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Verfahren zur Herstellung von konzentrierenden
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Sonnenkollektoren Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur
Herstellung von konzentrierenden Sonnenkollektoren unter Verwendung einer reflektierenden
Schicht und einer im wesentlichen selbsttragenden Schale.
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Bei konzentrierenden Sonnenkollektoren wird die einfallende Sonnenstrahlung
konzentriert. Dadurch können wesentlich höhere Temperaturen erzielt werden als mit
Flachkollektoren. Im wesentlichen sind zwei Formen von konzentrierenden Kollektoren
im Gebrauch, nämlich zylindrische Parabolkollektoren und kreisförmige Parabolspiegel.
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Es ist bekannt, konzentrierende Sonnenkollektoren in der Weise herzustellen,
dass eine Kollektorschale gefertigt wird und in diese von Hand eine reflektierende
Schicht eingeklebt wird.
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Nachteilig an dieser bekannten Herstellungsweise ist, dass diese sehr
arbeitsintensiv und daher unwirtschaftlich ist. Bei Verwendung von reflektierenden
Schichten aus Glas besteht ferner die Gefahr, dass das Glas zu Bruch geht.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens, mit dem
konzentrierende Sonnenkollektoreinheiten, insbesondere solche mit einer reflektierenden
Glasschicht, in wirtschaftlicher Weise hergestellt werden können, ohne dass die
Gefahr besteht, dass die reflektierende Glasschicht beschädigt wird.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass diese Aufgabe dadurch
gelöst werden kann, dass eine biegsame reflektierende Schicht auf einen Formkern
aufgelegt wird und mit einer selbsttragenden Schale ummantelt wird.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von konzentrierenden
Sonnenkollektoren unter Verwendung
einer reflektierenden Schicht
und einer im wesentlichen selbsttragenden Schale, das dadurch gekennzeichnet ist,
dass eine biegsame reflektierende Schicht auf einen Formkern aufgelegt wird, auf
die reflektierende Schicht gegebenenfalls eine Bindemittelschicht aufgebracht wird,
auf die reflektierende Schicht oder die Bindemittelschicht das die selbsttragende
Schale bildende Material in flüssiger Form, gegebenenfalls zusammen mit festen Verstärkungsmitteln
aufgebracht wird, die selbsttragende Schale sowie die gegebenenfalls vorgesehene
Bindemittelschicht verfestigt werden, und der solchermassen hergestellte Gesamtkörper
in Sonnenkollektoreinheiten oder Teile derselben unterteilt wird.
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Vorzugsweise wird als reflektierende Schicht eine biegsame, verspiegelte
Glasschicht verwendet.
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Das erfindungsgemässe Verfahren gestattet es, konzentrierende Sonnenkollektoreinheiten
mit geringem Arbeitsaufwand und daher äusserst wirtschaftlich herzustellen. Ein
weiterer Vorteil liegt darin, dass das Verfahren kontinuierlich oder halbkontinuierlich
durchgeführt werden kann. Eine Beschädigung der reflektierenden Schicht wird beim
erfindungsgemässen Verfahren weitgehend ausgeschalten. Dies ist insbesondere beim
Einsatz von reflektierenden Schichten aus verspiegeltem Glas von wesentlicher Bedeutung.
Die Sonnenkollektoreinheiten können mit exakten Abmessungen gefertigt werden. Dadurch
wird ihre hohe Leistung sichergestellt.
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Das erfindungsgemässe Verfahren eigenet sich sowohl zur Herstellung
von Parabolzylinderkollektoren als auch kreisförmigen Parabolspiegeln.
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Vorzugsweise wird als reflektierende Schicht eine biegsame, verspiegelte
Glasschicht eingesetzt. Die Verspiegelung kann gewünschtenfalls mit einer Schutzlackschicht
versehen sein.
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Als biegsame Glas schichten kommen insbesondere segmentierte Glasschichten
in Betracht. Eine solche segmentierte Glasschicht besteht im wesentlichen aus einer
Glasmatte, die aus einzelnen,nebeneinander liegenden Glasstreifen aufgebaut ist,
wobei die Glasstreifen eine reflektierende Schicht und gegebenenfalls eine Schutzschicht
tragen.
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Die Glasmatte ist mittels einer Haftschicht auf einer Trägerfolie
vorgesehen. Die einzelnen Glasstreifen sind zwar nicht biegbar, in ihrer Gesamtheit
ist diese segmentierte Glas schicht jedoch als biegsame Glasschicht anzusprechen.
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Eine solche segmentierte Glas schicht kann beispielsweise in der Weise
hergestellt werden, dass eine Glasplatte auf einer Seite mittels einer Haftschicht
mit einer Trägerfolie verbunden wird, danach die Glasplatte zum Ritzen und Brechen'in
Glasstreifen unterteilt wird und auf die Glasstreifen eine reflektierende Schicht
und gegebenenfalls darauf eine Schutzschicht aufgebracht werden.
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Solche segmentierte Glasspiegelschichten sind leicht herstellbar und
transportierbar und zeichnen sich durch gute Temperaturbeständigkeit, Witterungsbeständigkeit
sowie ein hohes Reflexionsvermögen aus.
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Die Dicke der Glasplatte kann beispielsweise 0,3 bis 2 mm betragen.
Die Trägerfolie kann aus jedem geeigneten biegsamen
Foliematerial
bestehen. Die Breite der einzelnen Streifen kann beispielsweise 0,5 bis 3 cm betragen.
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Schmale Streifen werden gewählt, wenn die segmentierte Glas schicht
einer starken Krümmung unterworfen werden soll. Die Länge der Streifen kann beispielsweise
5 bis 50 cm betragen.
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Die Unterteilung der Glasplatte kann auch in anderer Form als Streifenform
erfolgen. Beispielsweise ist für kreisförmige Sonnenkollektoren eine Segmentierung
in trapezförmige Stücke vorteilhaft.
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Als reflektierende Schicht kann in üblicher Weise eine dünne Silber-
oder Aluminiumschicht aufgebracht werden. Zum Schutz der reflektierenden Schicht
wird überlicherweise eine Lackschutzschicht vorgesehen.
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Ferner sind als reflektierende Schicht Glasspiegelfolien bestens geeignet.
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Unter Glasspiegelfolien werden verspiegelte Glasplatten so geringer
Stärke verstanden, dass diese biegsam sind.
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Nach unten ist der Stärke der Glasfolie theoretisch keine Grenze gesetzt.
Sie kann beispielsweise nur wenige ßm betragen. Die Herstellung sehr dünner Glasfolien
ist jedoch schwierig. Die Stärke der verwendeten Glasfolien hängt daher von wirtschaftlichen
Gesichtspunkten ab.
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Glasfolien mit einer Stärke zwischen 0,1 und 1 mm sind geeignet. Vorzugsweise
werden solche mit einer Stärke zwischen 0,1 und 0,5 mm verwendet.
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Die Glasfolie ist mit einer reflektierenden Schicht, beispielsweise
einer Silberschicht oder Aluminiumschicht versehen.
Anstelle der
üblichen Verspiegelung kann die Glasfolie mit einer reflektierenden Metallfolie
versehen werden. Die reflektierende Schicht wird gegebenenfalls zu deren Schutz
mit einer Schutzschicht, üblicherweise einer Lackschicht, versehen.
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Zur Erleichterung der Handhabung der Glasfolie kann diese mittels
einer Haftschicht mit einer Trägerfolie, beispielsweise aus Kunststoff, verbunden
sein.
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Glasspiegelfolien zeichnen sich durch hohes Reflexionsvermögen sowie
durch gute Witterungsbeständigkeit aus.
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Glasspiegelfolien eignen sich sowohl für Parabolzylinderspiegei als
auch kreisförmige Parabolspiegel. Zur Herstellung von kreisförmigen Parabolspiegeln
kann auch eine Segmentierung der Glasfolie in trapezförmige oder kreisausschnittförmige
Abschnitte vorgenommen werden.
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Anstelle von biegsamen verspiegelten Glas schichten kommen jedoch
auch andere reflektierende Schichten in Betracht, wie beispielsweise reflektierende
Metallfolien, z.B.
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Aluminiumfolien, oder reflektierende Kunststoffolien.
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Der Formkern, auf den die reflektierende Schicht aufgelegt wird, gibt
der selbsttragenden Schale ihre Form. Der Formkern kann feststehend oder drehbar
ausgebildet sein.
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Geeignet sind längliche rotierende Wickelkerne.
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Der Querschnitt des Wickelkerns ist vorzugsweise doppelparabelförmig.
Der entstehende Gesamtkörper wird durch anschliessendes Schneiden in Längsrichtung
in zwei längliche
Kollektorwannen mit parabelförmigem Querschnitt
geteilt. Alternativ kann ein länglicher Formkern eingesetzt werden, dessen Querschnitt
aus mehreren Parabelsegmenten, beispielsweise sieben Halbparabelsegmenten, zusammengesetzt
ist. Die Länge des Formkerns kann ein vielfaches der Länge der gewünschten Kollektoreinheit
betragen. Auf diese Weise können mehrere Kollektoreinheiten gleichzeitig geformt
werden. Die einzelnen Kollektoreinheiten oder Teile derselben werden durch anschliessendes
Zerschneiden erhalten.
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Zur Herstellung von kreisförmigen Parabolspiegeln kann ein Formkern
eingesetzt werden, der die Gestalt eines Doppelparaboloids aufweist.
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Die reflektierende Schicht wird auf den Formkern vorzugsweise solchermassen
aufgelegt, dass diese auf dem Formkern haftet. Die Haftung kann beispielsweise dadurch
erreicht werden, dass das Innere des Formkerns mit Unterdruck beaufschlagt wird.
Am Formkernumfang sind in Abständen angeordnete kleine Löcher vorgesehen. Der Formkerninnenraum
kann in Segmente unterteilt sein.
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Alternativ kann die Haftung durch eine selbstklebende Schicht bewirkt
werden, die auf dem Formkern oder der reflektierenden Schicht vorgesehen wird.
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Es ist jedoch auch möglich, die reflektierende Schicht auf dem Formkern
auf andere Weise zu befestigen. Beispielsweise können auf dem Formkern kleine Stifte
vorgesehen werden, in die die reflektierende Schicht mit einer auf dieser vorgesehen
Perforation eingehängt wird.
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Nachdem der Formkern mit der reflektierenden Schicht belegt ist, wird
als erstes gegebenenfalls ein Bindemittel aufgebracht, das eine feste Verbindung
zwischen reflektierender Schicht und Schale gewährleistet. Beispiele für geeignete
Bindemittel sind Acrylharze, Epoxidharze, Siliconkautschuk und Asphalt. Es wird
bevorzugt, als Bindemittel einen elastischen Klebstoff einzusetzen. Bei Verwendung
von segmentierten Glas schichten als reflektierende Schicht ist es vorteilhaft,
wenn das Bindemittel in die Zwischenräume zwischen den einzelnen Segmenten eindringt.
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Das Bindemittel wird vorzugsweise durch Aufsprühen oder Aufstreichen
auf die reflektierende Schicht aufgebracht.
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Das Vorsehen einer Bindemittelschicht kann jedoch entfallen, wenn
die Bindung zwischen reflektierender Schicht und der selbsttragenden Schale aufgrund
des für die selbsttragende Schale verwendeten Materials ausreichend ist.
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Die selbsttragende Schale besteht vorzugsweise aus Kunststoff. Insbesondere
haben sich Schalen aus verstärkten Polyesterharzen bewährt. Als Verstärkungsmittel
sind insbesondere Glasfasern geeignet.
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Das Aufbringen der mit Glasfasern verstärkten Polyesterschicht erfolgt
vorzugsweise derart, dass das Polyestermaterial auf die reflektierende Schicht bzw.
das gegebenenfalls vorgesehene Bindemittel, die auf dem rotierenden Wickelkern aufgebracht
sind, kontinuierlich aufgesprüht oder aufgetragen wird und gleichzeitig ein Garn
aus Polyesterfasern um den sich drehenden Formkern gewickelt wird. Alternativ können
Glasfasermatten oder Glasfaserbänder als Verstärkungsmittel aufgebracht werden.
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Es kommt auch in Betracht, ein Gemisch aus Polyestermaterial und Glasstapelfasern
aufzuspritzen.
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Die selbsttragende Schale kann auch aus Polyurethan hergestellt werden.
In diesem Fall ist eine geschlossene Form zum Ausschäumen des Polyurethans erforderlich.
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Anstelle von Kunststoffen können für die selbsttragende Schale auch
andere Materialien verwendet werden, beispielsweise Asbestzement und Glasfaserzement.
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Das Aushärten des Materials kann bei Raumtemperatur erfolgen. Um die
Aushärtung zu beschleunigen, wird es jedoch bevorzugt, Wärme zuzuführen. In Betracht
kommt Warmluft,vorzugsweisemit einer Temperatur von 60 bis 700C. Alternativ kann
mit Infrarotstrahlung bestrahlt werden.
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In Abhängigkeit von dem für die Schale verwendeten Material und der
Wandstärke der Schale, die beispielsweise 2 bis 10 mm betragen kann, sind die Kollektoreinheiten
selbsttragend und formstabil. Es ist jedoch auch möglich, dünnere Wandstärken zu
wählen und integrale oder nachträglich vorgesehene Versteifungselemente anzubringen.
Auch Befestigungselemente können integral mit der Schale verbunden werden.
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Der ausgehärtete Gesamtkörper wird nach Abnehmen vom Formkern oder
auf demselben durch Schneiden in die gewünschten Kollektoreinheiten oder Teile derselben
zerlegt. Bei der Herstellung von Kollektorteilen, beispielsweise Halbwannen, werden
diese anscliessend zu Kollektoreinheiten zusammengesetzt. Beispielsweise können
zwei Halbwannen in eine Leiste eingeschoben werden, die den Scheitel der Kollektorwanne
mit parabelförmigem Querschnitt bildet.
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Mit dem erfindungsgemässen Verfahren lassen sich Kollektoreinheiten
gewünschter Abmessungen, beispielsweise Parabolzylinderspiegel mit einer Länge von
3 bis 5 m, in wirtschaftlicher Weise herstellen.