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Kennwort: Solarkollektor II Abdeckung für Sonnenenergiekollektoren
Die Erfindung betrifft eine Abdeckfolie aus Fluorkunststoff für Sönnenenergiekollektoren.
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Derartige Sonnenenergiekollektoren, auch als Solarkollektoren bezeichnet,
bestehen im wesentlichen aus Metalloberflächen, die auf einer Seite geschwärzt sind
und auf der anderen Seite eine Anordnung von Rohren für Wärmeübertragungsmedien
(Flüssigkeiten, - - -) tragen.
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Zur Verhinderung von Wärmeverlusten befindet sich auf der sonnenzugewandten
Seite des Kollektors in einem bestimmten Abstand eine lichtdurchlässige Abdeckung.
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Wärmeverluste des kollektors entstehen z.R. durch Wärmestrahlung der
schwarzen Fläche.
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Es ist bekannt, zur Abdeckung von Solarkollektoren Glas zu verwenden
Vqn Nachteil hierbei ist jedoch, daß handelsübliches Glas die Strahlung der Sonne
erheblich absorbiert und bedeutende Verluste durch ein- oder mehrfache Reflexion
verursacht.
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Darüberhinaus sind Abdeckplatten aus Glas bekannterweise sehr zerbrechlich
und besitzen insbesondere bei der Abdeckung großflächiger Kollektoren ein hohes
Gewicht. Dazu kommt als weiterer Nachteil der nicht unerhebliche Preis, der besonders
bei reflexarmem Glas sehr hoch ist.
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Es wurde versuchsweise bereits eine Folie aus Polyvinylfluorid (PVF)
zur Abdeckung von Solarkollektoren eingesetzt. Von Nachteil ist jedoch, daß Polyvinylfluorid
bei höheren Temperaturen zur Zersetzung neigt und daher auf Verarbeitungsmaschinen
für Thermoplaste nicht verarbeitbar ist. Folien aus diesem Material können praktisch
nur durch Gießen aus Lösungen, z.B. Lösungen in Dimethylsulfoxid, oder durch Strangpressen
von geeigneten Organosolen in einem Wasserbad hergestellt werden. Es ist daher außerordentlich
schwierig, Folien aus Polyvinylfluorid herzustellen, deren Dicke 100 um wesentlich
übersteigt; auch ist im allgemeinen die mechanische Festigkeit von Gießfolien derjenigen
von Extrusions-, Kalander- oder Schälfolien unterlegen. Ferner ist die Dauertemperaturbeständigkeit
von Polyvinylfluorid nach der Seite hoher Temperaturen hin höchst unbefriedigend,
da sie nur bis etwa 105 0C reicht. Da beim Einsatz von Solarkollektoren, insbesondere
in Gebieten hoher Sonneneinstrahlung, an den Abdeckungen sehr hohe Temperaturen
auftreten, ist dies nicht ausreichend. können Aufgabe der Erfindung ist es daher,
eine Abdeckung für Solarkollektoren zu schaffen, die bei wirtschaftlicher Ilerstellungsweise
verbesserte Gebrauchseigenschaften aufweist.
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,Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Fluorkunstsb£S-Folie
vorgeschlagen, die aus einem Ilomopolymeren des Tetrafluoräthylens oder des Vinylidenfluorids
oder aus einem thermoplastisch verarbeitbaren, fluorhaltigen Copolymeren besteht,
in dem mindestens eines der darin enthaltenen Monomeren ein Fluorolefin ist, das
CF2-Gruppeii in die lIauptkette des Copolymeren einführt.
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Unter dem Begriff "thermoplastisch verarheitbar", d.h. verarbeitbar
aus der Schmelze des Polymeren, soll dabei verstanden werden, daß die oben definierten
Copolymeren einen Schmelzindex (MET-Wert) - gemessen nach DIN 53 735, bei 11 kg
Belastung
der Schmelze in der Düse und bei einer Temperatur, die jeweils 300C über dem Schmelzpunkt
des jeweiligen Copolymeren liegt - besitzen, der im allgemeinen zwischen 2 bis 35
g/10 min, vorzugsweise zwischen 5 bis 30 g/10 min liegt.
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Unter dem Begriff "fluorhaltiges Copolymeres, in dem mindestens eines
der darin enthaltenen Monomeren ein Fluorolefin ist,das CF2-Greppen in die Hauptkette
des Copolymeren einführt" sollen hier beispielsweise folgende Copolymere verstanden
werden: Copolymere von Tetrafluoräthylen mit Olefinen der Formeln CH2=CH-R und CH2=CR2,
worin R Wasserstoff oder einen Alkylrest, vorzugsweise einen geradkettigen Alkylrest
mit 1 bis 10 C-Atomen, darstellt; vorzugsweise sind dies beispielsweise Propylen,
Butylen, Isobutylen und insbesonders Äthylen; Copolymere von Tetrafluoräthylen mit
Vinylidenfluorid; von Tetrafluoräthylen mit Hexafluorpropylen und von Tetrafluoräthylen
mit Chlortrifluoräthylen; Copolymere von Tetrafluoräthylen mit perfluorierten Äthern,
wie insbesondere mit Perfluor (alkylvinyl)-äthern der Formel CF2=GFORf worin Rf
ein perfluorierter, vorzugsweise geradkettiger Alkylrest mit 1 bis 8, vorzugsweise
2 bis 4 C-Atomen ist, aber auch mit ringförmigen perfluorierten Äthern, die das
oder die Äther-Sauerstoff-Atome im Ring enthalten, wie insbesondere Perfluor(2-methylen-4-methyl-1
.3-dioxolan); Copolymere von Chlortrifluoräthylen mit Olefinen der Formeln CH2=CH-R
und CH2=CR2 in der oben genannten Bedeutung, vorzugsweise mit Äthylen;*ferner die
folgenden Terpolymerisate, bestehend aus Einheiten der im folgenden genannten Monomeren:
Tetrafluoräthylen/Rexafluorpropylen/Vinylidenfluorid;
Tetrafluoräthylen/Hexafluorpropylen/ein Olefin der obengenannten Bedeutung, insbesondere
Äthylen; Tetrafluoräthylen/Hexafluorpropylen/ein perfluorierter Äther der obengenannten
Bedeutung, insbesondere Perfluor(äthylvinyl)-äther, Perfluor(propylvinyl)äther,
oder Perfluor (2-methylen-4-methyl-1.3-dioxolan); Tetrafluoräthylen/Vinylidenfluorid/ein
Olefin der obengenannten Bedeutung, insbesondere Äthylen; Tetrafluoräthylen/Vinylidenfluorid/ein
perfluorierter Äther der vorstehend genannten Bedeutung) Tetrafluoräthylen/ein Olefin
der obengenannten Bedeutung/ein perfluorierter Äther der obengenannten Bedeutung;
Tetrafluoräthylen/Ohlortrifluoräthylen/ein Olefin der obengenannten Bedeutung; Chlortrifluoräthylen/Hexafluorpropylen/ein
Olefin der obengenannten Bedeutung; Chlortrifluoräthylen/Vinylidenfluorid/ein Olefin
der obengenannten Bedeutung; Außer den Homopolymeren des Vinylidenfluorids sind
Copolymere, bestehend aus folgenden Monomeren, für die erfindungsgemäß eingesetzten
Fluorkohlenstoff-Folien besonders bevorzugt (es sind jeweils die Anteile in Mol.-
angegeben, in denen die genannten Monomeren im Copolymeren vorliegen): Tetrafluorathylen/Äthylen
(70 bis 30/30 bis 70, vorzugsweise 60 bis 50/40 bis 50); Tetrafluoräthylen/Hexafluorpropylen
(85 bis 55/15 bis 45, vorzugsweise 80 bis 60/20 bis 40); Tetrafluoräthylen/Perfluor(propylvinyl)äther
(97 bis 90/3 bis 10, vorzugsweise 97 bis'94/3 bis 6), Chlortrifluoräthylen/Äthylen
(70 bis 30/30 bis 70, vorzugsweise 60 bis 50/40 bis 50); Tetrafluoräthylen/Vinylidenfluorid/llexafluorpropylen
(65 bis 40/30 bis 45/5 bis 15);
Tetrafluoräthylen/Äthylen/Heafluorpropylen
(70 bis 30/28 bis 55/2 bis 15, vorzugsweise 60 bis 40/38 bis 52/2 bis 8) und Tetrafluoräthylen/Äthylen/Perfluor(propylvinyl)
äther (97 bis 65/1 bis 10/2 bis 25, vorzugsweise 97 bis 75/1 bis 5/2 bis 20).
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Alle obengenannten polymeren Materialien, für die erfindungsgemäß
eingesetzten Fluorkunststoff-Folien - bis auf Polytetrafluoräthylen - sind auf Verarbeitungsmaschinen
für Thermoplasten nach üblichen Verfahren verformbar. Demgemäß können solche Folien
entweder im Extrusionsverfahren über Breitschlitzdüsen zu Flachfolien oder über
Folienblasköpfe zu Blasfolien extrudiert werden. Letztere können dann entweder aufgeschnitten
oder nach bekannten Verfahren mit Hilfe von Quetschwalzen unter Anwendung von Wärme
oder Druck flachgelegt und doubliert werden. Ebenso können Folien aus diesen Materialien
auf üblichen Kalandern für Thermoplaste hergestellt werden. Polytetrafluoräthylen-Folien
werden vorzugsweise nach der bekannten Schälfolientechnik aus gepreßten und dann
gesinterten Blöcken hergestellt. Die Dicke der eingesetzten Fluorkunststoff-Folien
soll zwischen 25 und 300!um, vorzugsweise 50 bis 100/um liegen.
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Das spezifische Gewicht beträgt etwa 1,5 bis 2,5 g/cm , vorzugsweise
1,6 bis 2,2 g/cm3.
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Die derart beschriebenen Fluorkunststoff-Folien besitzen ausgezeichnete
mechanische Eigenschaften; sie sind leichter und billiger als Glas und besitzen
ferner eine gute Wetter-, Kälte-und Wärmebeständigkeit. Von besonderem Vorteil ist,
daß ihre Dauertemperaturbeständigkeit (worunter verstanden werden soll, daß bei
Dauerbelastung über einen Zeitraum von fünf Jahren mit derartigen Temperaturen die
mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Rißfestigkeit, noch oberhalb 50 % der
ursprünglichen Werte liegen) in allen Fällen wesentlich oberhalb 105 C liegt.
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Sie beträgt bei einigen Materialien bis zu 260°C, bei den meisten
Materalien 1800C; auf jeden Fall sollte die Dauertemperaturbeständigkeit der erfindungsgemäßen
Abdeckfolien zweckmäßigerweise mindestens 1400C betragen. So besitzt beispielsweise
eine Folie aus einem Copolymeren von Tetrafluoräl;hzrlen/Ätllylen im Molverhältnis
1 : 1 eine Dauertemperaturbeständigkeit von lSOOC, eine Folie aus Polyvinylidenfluorid
ebenfalls von 1 500C, Folien aus Copolymeren von Tetrafluoräthylen'
Hexafluorpropylen
von 1800C bis 2000C, Folien aus Copolymeren von Chlortrifluoräthylen/Äthylen von
150 bis 160°C. Folien aus Polytetrafluoräthylen besitzen gar eine Dauertemperaturbeständigkeit
bis zu 2600C. Somit ist eine Beeinträchtigung der Abdeckkng auch bei langdauernder
Belastung durch hohe Temperaturen ausgeschlossen. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen
Fluorkunststoff-Folien zur Abdeckung von Solarkollektoren ist das ausgezeichnete
antiadhäsive Verhalten, das einerseits ein Ansetzen von Schmutz verhindert, andererseits
eine Reinigung überaus leicht gestaltet. Dasselbe trifft zu für das Ansetzen von
Eis und Schnee und dies ist ein ganz wesentlicher Vorteil gegenüber Glas. So können
Solarkollektoren, abgedeckt mit den genanntentFluorlcunststoff-FolieIl in vorteilhafter
Weise im Hochgebirge und in Schneegebieten Verwendung finden, wo bei überaus starker
Sonneneinstrahlung mit Eis- und Schneeansatz gerechnet werden muß. Hier ist außerdem
von Vorteil, daß die erfindungsgemäßen Abdeckfolien im allgemeinen auch noch bei
Temperaturen unter -600C, oftmals sogar unter -800C eingesetzt werden können. In
Küstengebieten, in denen mit Seewasserbeschlag bzw. Salzablagerungen gerechnet werden
muß, ergeben sich ebenfalls erhebliche Vorteile gegenüber Glas.
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Von Vorteil ist fernerhin, daß die Lichtdurchlässigkeit der erfindungsgemäß
eingesetzten Fluorkunststoff-Folien im sichtbaren ~Bereich und die TJltrarot-Absorption
im Wellenlängenbereich von etwa 7 bis 10/um (der maximalen StHl gfflidbder schwarzen
Kollektorfläche) bei gleicher Schichtdicke größer ist als die von Polyvinylfluorid-Folicn
oder von Glas. Dies gilt für Folien aus Polytetrafluoräthylen allerdings nur in
einges hränkt em Maße, da- diese meist leicht opak sind. Dieser Fluorkunststoff
besitzt dafür aber den Vorteil einer extremen Wärme- und Kältebeständigkeit und
eines besonders antiadhäsiven Verhaltens.
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Im allgemeinen sollte der mittlere, schicht-dickenunabhängige Lichtdurchlässigkeitskoeffizient
im sichtbarren Bereich, d . h. die über den sichtbaren Bereich gemittelte (integregierte)
Durchlässigkeit bezogen auf eine bestimmte Binheitsdicke und der entspre dlende
Wert für die Ultrarotabsorption im Wellenlängenbereich von etwa 7 - 10/um , bei
den erfindungsgemäßen Abdeckfolien mehr als 80 C, vorzugsweise mehr als 90 , betragen,
sofern sie unverstärkt sind. Im Falle der Verstärkung durch Fasern - wie nachfolgend
beschrieben - tritt eine gewisse 13eeinträclitigung dieser Werte ein, die in der
Regel durch die Zunahme der mechanischen Festigkeit tragbar ist; im allgemeinen
können dabei Wertminderungen von 10 bis 20 % injcauf genommen werden.
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Zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit können die Fluorkunststoff-Folien
eine Armierung aus organischen oder anorganischen Fasern enthalten, beispielsweise
Glasfa-sern (Synthesefasern, soweit diese ausreichend temperaturbeständig sind)
oder Metallfasern. Um eine größere Beein: trächtigung-der Lichtdurchlässigkeit zu
vermeiden, werden diese zweckmäßigerweise in Form von weitmaschigen Geweben oder
offenen Vliesen angebracht, was beim Doublieren von Glasfasern besonders einfach
zu bewerkstelligen ist.
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Die erfindungsgemäßen Abdeckfolien können bei allen Sonnenenergie-Kollektoren,
die eine Abdeckung erfordern, eingesetzt werden.
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Fig. 1 zeigt den Aufbau eines Sonnenenergiekollektors und die erfindungsgemäße
Anwendung der Kunststoff-Folie. Der Kollektor besteht aus einer ebenen Platte (2)
aus Metall oder Kunststoff mit integrierter Rohrleitung (4), die einen Zulauf (6)
für das 2s -erwärmende-und-einen-Abl-auf (8) für das erwärmte Medium -(z.B.Wasser)
aufweist. Auf der der Sonne zugewandten Plattenseite ist eine Schwarzfarbenschicht
(10) aufgetragen.
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Ueber der geschwärzten Plattenseite sind im Ausführungsbeispiel drei
im Abstand übereinander angeordnete Abdeckungen (12, 14, 16) vorgesehen, wobei im
Ausführungsbeispiel nur die Abdeckun (16) aus - der erfindungsgemäßen Fluorkunststoff-Folie
besteht.
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Die übrigen lichtdurchlässigen Abdeckungen (10, 12) dienen zur Minderung
von Konvektionsverlusten. Zur Minderung weiterer Wärmeverlustquellen ist die Platte
(2) auf der sonnenabgewandten Seite mit einer Ultrarot-Strahlung vermindernder Metallauflage
(18) und einer Schaumstoffisolierung (20) versehen.