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Kohlelichtbogen verwendet. Es wurden Schichten unterschiedlicher Dicke durch Variation der Aufdampfzeiten im Bereich von 1 - 3 s hergestellt, wobei die Schichtdicken bei Werten von ^ 1,5 ,um lagen. Mit dem Bezugszeichen 4 ist ein Rohr dargestellt, das von einem Wärmetransportmedium (5) durchströmt ist.
Mit dem Bezugszeichen (6) ist eine Isolierung gegen Wärmeverluste dargestellt.
Es ist im Rahmen der Erfindung auch möglich, z.B. einen Trägerkörper in Form einer aufgedampften Silberschicht auf einem Glassubstrat zu verwenden. Die Dicke der Silberschicht sollte > 0,4 ,um sein.
In Fig.2a und Fig.2b sind die Reflexions- bzw. Emissionsspektren für vier Schichten aus röntgenamorphem Kohlenstoff unterschiedlicher Dicke angegeben (Angabe der Reflexion in % und der Emission bei einer Betriebstemperatur von 90 0C). Die Schichten wurden unter folgenden Bedingungen hergestellt:
Probe- Auf- Druck in der Wert für Wert für nummer dampf- Vakuumkammer die Ab- die Emiszeit (mbar) sorption sion von (in s) von Son- Infrarot-
nenstrah- (Wärme)-
lung Strahlung
(α) (e) a/e
50 1
51 2
53 3
55 2
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1,33*10 1,33«10 1 ,33*10 1,06-10
0,85
0,93
0,87
0,92
0,05 0,15 0,09 0,11
17 6,2 9,67 8,36
Unter diesen Prozeßbedingungen ergeben sich Werte für das Verhältnis Absorption Sonnenstrahlung/Emission Infrarotstrahlung bei 90 0C (a/e ) im Bereich von 6-17.
Als Vergleich hierzu hatte eine bekannte Kupferoxidschicht, die als selektive Absorberschicht verwendet wurde/ Werte für das Verhältnis a/e im Bereich von 6 - 7,5.
Patentansprüche:
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Claims (13)

  1. 260A019
    Patentansprüche:
    ; 1.)Selektiver Absorber für Strahlung aus dem Bereich des Sonnenspektrums, gekennzeichnet durch eine Schicht aus röntgenamorphem Kohlenstoff auf einen Trägerkörper mit metallischen Eigenschaften, insbesondere einer guten Wärmeleitfähigkeit.
  2. 2. Absorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoff eine Korngröße im Bereich von > 0,2 bis < 0,5,um hat.
  3. 3. Absorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus Kohlenstoff eine Dicke im Bereich von > 0,1 bis < 1,5 ,um hat.
  4. 4. Absorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper eine Metallschicht ist.
  5. 5. Absorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper eine Metallfolie ist.
  6. 6. Absorber nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper aus Aluminium besteht.
  7. 7. Absorber nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper aus Kupfer besteht.
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  8. 8. Absorber nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper aus Gold besteht.
  9. 9. Absorber nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper aus Silber besteht.
  10. 10. Absorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er in ein wärmeisolierendes Gehäuse aus Glas eingebaut ist.
  11. 11. Verfahren zur Herstellung eines Absorbers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus röntgenamorphem Kohlenstoff durch Aufdampfen im Vakuum bei einem Druck im
    -1 -3
    Bereich von etwa 1 · 10 bis 1 · 10 mbar unter Schutzgasatmosphäre hergestellt wird.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß für die Schutzgasatmosphäre Argon, Stickstoff oder Sauerstoff verwendet wird.
  13. 13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägerkörper eine Metallschicht oder eine Metallfolie verwendet wird mit einer Dicke > 0,4 ,um.
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