DE19546871A1

DE19546871A1 - Absorberfolie für Wärmesolarkollektoren

Info

Publication number: DE19546871A1
Application number: DE19546871A
Authority: DE
Inventors: Rainer Dr Kaps; Peter Dr Moeckel; Michael Dipl Ch Schellenberger; Klaus Werner; Kay Dipl Chem Sonntag
Original assignee: Sika Werke GmbH
Current assignee: Sika Werke GmbH
Priority date: 1995-12-15
Filing date: 1995-12-15
Publication date: 1996-06-05
Anticipated expiration: 2015-12-16
Also published as: DE19546871C2; WO1997022838A2; WO1997022838A3

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung dient der Herstellung einer extrem leichten Solarkollektor-Absorberfolie, welche zum Einbau in Luft- und Wasserkollektoren als wärmeabsorbierende und -transportierende Folie geeignet ist.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Die thermische Nutzung der Sonnenenergie nimmt inzwischen einen festen Platz als alternative Methode zur Energiegewinnung ein. Sowohl im Hochtemperaturbereich von über 250°C als auch im Niedertemperaturbereich gibt es bereits kommerzielle Anlagen mit einem breiten Anwendungsgebiet. Unter den bekannten Anwendungen zur Wärmeerzeugung haben sich überwiegend Flachkollektoren durchgesetzt. Über 500 industrielle Anbieter gibt es allein in Deutschland. Der charakteristische Aufbau dieser Flachkollektoren besteht in einer Absorberfläche für den Infrarotbereich der Sonnenstrahlung. Diese Absorberflächen sind vorwiegend aus Kupfer oder Aluminium, welche mit Chromoxid, Kupferoxid, Nickel- und Kobaltoxiden u. a. belegt sind. Diese Oxide können galvanisch durch Abschneiden der Metalle und anschließender anodischer Oxidation aufgebracht werden. Auch durch Sputtern, Spritzen oder Walzenauftrag kann ein geeignetes Pigment auf die Trägerfolie aufgebracht werden. Dunkle Pigmente oder Farbstoffe sind ebenfalls geeignet, insbesondere Kohlenstoff als Ruß oder Graphit finden Verwendung. So eingefärbtes Polypropylen findet neben anderen Kunststoffen ebenfalls Einsatz. Der Anteil der absorbierten Strahlung soll hoch und der durchgelassene und reflektierte Betrag niedrig sein. Ein unter dem Absorber angebrachtes Rohr aus Kupfer, Aluminium oder Edelstahl wird mit gutem Wärmeübergang verschweißt, geklebt oder gelötet und dient dem Transport der Wärmeträger Flüssigkeit oder Luft in einem geschlossenen oder offenen Solarwärmekreislauf.

Wesentlicher Gesichtspunkt bei der Auswahl der Absorberoberflächen ist die möglichst geringe Differenz zwischen absorbierter und wieder reflektierter Strahlung, um einen möglichst großen Teil der absorbierten Wärme für die Nutzung verfügbar zu haben. Den bisher erhältlichen Absorberflächen, welche in den Patentschriften DE 31 34 865, DE 27 00 714, US 4790293, HUT 033690, SE 8008064, BE 902794 und J 5903274 beschrieben werden, haftet der Nachteil an, daß im Falle elektrolytisch oxidierter Kupferfolien hohe Herstellungskosten und umweltbelastende chemische Verfahren angewendet bzw. beim Oberflächenbedampfen im Vakuum oder Sputtern hohe Kosten und technische Aufwendungen erforderlich sind. Bei den beschichteten Systemen, welche ähnlich gute Energieausbeuten ergeben wie bei lackierten oder beschichteten Oberflächen müssen Nachteile in Kauf genommen werden, welche die Gebrauchsdauer und Langzeitbenutzung mit gleichen Energieausbeuten herabsetzen, da chemische Zersetzung und Korrosion die Oberflächen zerstören. Eine den durch elektrolytischen Verfahren, wie Sputtern oder Vakuumbeschichten, veredelten Kupferfolien ebenbürtige Absorberfläche konnte bisher nicht hergestellt werden.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung war es, eine analog oxidbeschichteten Kupferfolien absorbierende Oberfläche auf das Kupfer aufzukaschieren, welche optimale Wärmeabsorption, geringe Reflexion und hohes Speichervermögen, gepaart mit extremer Langlebigkeit aller Gebrauchsparameter gewährleistet.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Absorberfolie mit höchstmöglicher Speicherintensität, geringer Rückstrahlung und guter Wärmeleitfähigkeit auf Basis extrem leichter Metallfolien zu entwickeln, welche die Voraussetzungen für eine hohe Lebensdauer ohne Alterungsverhalten sowie ökologisch verträglicher Produktionsverfahren und Entsorgungsbedingungen erfüllt. Wie überraschenderweise gefunden werden konnte, lassen sich die gesuchten Eigenschaften durch Kombination zweier Folien mit völlig entgegengesetzten Eigenschaften in optimaler Weise erreichen. Kombiniert wurden zunächst eine Vielzahl von Absorberschichten mit guter Infrarotabsorption und gleichzeitig hoher Leitfähigkeit als naheliegende Lösung des Problems. Völlig unerwartet zeigte sich, daß bei Einsatz von glasfaserhaltigen Flächengebilden - speziell mit den für die Vliesproduktion eingesetzten Glashohlfasern - ein sehr gutes Absorptionsverhalten, mit gleichzeitig guter Rückhaltung der längerwelligen, emittierten Strahlen, vermutlich durch die innerhalb des Vlieses vielfach übereinanderliegenden Schichten durch Vielfachreflexion begünstigt, erreicht werden kann. Durch dieses Verhalten kann selbst mit extrusionsbeschichteten Vliesen zur Verbesserung der Verklebbarkeit eine von der gut isolierenden Glasfaserstruktur nicht zu erwartende Wärmeausbeute erreicht werden, obwohl sich wärmeisolierende Materialien naturgemäß bei Wärmekollektoren nicht zur Verwendung anbieten.

Die gemessene Wärmeausbeute unterscheidet sich praktisch nicht von den Kupferfolien, welche in elektrolytischen oder Bedampfungsverfahren mit Chromdioxid beschichtet sind.

Anwendbarkeit der Erfindung

Die Absorberfolien werden in Flachkollektoren zur Energiegewinnung mittels Luft- oder Wassererwärmung für mannigfaltige Einsatzbereiche, vorrangig zur Raum- und Brauchwassererwärmung genutzt. Die bisher im Einsatz befindlichen Systeme weisen bei langlebigen Varianten einen sehr kostenaufwendigen Herstellprozeß und Materialeinsatz auf und bei niedrigpreisigen Produkten nur relativ geringe Energieausbeuten. Die erfindungsgemäße Aufbauform der Absorberfolien vereint eine kostengünstige und materialsparende, ökologisch gut verträgliche Konstruktion mit hoher Energieausbeute, was den Einsatz in allen Bauarten bestehender Kollektorsysteme ermöglicht.

Vorteile gegenüber dem Stand der Technik

Der wesentliche Vorteil, den der Einsatz des beschriebenen Grundaufbaus der Absorberfolien bietet, ist an erster Stelle sein geringerer Preis gegenüber gleichwertigen Systemen auf Basis elektrolytisch oder vakuumbeschichteter Kupferfolien, ferner, die mit der Herstellung verbundenen umweltrelevanten Konditionen - auch bezüglich späterer Entsorgung und die leicht zu handhabende Form insbesondere durch das niedrige Gewicht des Materials.

Besonders vorteilhaft erweist sich, die Kombination von Kupfer und Glasfaser, das beide Materialkomponenten im höchsten Maß verwitterungs-, UV- und chemisch beständig gegen alle Einwirkungen in diesem Anwendungsbereich sind, was dieser Verbundaufbau als geeignete Alternative zu analog stabilen, hochpreisigen Metallabsorbern werden läßt. Das bevorzugte Einsatzgebiet sind Kollektoren auf Kunststoffbasis in Leichtbauweise, da die niedrige Wärmekapazität ein Überhitzen der Kollektoren im Störfall verhindert.

Ausführungsbeispiele Beispiel 1

Zur Herstellung einer extrem leichten Wärmeabsorptionsfolie für Solarkollektoren auf Basis von Kupfer (Cu) oder Aluminium (Al) wird eine 0,018-0,035 mm dicke Cu- oder Al-Folie im Trockenkaschierverfahren unter Einsatz von zweikomponenten Polyurethanklebstoffen gegen ein schwarz eingefärbtes 50-100 g/m² schweres Glasvlies kaschiert.

Beispiel 2

Zur Herstellung extrem leichter Wärmeabsorptionsfolien für Solarkollektoren mit erhöhter innerer Wärmeleitfähigkeit gemäß Beispiel 1 werden dem Kaschierklebstoff 5-10% eines Wärmeleitzuschlagstoffes, vorzugsweise Aluminiumoxid, zugesetzt.

Beispiel 3

Zur Herstellung einer Wärmeabsorptions-Solarkollektorfolie gemäß Beispiel 1 wird zur Verbesserung der Kaschierbarkeit das für die Laminierung mit der Kupferfolie eingesetzte Glasfaservlies vor der Verarbeitung rückseitig mit einer Polyolefinfolie, vorzugsweise schwarz eingefärbte Polyethylenfolie (PE), durch Extrusionsbeschichtung versehen.

Claims

1. Absorberfolie für Wärmesolarkollektoren vorzugsweise auf Basis von Metallfolien bis 0,01 mm Dicke, dadurch gekennzeichnet, daß eine gutwärmeleitende Metallfolie vorzugsweise auf Basis von Kupfer mit einem Glasfaservlies, vorzugsweise schwarz eingefärbt, mit Flächengewichten von 25-100 g nach technisch gängigen Kaschierverfahren, vorzugsweise mit Heißschmelz- oder Mehrkomponentenklebstoffen, verklebt wird.

2. Kollektorabsorberfolie gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zum Kaschieren verwendete Glasvlies mit einer Kaschier- und Benetzbarkeit verbessernden 20-40 µm dicken schwarzen Polyolefinfolie beschichtet wird.

3. Kollektorabsorberfolie gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Laminierung der Kupferfolie mit dem Glasvlies eingesetzte Klebstoff mit wärmeleitenden Füllstoffen versetzt wird.