DE2709837A1

DE2709837A1 - Solarkollektor

Info

Publication number: DE2709837A1
Application number: DE19772709837
Authority: DE
Inventors: John Melvin Googin; Charles Rudolph Schmitt; James Marlin Schreyer; Harlan Davis Whitehead
Original assignee: US Department of Energy
Current assignee: US Department of Energy
Priority date: 1976-03-08
Filing date: 1977-03-07
Publication date: 1977-09-15
Also published as: CA1088295A; FR2343976B1; JPS52108531A; FR2343976A1; US4048980A; IT1077666B; GB1570356A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Solarkollektor, und zwar insbesondere auf ein Sonnenstrahlung absorbierendes Material sowie selektive Sonnenenergie absorbierende Oberflächen für Solarkollektoren und dergleichen.

Im allgemeinen ist ein Solarkollektor eine Vorrichtung mit einer Kollektoroberfläche zum Zwecke der Absorption von Energie von einfallender Solarstrahlung und zum Zwecke der Leitung dieser Energie als Wärme zu einem Wärmeübertragungsmittel für den Transport zu der Stelle des schließlichen Verbrauchs oder der Umwandlung in eine andere Energieform. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist ein Solarkollektor eine Vorrichtung, welche in Kombination Mittel zur Absorption von Energie aus einfallender Solarstrahlung sowie Mittel umfaßt, um die absorbierte Energie als Wärme zu den Wärmeübertragungsmitteln zu transportieren. Bei Solarkollektoren sind die energieabsorbierenden Mittel oftmals ein schwarzer Überzug auf einem Metallsubstrat. Das Metallsubstrat dient ebenfalls als ein Wärmeleitmittel. Der Überzug in Kombination mit dem Metallsubstrat (üblicherweise poliert) absor-

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-t-3

biert die Energie von der einfallenden Solarstrahlung und leitet die Energie durch das Metallsubstrat zu einem zirkulierenden Wänneübertragungsströmungsmittel, wie beispielsweise Wasser. Ein Beispiel eines wärmeleitenden Substrats versehen mit einem selektiven Solarenergiß absorbierenden Überzug ist im U.S. Patent 3 920 413 beschrieben. Dieses Patent zeigt eine wärmeleitende Metalloberfläche, die mit einem selektiven Solarenergie absorbierenden Überzug aus elektroabgeschiedenem schwarzen Nickel versehen ist. Das solar-selektive Überzugsverfahren der vorliegenden Erfindung ist für das Überziehen derartiger Metallsubstrate als auch thermisch leitender nicht-metallischer Überzüge geeignet, und gemäß der Erfindung überzogene Solarkollektoren sind zweckmäßig zur Erwärmung von Wärmeübertragungsströraungsmitteln zum Zwecke der Heizung von Gebäuden, zur Elektrizitätserzeugung und für andere Anwendungsfälle.

Es sind bereits mehrere Überzüge zur Absorption von Sonnenenergie bekannt. Jedes schwarze Material, wie beispielsweise einige der Alkydharz-Emailstoffe oder flache schwarze Farben, die einen hohen Gehalt an Kohlenstoff-Schwarzpigment aufweisen, erzeugen eine Oberfläche mit einer hohen Solarenergie-Absorptionsfähigkeit. Unglücklicherweise sind diese Farben nicht für Solarenergie selektiv, und sie emittieren viel der absorbierten Solarstrahlung als Infrarotstrahlung an die Umgebung. Solarenergie kann mit einem wesentlich höheren Wirkungsgrad dann ausgenutzt werden, wenn der Überzug hinsichtlich der Solarenergie selektiv wirkt. Solar-selektive Überzüge sind gekennzeichnet durch ein hohes Absorptionsvermögen für sichtbares Licht und ein geringes Emissionsvermögen (hohes Reflexionsvermögen) für Infrarotstrahlung.

Solar-selektive Überzüge des Standes der Technik umfassen die folgenden: keramische Emailstoffe, die Bleisulfid, Chromoxid, gemischte Oxide von Kupfer oder gemischte Sulfide von Nickel-Zink enthalten; und elektro-abgeschiedene schwarze Überzüge, wie beispielsweise Chromschwarz, Nickelschwarz, Zinkschwarz

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und auch Kupferschwarz. Diese Überzüge werden typischerweise in dünnen (1000 - 3000 Ä⁵) auf Metallsubstrate aufgebracht. Die Metallsubstrate werden somit zur Verringerung der Infrarot-Emissionsfähigkeit behandelt und der Überzug und das Substrat arbeiten als ein selektiver Solarabsorber.

Der Hauptnachteil der Solariiberzüge gemäß dem Stand der Technik sind die hohen Kosten beim anfänglichen Aufbringen sowie bei der Wartung. Die Überzugsdickensteuerung ist bei den Überzügen gemäß dem Stand der Technik kritisch, weil für jedes verwendete Überzugsmaterial ein optimaler Dickenbereich vorhanden ist für das Verhältnis aus Solarenergie-Absorptionsvermögen zu Solar-Emissionsfähigkeit. Dieses Verhältnis muß so hoch als möglich gehalten werden, ohne einen signifikanten Verlust bei der Absorption im Bereich der sichtbaren Wellenlängen, um so maximalen Wirkungsgrad zu erhalten. Wenn die Dicke dieser Überzüge über den optimalen Wert ansteigt, so geht die Selektivität verloren und die Überzüge ähneln in ihren Eigenschaften nicht selektiver schwarzer Farbe. Weil eine genaue Oberflächenaufbereitung und Dickensteuerung für den Wirkungsgrad dieser Überzüge wesentlich ist, sind die Kosten der Überzugsvorgänge oftmals viel zu hoch. Der Preis für das Überziehen von Oberflächen ist in der folgenden Literaturstelle angegeben: NASA Technical Memorandum, vom November 1974, NASA TM-X-71730 mit dem Titel "Survey of Coatings for Solar Collectors" N-75-23989; diese Literaturstelle ist von dem National. Technical Information Service, United States Department of Commerce, Springfield, Virginia, U.S.A. erhältlich. Die angegebenen Preise umfassen nicht die Oberflächenvorbereitung und die Materialkosten und lagen im Bereich von 50 Cent pro Quadratfuß für Alkydemail und Kupferschwarz und reichten bis 80 Cent pro Quadratfuß für Chromschwarz und Zinkschwarz.

Die Metalloberflächen-Vorbereitung für Überzugsverfahren gemäß dem Stand der Technik umfaßt Sandstrahlen und Honen mit Scheuerteilchen, Waschen mit organischem Lösungsmittel,

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Reinigung durch anodische Oberflächenauflösung, Säurereinigung, Vor-Elektroplattieren, elektrolytische Alkali-Gelatreinigung, Spülen usw. Für Farben muß die Metalloberfläche von lockerem Oxid befreit sein und mit einem Antikorrosionsiiberzug und einem Voranstrich versehen werden. Einige Elektroabscheidungsverfahren machen die Elektroabscheidung einer Metallage erforderlich, bevor der schwarze Überzug aufgebracht wird. Wenn beispielsweise Chromschwarz als ein solar-selektiver Überzug auf Stahl verwendet wird, so muß der Stahl zuerst mit Nickel plattiert werden, um das Rosten des Stahls zu verhindern, da Chromschwarz keinen solchen Schutz erzeugt. Wenn Chromschwarz auf Aluminium plattiert wird, so wird das Aluminium entweder zuerst mit Nickel, nach einer Verzinkung, plattiert, oder es wird direkt mit Chrom plattiert, vor dem Plattieren mit Chromschwarz.

Einige Überzüge gemäß dem Stand der Technik erfahren eine Zerstörung durch ultraviolettes Licht, durch Korrosion und Verunreinigung oder durch thermische Verschlechterung. Dünne durch Elektroabscheidung aufgebrachte schwarze Überzüge können leicht durch Abrieb verloren gehen.

Ferner sind die Kosten für eine Reparatur der bekannten Überzüge beträchtlich hoch, da der Solarkollektor auseinandergebaut werden muß und wiederum der teuren Oberflächenaufbereitung und den überzugsverfahren unterworfen werden muß.

Sie Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, eine solar-selektive Oberfläche sowie ein Überzugsverfahren vorzusehen, welches beträchtlich reduzierte Naterialkosten und Anwendungskosten verursacht. Die Erfindung sieht ferner eine solar-selektive Oberfläche sowie ein Überzugsverfahren vor, welches unabhängig von der überzogenen Oberfläche arbeitet und keine genaue Dickenkontrolle erforderlich macht. Die Erfindung hat sich ferner ein Überzugsverfahren zum Ziel gesetzt, welches eine wesentlich weniger teure Oberflächenbehandlung erforderlich macht, als die Überzüge gemäß dem Stand der Technik. Die Erfindung

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sieht auch einen Solarkollektor vor, der eine solar-selektive Oberfläche aufweist, die leicht durch nicht ausgebildetes Personal repariert werden kann, und zwar ohne ein teures Auseinandernehmen erforderlich zu machen.

Diese sowie weitere Ziele werden erfindungsgemäß in einem Solarkollektor erreicht, der in Kombination folgendes aufweist: Mittel zur Absorption von Solarenergie aus einfallender Solarstrahlung und Mittel zur Leitung dieser Energie zu einem Wärmeübertragungsmittel, wobei die erfindungsgemäße Verbesserung insbesondere darin besteht, daß die Mittel zur Absorption von Solarenergie mit einer solar-selektiven Oberfläche ausgestattet sind, die Kohlenstoff aufweist und wobei die Oberfläche eine Majorität von externen Poren innerhalb des Bereichs von ungefähr 0,2 bis 2 Mikrometer aufweist.

Im folgenden seien nunmehr die erfindungsgemäßen Merkmale im einzelnen beschrieben. Ein Aspekt der Erfindung sieht die Verwendung als solar-selektive Oberflächen eines Materials mit hoher Absorptionsfähigkeit für sichtbares Licht in einer porösen Ausgestaltung vor, und zwar in der Lage, infrarote Strahlung zu reflektieren, wodurch die thermische Emissionsfähigkeit der Oberfläche reduziert wird. Eine derartige Oberfläche wirkt daher als ein "schwarzes Loch" für sichtbares Licht und ein Reflektor für Infrarotstrahlung. Kohlenstoff ist ein besonders geeignetes Material für diesen Zweck.

Es wurde erfindungsgemäß festgestellt, daß Kohlenstoff in geeigneter Form solar-selektive Eigenschaften besitzt, die vergleichbar zu den teuren solar-selektiven Überzügen gemäß dem Stand der Technik sind. Eine solar-selektive Kohlenstoffoberfläche gemäß der Erfindung ist eine poröse Oberfläche mit einer Mehrzahl der Poren innerhalb des Bereichs von 0,2 bis 2 Mikrometer. Eine derartige Kohlenstoffoberfläche besitzt gute Absorptionseigenschaften für die sichtbaren Wellenlängen der Solarstrahlung, wirkt aber als ein Reflektor für längere Wellenlängen der Infrarotstrahlung oberhalb ungefähr

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2 Mikrometer Wellenlänge. Die gewünschten Ergebnisse werden mit jeder Oberfläche erreicht, die hinreichend viel Poren innerhalb des 0,2 bis 2 Mikrometer-Bereiches aufweist, um so die Solar-Selektivität zu demonstrieren. Obwohl ein gewisser Grad an Solar-Selektivität bei Überzügen mit weniger als einer Majorität der Poren innerhalb des Bereichs auftritt, so wird die Oberfläche jedoch umso solar-selektiver desto größer der Porenanteil innerhalb des Bereichs von ungefähr 0,2 bis 2 Mikrometer ist. Obwohl die solar-selektive Oberfläche gemäß der Erfindung im wesentlichen aus Kohlenstoff oder Kohlenstoff teilchen in einem geeigneten Bindemittel besteht, so können kleinere Mengen an Verunreinigungen vorhanden sein, ohne die Leistungsfähigkeit des Überzugs ernsthaft zu stören. Zur Erzeugung solar-selektiver Oberflächen gemäß der Erfindung sind diejenigen Kohlenstoffarten zweckmäßig, welche eine hohe Absorptionsfähigkeit für sichtbares Licht besitzen, und zwar gehört dazu amorpher, halb-graphitischer und graphitischer Kohlenstoff, und zwar im Gegensatz zu Diamant, der im wesentlichen für sichtbares Licht transparent ist. Formen von Kohlenstoff, welche solar-selektive Eigenschaften besitzen, umfassen feste mikroporöse Kohlenstoffartikel mit einer Mehrzahl der Oberflächenporen innerhalb des Bereichs von 0,2 bis 2 Mikrometer, und eine Anordnung von Kohlenstoffteilchen oder -fasern mit Zwischenteilchen- oder Zwischenfaser-Räumen im Bereich von 0,2 bis 2 Mikrometer. Die hier verwendeten Ausdrucke "Porengröße" oder "Durchmesser", die sich auf Poren oder Teilchen beziehen, nehmen auf den äquivalenten Flächendurchmesser des Teilchens oder der Pore Bezug (der Durchmesser eines Kreises mit äquivalenter Fläche wie die Pore oder eine planare Projektion des Teilchens).

Erfindungsgemäß ist ein effektiver Solar-Kollektor ein fester Kohlenstoffkörper mit einer Mehrzahl von externen Poren im Bereich von 0,2 bis 2 Mikrometer. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung sind externe Poren diejenigen Poren auf der Oberfläche des Kohlenstoffkörpers, der der einfallenden Solarstrahlung ausgesetzt ist. Ein derartiger Kohlenstoffkörper

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arbeitet sowohl als ein solar-selektiver Absorber und ein thermischer Leiter; auf diese Weise kann ein wirkungsvoller Solarkollektor aus einem Körper hergestellt werden, der mit geeigneten Leitungsmitteln für ein WärmeUbertragungsströmungsmittel ausgestattet ist. Kleinere Kohlenstoffkörper wie beispielsweise Kohlenstoff- oder Graphit-Mikrosphären (Mikrokügelchen) mit externen Poren im 0,2 bis 2 Mikrometer-Bereich werden mit einem geeigneten Bindemittel an einem thermisch leitenden Substrat zum Anhaften gebracht, um eine solar-selektive Oberfläche zu bilden.

Der Fachmann auf dem Gebiet der Kohlenstoff- und Graphit-Technik ist in der Lage, die verschiedensten Kohlenstoffartikel mit gesteuerter Porengrößenverteilung herzustellen. Dies wird routinemäßig durch Veränderung bestimmter Parameter beim Herstellungsverfahren erreicht. Beispielsweise sind die Poreneigenschaften eines Kohlenstoffkörpers üblicherweise eine Funktion der Poren des Ausgangsmaterials und der Verkokungstemperatur. Kohlenstoffmikrokügelchen mit einer Porengrößenverteilung, die zur Erzeugung der solar-selektiven Oberfläche der Erfindung geeignet sind, sind im Handel verfügbar oder können durch Verkokung von im Handel verfügbarer Kationenaustauschharze hergestellt werden. Geeignete Kohlenstoffmikrokügelchen können ohne weiteres durch langsames Verkoken von Polymerkügelchen (beads) hergestellt werden, und zwar bei ungefähr 900 ⁰C in fließendem Stickstoff oder einer inerten Atmosphäre, und zwar für eine Zeitdauer von 48 h. Geeignete Polymerkügelchen sind kreuzvernetztes Polystyrol, hergestellt aus einer Polymerisationsmischung, die ungefähr 16 Mol-# Divinylbenzol enthält. Es gibt zahlreiche verschiedene Verfahren zur Herstellung geeigneter Kohlenstoff-Ausgangskügelchen.

Typisch für solche Verfahren ist das Verfahren zur Herstellung kreuzvernetzter PolystyrolkUgelchen durch die Perlenpolymerisation, die im einzelnen in der folgenden Literaturstelle

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beschrieben ist: "Ion Exchange", von Friedrich Helfferich, McGraw Hill Book Company, New York (1962), S. 35-37. Die Porengröße wird durch Steuerung des Grades der Kreuzvemetzung gesteuert, welche durch die Divinylbenzol-Konzentration in der Polymerisationsmischung bestimmt ist. Wenn gewünscht kann die Teilchengröße durch mechanische Rührvorgänge, Dispersionsmittel und andere Mittel gesteuert werden, wie sie in der folgenden Literaturstelle beschrieben sind: "Particle Size in Suspension Polymerization", von F. H. Winslow und W. Matreyek in Ind. Eng. Chem. £3 (1951), S. 1108-1112.

Ein Beispiel für Kohlenjtoffmikrokügelchen, welche die angenäherte Porengrößenverteilung aufweisen, die für die vorliegende Erfindung zweckmäßig ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Kilgelchen, ist in der folgenden Literatursteile beschrieben: "Carbon Microspheroids As Extinguishing Agents for Metal Fires", von C. R. Schmitt in "The Journal of Fire and FlammabiIity", Band 5 (Juli 1974), S. 223-233; auf diese Literaturstelle wird zum Zwecke der Offenbarung ausdrücklich Bezug genommen. Obwohl die dort gezeigten Porengrößen vielleicht etwas größer als für die solar-selektiven Überzüge zweckmäßig sind, so wird eine gesteuerte Erhitzung der verkokten Teilchen oberhalb ungefähr 2000 ⁰C die Porengröße auf den gewünschten Bereich einschrumpfen, oder das Ausmaß der Kreuzvernetzung im Polystyrol kann erhöht werden, und zwar durch Erhöhung des Divinylbenzol-Gehalts in der Polymerisationsmischung, und zwar von ungefähr 12 Mol-# auf ungefähr 16 Mol-%.

Andere solar-selektive Formen des Kohlenstoffs umfassen Kohlenstoff-Fasern oder -Borsten, wie beispielsweise faserartigen Graphit, und zwar orientiert derart, daß eine Mehrheit von Poren innerhalb des Bereichs von 0,2 bis 2 Mikrometern vorgesehen ist. Beispielsweise kann faseriger Graphit durch Carbonisierung und Graphitisierung von Kunstfasern (Rayon-Fasern) hergestellt werden, und durch Orientierung dieser Fasern in einem thermisch leitenden Substrat durch

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konventionelle elektrostatische Plockverfahren, um so eine bürstenartige Form auszubilden. Durch Regelung oder Steuerung der Räume zwischen den Fasern auf einen Bereich von 0,2 bis Mikron wird eine solar-selektive Oberfläche durch die Enden der Fasern erzeugt. Diese Oberfläche erzeugt "schwarze Löcher" für sichtbares Licht, während sie als ein Reflektor für Infrarotstrahlung wirkt. Die Länge der Fasern sollte mindestens das 5- bis 10-fache des Zwischenfaserraums sein, um das Einfangen von hinreichend viel sichtbarem Licht vorzusehen.

Eine besonders zweckmäßige Anwendung dieser Erfindung liegt in der Anwendung bei der Herstellung von solar-selektiven Überzügen für thermisch leitende Oberflächen, wie beispielsweise in üblichen Solarkollektoren. Ein billiger leicht aufzubringender selektiver Überzug ist eine solar-selektive Anordnung von Kohlenstoffteilchen in einem geeigneten Bindemittel. Eine solar-selektive Anordnung ist ein Überzug aus Kohlenstoffteilchen von geeigneter Größe zur Erzeugung der richtigen Zwischenteilchenräume von ungefähr 0,2 bis 2 Mikrometer, um als Reflektoren für Infrarotstrahlung oberhalb ungefähr 2 Mikrometer Wellenlänge zu wirken, wobei die Ausbildung einer solchen Anordnung leicht durch einen Überzug aus Kohlenstoffteilchen in einem geeigneten Bindemittel erfolgt, und wobei eine Majorität der Kohlenstoffteilchen Durchmesser zwischen ungefähr 0,2 Mikrometer und 10 Mikrometer aufweist. Je größer die Majorität der Teilchen innerhalb des erforderlichen Bereiches ist, umso wirkungsvoller wird natürlich die Anordnung für das Einlassen des sichtbaren Lichts und das Reflektieren des infraroten Lichts. Ein erhöhter Wirkungsgrad wird erreicht, wenn die Teilchen oberhalb ungefähr 1900 ⁰C gebrannt wurden.

Demgemäß umfaßt ein einen hohen Wirkungsgrad aufweisender billiger Solarkollektor eine Kollektoroberfläche in thermischer Verbindung mit einem Wärmeübertragungsmedium, wobei die Oberfläche mit einer solar-selektiven Anordnung von Kohlen-

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Stoffteilchen ausgestattet ist, um die Solarenergie von einfallender Solarstrahlung zu absorbieren. Ein verbessertes Überzugsverfahren zur Erzeugung eines thermisch leitenden Substrats mit einer selektiven Solarenergie absorbierenden Oberfläche, umfaßt das Anhaften eines Überzugs aus Kohlenstoff teilchen an der Oberfläche, wobei die Majorität der Kohlenstoffteilchen Durchmesser zwischen ungefähr 0,2 Mikrometer und 10 Mikrometer aufweist.

Ein geeignetes Bindemittel ist jedes keramische oder adhäsive Material, wie beispielsweise die Acrylthermoplast-Harze, die in der Lage sind, die Kohlenstoffteilchen aneinander und an der wärmeleitenden Oberfläche zum Anhaften zu bringen. Bevorzugte Bindemittel sind diejenigen, welche für sichtbares Licht transparent sind, und die in kleinen Mengen wirken. Das Bindemittel sollte gegenüber Wettereinfliissen und gegenüber thermischer Zerstörung bei der Betriebstemperatur außerordentlich beständig sein. Das Bindemittel sollte vorzugsweise in den verwendeten Dicken im wesentlichen transparent für Infrarot sein. Geeignete Bindematerialien sind ohne weiteres verfügbar und umfassen Natriumsilikat mit hohem SiOg-zu-NagO-Verhältnis, wie beispielsweise Natriumsilikat nach Auslaugen mit Fluorkieselsäure, hydrolysiertes Äthylsilikat, Acrylharz, Phenolharze, Polyesterharze, Styrol und Copolymere, Epoxide und Hochtemperatur-Polymere als Klebemittel.

Es wird angenommen, daß die mit Kohlenstoffteilchen eines Durchmessers im Bereich von 0,2 bis 10 Mikrometer erreichbare Solarselektivität verursacht wird durch die mäßig hohe Absorption für sichtbares Licht durch die Zwischenteilchenräume gekoppelt mit einem hohen Reflexionsvermögen für die nahezu infrarote Strahlung (somit geringes thermisches Emissionsvermögen). Es wird angenommen, daß die Anordnung der Kohlenstoffteilchen als ein Reflektor für Infrarot im thermischen Bereich oberhalb ungefähr 2 Mikrometer Wellenlänge arbeitet.

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Dicht gepackte Teilchen wesentlich unterhalb 0,2 Mikrometer im Durchmesser besitzen Zwischenteilchenräume, die für eine hohe Absorption sichtbaren Lichts zu klein sind, und Teilchen, die viel größer sind als 10 Mikrometer sind schlechte Infrarot-Reflektoren, besitzen somit ein hohes Infrarot-Emissionsvermögen, wodurch die Solar-Selektivität der Anordnung aus Teilchen substantiell verringert wird.

Die in der solar-selektiven Anordnung der Erfindung verwendeten Kohlenstoffteilchen sind ohne weiteres unterscheidbar gegenüber Kohlenstoff und Lampenrußteilchen, verwendet für die Erzeugung von Pigmenten, wie beispielsweise den Kanalverfahren-und Ofenverfahren- Kohlenstoff-Schwarzstoffen, wie sie in Tinten und flachen schwarzen Farben verwendet werden. Derartige, eine hohe Farbgebung aufweisende Kohlenstoff-Schwarzteilchen besitzen Teilchendurchmesser im Bereich von 0,02 bis 0,04 Mikron, wobei die eine geringe Farbgebung aufweisenden Kohlenstoff-Schwarzteilchen Teilchen von 0,06 Mikron aufweisen. Obwohl Überzüge, wie Flachschwarzfarben zum Überziehen von Solarplatten gemäß dem Stand der Technik verwendet wurden, so sind doch diese überzüge nicht solar-selektiv, die Teilchen sind zu klein und zu verteilt, um als ein Infrarot-Reflektor zu wirken. Das Gesamtabsorptionsvermögen derartiger verdünnter Dispersionen von Teilchen ist hoch, ebenso wie ihr thermisches Emissionsvermögen, und sie arbeiten somit im wesentlichen wie ein theoretischer echwarzer Körper mit hohem Absorptionsvermögen und hohem Emissionsvermögen für sämtliche Wellenlängen.

Die 0,2 bis 10-Mikrometer-Teilchen, die gemäß der Erfindung verwendet werden, werden gelegentlich in Graphitfarben festgestellt. Sie besitzen eine graue Farbe und werden typischerweise wegen ihres Korrosionswiderstands oder ihrer günstigen Eigenschaften bei hohen Temperaturen verwendet, und nicht wegen ihrer Pigmenteigenschaften oder Absorptionsfähigkeit. Die zur Erzeugung der erfindungsgemäßen solar-selektiven Überzüge geeigneten Teilchen umfassen niedrig- und mittel-

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thermische thermatomische Kohlenstoffe und auch Teilchen mit unterschiedlichen Graden der Graphitisierung, einschließlich eine rauhe Oberfläche aufweisender Kohlenstoff- und Graphit-Mikrokügelchen mit Durchmessern von ungefähr 10 bis 50 Mikrometer. Obwohl die Durchmesser derartiger Mikrokligelchen im allgemeinen außerhalb des 0,2 bis 10-Mikrometer-Bereichs liegen, so zeigen die Mikrokligelchen Solar-Selektivität infolge ihrer Oberflächenporengrößen innerhalb des 0,2 bis 2 Mikrometer-Bereichs .

Obwohl wirkungsvolle solar-selektive Überzüge aus im wesentlichem amorphem thermatomischem Kohlenstoff hergestellt werden können, der eine Temperatur von nicht mehr als den 100 ⁰G eines normalen Herstellungsverfahrens erfährt, so wurde erfindungsgemäß festgestellt, daß eine signifikante Verbesserung des Wirkungsgrades dann erreicht wird, wenn die Teilchen auf oberhalb ungefähr 1900 ⁰C erhitzt wurden. Oberhalb dieser Temperatur erfolgt bei den Kohlenstoffteilchen eine Ordnung dritten Grades (Graphitisierung). Es wird angenommen, daß die Wärmebehandlung der Kohlenstoffteilchen oberhalb 1900 ⁰C deren Solarwirkungsgrad durch Erhöhung des Grades der Kristallbildung der Teilchen erhöht. Der erhöhte Wirkungsgrad ist wahrscheinlich durch die kristallineren Teilchen erklärbar, die eine rauhe Oberfläche bilden, welche die einfallende Solarstrahlung innerhalb der Teilchenanordnung bricht und rtickreflektiert, um deren Energie in wirkungsvollerer Weise zu absorbieren. Die erhöhte Ordnung erhöht ebenfalls die thermischen und elektrischen Leitfähigkeiten.

Es scheint, daß jeder Grad der Ordnung der dritten Dimension oder Graphitisierung den Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Kohlenstoffteilchen für die selektive Absorption der Solarstrahlung erhöht. Das erfindungsgemäße Verfahren kann irgendeine Form von Kohlenstoff- oder Graphitteilchen innerhalb des richtigen Teilchengrößenbereichs verwenden und die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Beispiele beschränkt, sondern bezieht sich vielmehr auf alles, was in den Ansprüchen

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erwähnt ist. Basierend auf der vorliegenden Beschreibung kann der Fachmann auf dem Gebiet der Graphit- und Kohienstoff-Technik die verschiedensten solar-selektiven Pulver aus Kohlenstoff und Graphit mit unterschiedlichen Graden der Graphitisierung herstellen, die einen hohen Wirkungsgrad zur Sammlung von Solarenergie besitzen.

Alles was notwendig ist, um eine selektive Solarenergie absorbierende Oberfläche auf einem thermisch leitenden Substrat, wie beispielsweise der Kollektoroberfläche eines Solarkollektors» vorzusehen, besteht darin, die Kohlenstoffteilchen geeigneter Größe in einem geeigneten Bindemittel zu dispergieren und an der Oberfläche zum Anhaften zu bringen, und zwar durch Pinseln, Sprühen oder irgendwelche anderen geeigneten Mittel, und zwar im wesentlichen wie dies beim Aufbringen üblicher Farbe der Fall ist. Das Substrat braucht nur hinreichend sauber und trocken zu sein, um eine zufriedenstellende Anhaftung zu liefern. Ein wirkungsvoller Solarkollektor wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, daß man eine Anordnung aus Kohlenstoffteilchen von geeigneter Größe in einem geeigneten Bindemittel in thermischer Verbindung mit Mitteln zur Leitung absorbierter Energie als Wärme zu einem Wärmeübertragungsmedium vorsieht.

Das erfindungsgemäße Überzugssystem besitzt mehrere signifikante Vorteile. Die Hochtemperaturbeständigkeit eines Kohlenstoffoder Graphit-Überzugs mit einem Hochtemperaturbindemittel, wie beispielsweise Siliciumdioxid, macht das erfindungsgemäße Verfahren zweckmäßig für das Überziehen eines zentralen Solarenergieempfängers, wie es beispielsweise für diejenigen Solarenergiesysteme vorgeschlagen ist, welche eine Vielzahl von drehbaren Spiegeln aufweisen, die eine Fokussierung auf einen zentralen Empfängerturm vorsehen. Ferner macht das erfindungsgemäße Überziehverfahren praktisch keine Vor-Oberflächenbehandlung erforderlich. Die Dicke der Kohlenstoffteilchenanordnung ist nicht kritisch. Der Kohlenstoffteilchenüberzug kann ohne weiteres in irgendeiner üblichen Weise, wie Farbe, durch nicht ausgebildetes Personal aufgebracht werden.

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Darüber hinaus ist der Überzug auch leicht zu reparieren, und zwar einfach durch Aufpinseln oder Aufsprühen von Kohlenstoffteilchen in einem geeigneten Bindemittel über die beschädigten Zonen. Da die Überzugsdicke nicht mehr von kritischer Bedeutung ist, braucht der Solarkollektor nicht zerlegt werden, um Reparaturen am Überzug vorzunehmen.

Die beim erfindungsgemäßen Überzugsverfahren verwendete Bindemittelmenge sollte auf dem Minimum gehalten werden, welches für eine zufriedenstellende Anhaftung notwendig ist, damit die Kohlenstoffteilchen maximale Teilchen-zu-Teilchen-Berührung für maximale elektrische und thermische Zwischenteilchen-Leitfähigkeiten besitzen,und um die richtigen Zwischenteilchenräume vorzusehen. Ein bevorzugtes Verfahren zum Anhaften der Kohlenstoffteilchen-Anordnung an der Oberfläche besteht darin, eine Mischung aus Kohlenetoffteilchen von ungefähr 70 bis 80 Gew.-^ in einem geeigneten flüchtigen Träger, wie beispielsweise Methylchlorid, welches ein Acrylharzbindemittel von ungefähr 2 bis 5 Gew.-^ enthält, aufzupinseln oder aufzusprühen. Nachdem der Träger verdampft ist, bleiben die Kohlenstoffteilchen fest an die Oberfläche gebunden zurück und bilden eine solar-selektive Anordnung mit nur einer kleinen Bindemittelmenge. Diese minimale Bindemittelmenge ändert sich mit unterschiedlichen Materialien und kann routinemäßig für jede Kombination bestimmt werden. Die relative Solar-Selektivität von zwei überzügen kann durch ihre Fähigkeit zur Erhöhung der Temperatur der entsprechenden Substrate dann bestimmt werden, wenn diese einem gleichen Fluß an Solarstrahlung ausgesetzt sind. Zur Demonstration des Wirkungsgrades der solar-selektiven Oberflächen gemäß der Erfindung wurde ein experimenteller Vergleich zwischen KohlenstoffUberzügen gemäß der Erfindung und verschiedenen bekannten Nicht-Kohlenstoff-ÜberzUgen durchgeführt.

Eine Anzahl von Kupfertestplatten von 4" χ 4 " x 1/6 " (" = Zoll) Dicke wurde mit verschiedenen OberflächenUberzUgen versehen und in einer Schaumplastik-Testplatte angeordnet, wobei die

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Platte dem Sonnenlicht dadurch ausgesetzt wurde, daß man sie unter einem konstanten Neigungswinkel hielt, und zwar nach Süden weisend derart, daß jede Platte eine gleiche Solarflußdichte empfing, wenn die Sonne von Ost nach West lief. Die Kupferplatten wurden mit Methylenchlorid und von einer Oxidschicht durch Abreiben mit Siliciumcarbidpapier und Spülen mit entionisiertem Wasser befreit.Nach dem Aufbringen des auszuwertenden Versuchsliberzugs wurden die Platten auf einem Schaumplatten-Testständer angeordnet, wobei ein Thermistor an der Rückseite durch Klebeband befestigt wurde, und ferner wurden die freiliegenden Kanten an der Oberfläche mit Klebebändern festgeklebt, um Wärmeverluste durch äußere Luftbewegung zu eliminieren. Die Thermistoren wurden mit einer elektronischen Datenaufzeichnung verbunden, welche die Temperatur der Platten innerhalb von 0,01 ⁰F mißt. Vor den Überzugsauswertungen wurden die Thermistoren geeicht, und zwar dadurch, daß man sie gemeinsam in einem einzigen Schwarzkörper-Lufthohlraum anordnete und die Temperatur über 8 h Dauer hinweg aufzeichnete. Die Temperaturänderungen zwischen den Thermistoren waren i 0,2 ⁰F.

Verschiedene Kohlenstoff- und Nichtkohlenstoff-Überzüge wurden aufgebracht. Die Überzüge und das Aufbringverfahren sind unten beschrieben. Die Ergebnisse sind in Tabelle I angegeben.

Nicht-Kohlenstoffüberzüge

1) Hawshaw Standard Chromschwarz (Howshaw Standard Black Chrome) Dieser Überzug wurde dadurch hergestellt, daß man zuerst

eine Plattierung mit annähernd 0,005 Zoll stumpfem Nickel bei 40 Amp/Fuß 15 min lang vornahm, und dai dann mit dhromschwarz Uberplattierte, welches von

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Hawsbaw Chemical Company als CHHOMONYX in den U.S.A. erhältlich ist, mit 24 Volt und 200 Amp/Fuß² iiberplattierte. (vgl.: HASA TM-X-71731, Mai, 1975).

2) fclektroabgeschiedenes Chrom

Dieser schwarze Oberzug wurde elektro-chemisch bei einer Temperatur von 90 - 115 °F und einer Stromdichte von

40 bis 90 Amp/Fuß aus einer Lösung der folgenden Zusammensetzung abgeschieden: 33 bis 40 Unzen/Gallone Chromsäure; 28,2 Unzen/Gallone Essigsäure und 1 Unze/Gallone Bariumacetat.

3) Im Handel verfügbare Samtschwarzfarbe (Black Velvet Paint)

Dieser Überzug wurde von der "Decorative Products Division" der 3M Company in St. Paul, Minnesota, U.S.A., erhalten. Diese Farbe gehört zur "Hextel" Brand Velvet Coating Serie 101.

Kohlenstoffüberzüge

4) Kohlenstoff-Mikrokügelchen

Dieser Oberzug bestand aus Kohlenstoff-Mikrosphäroiden (Mikrokügelchen) von annähernd - 50 Maschen-Teilchendurchmesser (Masche/2,45 cm) gemischt mit Acrylharz in einem 95,5 Gew.-)£ Mikrosphären-zu-Harz-Verhältnis. Der Oberzug wurde mit einem Träger aus gemischten Lösungsmitteln (Methylenchlorid, Methylethylketon, Xylol und Methylisobutylketon) aufgebracht.

5) Härmebehandeltes Thermax-Pulver (gebrannt auf 2850 ⁰C in inerter Atmosphäre für 30 min Dauer)

Dieser Überzug wurde aufgebracht als 18,7 Gew.-^ wärmebehandeltes Thermax (mittlerer thermatonischer Kohlenstoff

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-W-

At

mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 0,47 Mikrometer), 0,3 Gew.-# Acrylharz und 81 Gew.-^ eines gemischten Lösungsmittels, welches gleiche Mengen an Methylethylketon, Methylenchlorid, Methylisobutylketon und Xylol enthält. Der Überzug wurde durch Drucksprühen aufgebracht und war annähernd 1/3000 Zoll dick (0,008 mm).

6) Dylon-Graphitpaste

Dieser Überzug ist eine fein verteilte Graphitsuspension verwendet als ein kommerzieller Hochtemperatur-Ofenüberzug.

7) fficht-wärmebehandeltes Thermax-Pulver

Dieser Überzug wurde aufgebracht als 18,7 Gew.-# nicht-gebranntes Thermax (mittlerer thermatomischer Kohlenstoff mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 0,47 Mikrometer), 0,3 Gew.-?6 Acrylharz und 81 Gew.-# eines gemischten Lösungsmittels, welches gleiche Mengen an Methylethylketon, Methylenchlorid, Methylisobutylketon und Xylol enthält. Der Überzug wurde durch DrucksprUhen aufgebracht und war annäherend 1/3000 Zoll (0,008 mm) dick.

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Tabelle I Vergleichende Auswertung der Überzüge auf Vier-Zoll-Testplatten

I · 9

Überzug Luft-Temp. Schwarzkörper- Proben-Temp. Verhält-

( F) Temperatur ₍o_p nie (*)

(V)

Hawshaw Standard Chromschwarz

-* elektroabgeschiedenes

° Chrom

oo im Handel verfügbare

^ω Schwarz-Samtfarbe .

■^. Kohlenstoff-Mikro-

o sphäroide

ν wärmebehandeltes

** Thermax-Pulver

Dylon-Graphitpaste

nicht-wärmebehandeltes Thermax

84.8	102.4	133.4	2.5	ι
99.5	128.5	140.0	1.4	£$ ι
76.1	84.3	90.5	1.8
76.1	84.3	94.6	2.3
76.1	84.3	93.3	2.1
101.7	127.2	150.4	1.9
101.7	127.2	143.7	1.7

* Probentemperatur - Lufttemperatur

Schwarzkörpertemperatur - Lufttemperatur

O CD OO OO

SLO

Wie sich aus Tabelle I ergibt, sind die auf Kohlenstoff basierenden erfindungsgemäßen Überzüge in ihrem Wlrkungs grad vergleichbar mit im Handel verfügbaren selektiven Überzügen. Die Verhältnis-Spalte gibt ein Maß an für den Grad der Leistungsfähigkeit verglichen mit einem theoretischen schwarzen Körper, somit dem Grad der Selektivität der Überzüge, da die Schwarzkörpertemperatur die Temperatur darstellt, die mit einem nicht-selektiven Überzug von 100 % Absorptionsfähigkeit erreicht wird.

Das folgende Experiment demonstriert den Wirkungsgrad des nicht-wärmebehandelten Thermax-Pulvers, mittlerer Teilchendurchmesser 0,47 Mikrometer, bezüglich der im Handel verfügbaren, üblichen Schwarz-Samtfarbe.

In einem Experiment wurden zwei Solarplatten der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Art mit solar-selektiven Überzügen versehen, und zwar die eine mit einem Oberflächenüberzug aus Schwarz-Samtfarbe von ungefähr 0,125 mm Dicke und eine mit einem SprUhüberzug aus einer Strömungsmittelmischung aus 18,7 Gew.-^ mittleren thermischen Kohlenstoffteilchen, 0,47 Mikrometer durchschnittlichem Durchmesser, 0,3 Gew.-# Acrylharz (Lucite Bead Polymer von E.I. DuPont Nr. 4FNC99) und 81 Gew.-# gemischten Lösungsmitteln (gleiche Volumina von Methylenchlorid, Methyläthylketon, Xylol und Methylisobutylketon). Die Lösungsmittel ließ man von der Kollektaroberfläche verdampfen, was einen Kohlenstoffpulver-Acrylharzfilm zwischen 0,025 und 0,10 mm Dicke zurückließ.

Jede Platte hatte eine Kollektoroberfläche von 10 Quadratfuß (2 Fuß χ 5 Fuß) und umfaßte eine Stahlplatte mit Stahlrohren, befestigt durch eine Kupferlötung. Insgesamt wurden 8 Stahlrohre in Längsrichtung an der Platte befestigt. Die freiliegende Oberfläche (Stahlplatte, Stahlrohr, Kupferlötung) wurde mit einem dünnen Film aus Kupfer überzogen. Jede der überzogenen Platten war in einem Holzrahmen befestigt und mit zwei 1 mm dicken Vorderseitenfilmen aus Polyvinylfluorid

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bedeckt, um die Riickreflexion vom Überzug zu minimieren. Dieser Film ist nicht notwendig bei der Verwendung mit auf Kohlenstoff basierenden erfindungsgemäßen Überzügen, wurde aber aus Gründen der Vergleichbarkeit verwendet. Die beiden Pilse, die durch einen Aluminiumrahmen getrennt waren, der einen 1 Zoll-Luftraum dazwischen ausbildete, wurden durch thermisches Aufschrumpfen zur Fassung gebracht.

Die zwei gerahmten Platten wurden Seite an Seite in einer Horizontalatellung auf Holzträgern angeordnet, wobei jeder der Überzüge zur Sonne gerichtet war. Die Rohre der Platten wurden alt einer gemeinaamen WassereinlaBsammelleitung, ausgerüstet mit einem Thermometer, verbunden. Zwei Thermistoren wurden an jedem Auslaß von den Platten installiert, um gesonderte und statistisch signifikante Temperaturmessungen durchzuführen. Die Thermistoren wurden mit einer elektronischen Datenaufzeichnungsvorrichtung verbunden. Die Wasserströmungsgeschwindigkeit durch jede der Kollektorplatten wurde durch Ventile und Drehwassermesser gesteuert, die periodisch geeicht wurden, um im wesentlichen identische Strömungsgeschwindigkeit für jede Platte sicherzustellen. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in den Tabellen II und III zusammengefaßt.

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Tabelle II Solarstrahlungs-Sammeldaten fUr mit Kohlenstoffteilchen und Schwarzsamtfarbe

überzogene Platten

fr

- 21 -

Zeit

Umgeb. Temp

Einlaßwassert.

Fahrenheit (⁰F) Au8laSwassertemp."j

sonlensxörr-

teilchen

ochwarz-Samt· farbe *

wasserstromungsgeschw. (Sallone/h)i schwarz-

Kohlenet. Samtfarbe

es. warme

onTenst,-teilchen

5chwara-

Samtf.

	10:20	61.8
	10:40	63.0
	10:50	64.3
	11:00	64.0
	11:20	68.3
709837/084	12:20 12:40 13:00 13:20	76.2 77.1 79.4 81.3
co	13:30	83.8
	14:20 14:25<²>	90.2 89.5
	14:50⁽²⁾	89.6 85.3
	15:20	95.4
	15:50	93.4

79.2	82.0
79.2	91.0
77.5	90.0
77.7	90.0
85.7	no.o
92.6	143.7
93.4	146.0
94.0	148.1
93.6	150.5
93.8	151.0
95.9	153.T
96.2	153.2
95.1	144.9
95.3	145.9
95.5	140.7
94.2	134.3

82.0 91.0 90.0 90.0 109.0 143.0 146.0 148.0 150.2 150.2 151.0 150.8 142.5 143.Ό 139.2 133.3

2.35

2.16 2.35

2.28

2.30 2.35

2.25

5.5

48.2

100.1

109.6 114.5 112.1

97.5

5.5

42.0 98.8

107.6 108.2 108.0

89.5

O CO OO Ca)

Tabelle III Solaratrahlunga-Sammeldaten für mit Kohlenstoff teilchen und Schwarzaamtfarbe

überzogene Platten

Zeit

Umgeb. Temp.

Fahrenheit (°F)

EinlaS-waaagrt.

Auslaßvaes Jsonlenaxor

uslaßwassertemp. -

toluene to ίτ-teilchen

ochwarz-Samt· farbe ♦

waaaerBtrömungageachw. (Gallone/h)i schwarz-

Kohlenat. Samtfarbe

ea. warme [BTu/h/r)

ohlenat.-teilchen

ϋ c hwara-Samtf.

	9:40	68.8
	10:00 ·	73.7
	10:20	78.3
	10:40	78.8
	10:45	80.4
-J O co	11:00	84.2
00	11:20	83.4
-J O	11:40	86.6
00	12:00	83.8
ro	13:20	83.9
	13:40	84.6
	14:00	87.2
	14:20	93.3
	14:40	83.4
	15:00	87.8
	15.30	95.5

83.3	88.3
80.7	96.0
83.1	102.5
85.5	109.9
86.4	112.6
87.4	117.0
89.6	123.7
90.9	129.1
91.8	133.4
91.7	140.0
91.6	139.2
93.4	139.6
93.2	137.4
94.4	136.7
94.7	129.5
94.8	130.7

85.4	3.2
89.0	' 3.2
97.5	3.2
105.1
108.4
113.8
120.8
127.0
131.9
140.9	3.1
138.1	3.1
136.6	3.1
136.7
132.6
123.5
128.1	3.2

3.2 3.2 3.2

2.8 3.1

3.1

13.4 40.8 51.8

124.9 123.1 118.4

5.6 22.2 38.4

to

114.9 120.2 1Π.7

3.0

95.8

83.3

■»J O CD CX) Ca)

Bemerkungen:

zu Tabelle II und III (*) Durchschnitt von zwei Messungen des Auslaßwassers

(2) Vorbeiziehende Wolke

Wie man aus den obigen Daten erkennt, arbeiteten die erfindungsgemäß aufgebrachten Kohlenstoffteilchen ständig besser als die im Handel verfügbare Schwarz-Samtfarbe. Wie man ferner aus Tabelle III ersieht, war der auf Kohlenstoff basierende Überzug beträchtlich wirkungsvoller bei niedrigeren Temperaturen als die Schwarz-Samtfarbe.

Wie sich aus den Daten in Tabelle I (Proben 5 und 7) ergibt, erhöht die Wärmebehandlung von Kohlenstoffteilchen deren Wirkungsgrad für die Absorption von Solarstrahlung. Es ist wohlbekannt, daß Kohlenstoffteilchen, unabhängig von ihrer Herkunft, bei ungefähr 1900 ⁰C anfangen zu graphitisieren (eine dreidimensionale Anordnung zeigen) und die Graphitisierung fortsetzen, wenn die Temperatur auf über 3000 ⁰C erhöht wird. Durch Beginnen mit Kohlenstoff-Zersetzungsprodukten verschiedener aromatischer Verbindungen kann eine Vielfalt von partiell graphitisieren Kohlenstoffen erzeugt werden. Erfindungsgemäß wird ein deutlich überlegener Wirkungsgrad erhalten, wenn Kohlenstoffteilchen im 0,2 bis 10 Mikrometer-Durchmesserbereich oberhalb 1900 ⁰C gebrannt werden.

Fig. 1 ist ein Beispiel eines Solarkollektors in Kombination mit dem erfindungsgemäßen Überzug. Dieser Solarkollektor umfaßt Mittel zum Absorbieren von Solarenergie aus einfallender Strahlung, repräsentiert durch den selektiven Überzug der Erfindung (1) sowie Mittel zur Leitung der Energie zu einem Wärmeiibertragungsmedium, repräsentiert durch die Plattenoberfläche (2) und die Rohre (3). WärmeUbertragungsströmungsmittel läuft durch die Rohre (3) und wird durch die absorbierte Solarstrahlung erhitzt und zur Stelle des schließlichen Energieverbrauchs transportiert. Eine Plastik-

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abdeckung (4) zur Verhinderung der Beschädigung und zur Reduzierung der Riickreflexion kann oder kann nicht verwendet werden. In Fig. 2 ist eine Endansicht eines Kollektorabschnitts dargestellt. Die überzugsdicke ist stark aus Darstellungsgrlinden vergrößert. Tatsächlich braucht der Kohlenstoffteilcheniiberzug nicht dicker zu sein als es notwendig iat, um die wärmeleitende Oberfläche vollständig zu bedecken, wie dies durch das unbewehrte Auge festgestellt werden kann.

Die solar-selektive Kohlenstoffteilchenanordnung der Erfindung kann ohne ein Bindemittel und ohne manuelles Aufbringen durch verschiedene Dampfabscheidungsverfahren aufgebracht werden, und durch Behandlung der Oberfläche mit einem organischen Ausgangsmaterial, wie beispielsweise teilweise polymerisiertem Furfurylalkohol.

Gemäß einem anderen AusfUhrungsbeispiel kann ein wirkungsvoller Solarkollektor ohne Überzug (1) vorgesehen werden, und zwar durch eine Plattenoberfläche (2) in Verbindung mit Rohr (3). Oberfläche und Rohre werden aus Kohlenstoff hergestellt, der eine Majorität von externen Poren innerhalb des Bereichs von 0,2 bis 2 Mikrometer aufweist.

Basierend auf den Lehren dieser Erfindung kann der Fachmann solar-selektive Überzüge und Gegenstände aus Nicht-Kohlenstoffmaterialien mit hoher Absorptionsfähigkeit und hoher Leitfähigkeit herstellen. Derartige Materialien werden als Äquivalente zu den Kohlenstoff-Formen betrachtet, die beim erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung Anwendung finden.

Zusammenfassend kann man sagen, daß die Erfindung zur Verwendung bei jeglichem Kollektor für Solarstrahlung geeignet ist. Kollektoren mit flacher Platte und Zentralkollektoren zur Aufnahme reflektierten Sonnenlichtes kommen in Frage. Zudem kann der solar-selektive Überzug auf jede beliebige Oberfläche, die Solarstrahlung aufnimmt, aufgebracht werden,

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lh

wie beispielsweise auf Wasserrohre, um so den Wirkungsgrad der Oberfläche für die Absorption von Sonnenenergie zu erhöhen. Die Erfindung eliminiert dabei die Probleme, wie sie beim Elektroplattieren von Schwarzmetall-Überzügen auftreten. Die Erfindung löst das Problem des niedrigen Absorptionswirkungsgrades von Kohlenstoffüberzügen. Vorteilhaft gegenüber dem Stand der Technik sind insbesondere die drastisch reduzierten Kosten der Kohlenstoffüberzüge sowie der erfindungsgemäi3en Oberflächen gegenüber durch Elektroabscheidung hergestellten Metallüberzügen. Der erhöhte Wirkungsgrad gegenüber bekannten Kohlenstoff-Überzügen wurde dargelegt. Die Leichtigkeit der Aufbringung des Überzugs ist eine große Verbesserung gegenüber bekannten Verfahren zum Aufbringen von solar-selektiven Überzügen.

- Patentansprüche -

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

11.^Solarkollektor in Kombination mit einem Absorber zum Absor- ^'bieren von Solarenergie von einfallender Solarstrahlung und einem Leiter zum Leiten dieser Energie zu einem Wärmeiibertragungsmedium, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber eine solar-selektive Oberfläche aus Kohlenstoff aufweist, wobei die Oberfläche eine Mehrheit von externen Poren innerhalb des Bereichs von ungefähr ü,2 bis 2 Mikrometer aufweist.
2. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die solar-selektive Oberfläche eine solar-selektive Anord-, nung von Kohlenstoffteilchen in einem geeigneten Bindemittel aufweist.
3. Kollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

die Majorität der Kohlenstoffteilchen Durchmesser im Bereich von ungefähr 0,2 bis 10 Mikrometer aufweist.
4. Kollektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

die Kohlenstoffteilchen auf oberhalb 1900 ⁰C gebrannt sind.
5. Verfahren zur Erzeugung eines thermisch leitenden Substrats mit einem selektiven Solarenergie-Absorptionsiiberzug, dadurch gekennzeichnet, daß ein Überzug aus Kohlenstoffteilchen an der Oberfläche zum Anhaften gebracht wird, wobei die Mehrzahl der Kohlenstoffteilchen Durchmesser im Bereich von 0,2 bis 10 Mikrometer aufweist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß

die Kohlenstoffteilchen auf oberhalb 1900 ⁰C gebrannt sind.

ORIGINAL INSPECTED