DE3228274A1

DE3228274A1 - Herstellungsverfahren fuer eine selektiv absorbierende schicht

Info

Publication number: DE3228274A1
Application number: DE19823228274
Authority: DE
Inventors: Karl Dipl.-Ing. Dr. 6236 Eschborn Heil; Albert 6000 Frankfurt Kling; Hans-Peter Dipl.-Ing. Dr. 6380 Bad Homburg Sattler
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1982-07-29
Filing date: 1982-07-29
Publication date: 1984-02-09

Description

HERSTELLUNGSVERFAHREN FUR EINE SELEKTIV
ABSORBIERENDE SCHICHT ~ Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer selektiv absorbierenden Schicht auf der Oberfläche eines metallischen Solarkollektors unter Verwendung von Ruß.
Bei Solarkollektoren wird eine hohe Absorption von Sonnenlicht und zugleich eine geringe Emlnision von Wärmestrahlung angestrebt. Die Oberflächen von Solarkollektoren müssen demnach hohe 6 -Werte und niedrige # -Werte aufweisen. Bei den üblicherweise verwendeten metallischen Werkstoffen ist der £ -Wert bei unbehandelter Oberfläche gut bis sehr gut, während der OC -Wert nur sehr unbefriedigend ist. Man hat daher schon verschiedene Verfahren zur Behandlung der Oberflächen von Solarkollektoren voryeschlagen.
Bekanntgeworden sind sogenannte Metallschwarzschichten mit Cz -Werten von 0,90 und £ -Werten von 0,10 (vergl. Z.
Oberfläche-Surface, 21.JG (1980), Heft 2, Seite 41 und 42). Oberflächenschichten mit einer derartigen Kombination von α/# -Werten, sind kaum zu überbieten; sie sind mit Preisen um DM 50,--/m2 aber auch sehr teuer, so daß entsprechend ausgerüstete Solarabsorber derzeit praktisch noch nicht wettbewerbsfähig sind.
Ferner sind Schwarzlackschichten für metallische Solarabsorber bekanntgeworden (a.a.O. ), die sehr hohe d -Werte haben, deren £ -Werte aber ebenfalls verhältnismäßig hoch sind, wobei im Ergebnis kein großer Vorteil gegenüber einer unbehandelten metallischen Oberfläche erreicht wird.
Schließlich hat man auch schon selektive Lackschichten vorgeschlagen (a.a.O.), mit α-Werten um 0,95 und g -Werten um 0,50. Als geeignetes Schwarzpigment wird Ruß angesehen, der schon in geringer Konzentration hohe Absorptionsgrade erzeugt, im Infrarotbereich aber ebenfalls stark absorbiert und deswegen die t -Werte verschlechtert. Da jedoch bei Lack-Ruß-Mischungen der α-Wert schneller steigt als der g -Wert (vergl. a.a.O., Abb. 2), sind derartige selektiv absorbierende Lackschichten durchaus brauchbar.
Als nachteilig wird der noch verhältnismäßig hohe g -Wert angesehen, der einerseits vom metallischen Untergrund abhängig ist und andererseits mit der Dicke der Lackschicht erheblich ansteigt. Um Ct-Werte =t 0,90 zu erhalten, muß die Schichtdicke bei einem Rußgehalt von 0,5 % mindestens 10/um betragen, wobei jedoch der £ -Wert schon bis auf nahezu 0,60 ansteigt.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde ein Verfahren anzugeben, mit dem unter Verwendung von Ruß auf Oberflächen von metallischen Solarkollektoren selektiv absorbierende Schichten hergestellt werden können, die α/# -Werte ähnlich wie Metallschwarzschichten aufweisen, die aber einfacher und wirtschaftlicher zu realisieren sind. Außerdem sollen die Schichten abriebfest und witterungsbeständig sein und sich auch auf nicht ebenen Oberflächen auftragen lassen.
Gemäß der Erfindung wird zur Lösung dieser Aufgabe vorgeschlagen, daß Ruß mit einer Primärteilchengröße von 10 bis 300 nm in einem Bindemittel dispergiert wird und die Dispersion zusammen mit einem geeigneten Lösungsmittel auf die Oberfläche des metallischen Solarkollektors in einer Menge aufgebracht wird, daß die Dicke der aufgebrachten Schicht nach dem Trocknen 1 bis 8 µm beträgt.
In weiterer Ausbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß die Dispersion aus 2 bis 50 Gew.% Ruß und 50 bis 98 Gew.% Bindemittel besteht. Die Mischung aus Dispersion und Lösungsmittel hat zweckmäßigerweise eine Dichte von 0,5 bis 1,5 Kg/dm3. Als besonders geeignet haben sich Bindemittel auf Akrylbasis erwiesen.
Eine weitere Verbesserung wird erzielt, wenn nach dem Trocknen durch eine Wärmebehandlung oberhalb der Zersetzungstemperatur des Bindemittels dieses teilweise aus der aufgebrachten Schicht entfe@nt wird. Vorteilhafterweise wird das Bindemittel zu mehr als 50 %, im günstigsten Falle im wesentlichen vollständig entfernt. Die aufyebrachte Schicht soll im fertigen Zustand eine Dicke von 1 bis 3 µm aufweisen. Zum Aufbringen der Schicht wird zweckmäßigerweise das Tauchverfahren angewendet, wobei die Oberfläche des metallischen Solarkollektors vor der Beschichtung in an sich bekannter Weise gereinigt und entfettet wird. Besondere Vorteile hat das Verfahren bei der Herstellung von Solarkollektoren aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen.
Weitere Einzelheiten der Wärmebehandlung werden anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert.
In Figur 1 sind die Ergebnisse einer Versuchsreihe wiedergegeben, bei der von einem # -Wert von 45 % ausgegangen und dann eine Wärmebehandlung bei 4000C durchgeführt wurde. Nach einer Glühzeit von 15 bis 20 Minuten ist der # --Wert nur noch halb so groß wie im nicht wärmebehandelten Zustand, nach 40 Minuten ist er auf etwa ein Viertel des Ausyangswertes reduziert. In der Praxis wird man in jedem Fall den anfänglichen Steilabfall des # -Wertes ausnutzen, d.h. mindestens etwa 10 Minuten wärmebehandeln.
Der Umfang der weiteren Reduzierung des d -Wertes richtet sich nach wirtschaftlichen GesichtsLJunkten, wobei letztlich die Energiepreise m@ßgebend sind. Die weitere Reduzierung des # -Wertes verbessert natürlich die mit einem Solarkollektor erreichbare Ausbeute der Sonnenenergie, sie erfordert aber auch einen höheren Energieaufwand bei der Wärmebehandlung der C/ # Schicht. Anhand der Figur 1 läßt sich im Einzelfall leicht abschätzen, ob unter den jeweiligen Gegebenheiten eine längere Glühzeit vorteilhaft ist oder nicht.
In Figur 2 sind die mit einer einheitlichen Wärnebehand lung von 20 Minuten bei 4000C erreichten £ -Werte mit den Ausgangswerten verglichen. Unterhalb der Syrretrielinie liegende Punkte bedeuten eine Verkleinerung und damit Verbesserung des # --Wertes. Nur in einem einzigen Fall mit sehr kleinem Ausgangs- # -Wert liegt der Punkt oberhalb der Symmetrielinie, d.h. daß die Wärmebehandlung eine Verschlechterung gebracht hat. Dabei ist allerdings anzumerken, daß dieser Versuch nur theoretische Bedeutung hat, da man in der Praxis nicht versuchen würde, # -Werte kleiner 10 % weiter zu verbessern. Alle anderen Punkte liegen auf oder unter der Symlnetrielinie. Jeder Punkt teilt die zugehörige Ordinate zwischen Abzisse und Symmetrielinie in zwei Abschnitte. Der Abschnitt zwischen Punkt und Symmetrielinie ist ein Maß für die erreichte Reduzierung des # -Wertes, d.h. daß dieser um so stärker verbessert wurde, je größer der Abstand des Punktes in Ordinatenrichtung von der Symmetrielinie ist. Betrachtet man das gesamte Punktkollektiv, so wird deutlich, daß sich g --Werte um 80 % nur unwesentlich verbessern lassen, daß atctr bei Ausgangswerten um 40 % eine Reduzierung auf weniger als die ijälfte möglich ist.
Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird man daher bestrebt sein, schon ohne die Wärmebehandlung # -Werte unterhalb 40 % zu erreichen, weil bei diesen durch eine Wärmebehandlung die stärksten Verbesserungen zu erzielen sind. Mit den erfindungsgemäßen Verfahren können α/# -Werte erreicht werden, die den eingangs erwähnten Metallschwarzschichten entsprechen, wobei die Kosten pro m2 nur ein Bruchteil dessen betragen, was für die herstellung der ietal Ischwar zschi chten aufgewendet werden muß

Claims

PATENTANSPRUCHE 1. Verfahren zur Herstellung einer selektiv absorbierenden Schicht auf der Oberfläche eines metallischen Solarkollektors unter Verwendung von Ruß, dadurch gekennzeichnet, daß Ruß mit einer Primärteilchengröße von 10 bis 300 nm in einem Bindemittel dispergiert und die Dispersion zusammen mit einem geeigneten Lösungsmittel auf die Oberfläche des metallischen Solarkollektors in einer Menge aufgebracht wird, daß die Dicke der aurgebrachten Schicht nach dem Trocknen 1 bis 8 um beträgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ekennzeichnet, daß die Dispersion aus 2 bis 50 Gew.% Ruß und 50 bis 98 Gew.% Bindemittel besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung aus Dispersion und Lösungs-3 mittel eine Dichte von 0,5 bis 1,5 Kg/dm aufweist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bindemittel auf Acrylbasis verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Trocknen durch eine Wärmebehandlung oberhalb der Zersetzungstemperatur des Bindemittels dieses teilweise aus der aufgebrachten Schicht entfernt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel zu mehr als 50 % entfernt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel im wesentlichen vollständig entfernt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, durch gekennzeichnet, daß die aufgebrachte Schicht in fertigen Zustand eine Dicke von 1 bis 3 um aufweist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen der Schicht im Tauchverfahren erfolgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des metallischen Solarkollektors vor der Beschichtung in an sich bekannter Weise gereinigt und entfettet wird.
11. Anwendung des Verfahrens nach e einem der Ansprüche 1 bis 10 auf die IlerstelSung von Solarkollektoren aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen.