WO2011117256A2 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer hochselektiv absorbierenden beschichtung auf einem solarabsorberbauteil und solarabsorber mit einer solchen beschichtung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer hochselektiv absorbierenden beschichtung auf einem solarabsorberbauteil und solarabsorber mit einer solchen beschichtung Download PDF

Info

Publication number
WO2011117256A2
WO2011117256A2 PCT/EP2011/054376 EP2011054376W WO2011117256A2 WO 2011117256 A2 WO2011117256 A2 WO 2011117256A2 EP 2011054376 W EP2011054376 W EP 2011054376W WO 2011117256 A2 WO2011117256 A2 WO 2011117256A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
substrate
coating
solar absorber
component
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/054376
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2011117256A3 (de
Inventor
Dieter Ostermann
Original Assignee
Odb-Tec Gmbh & Co.Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Odb-Tec Gmbh & Co.Kg filed Critical Odb-Tec Gmbh & Co.Kg
Priority to US13/636,425 priority Critical patent/US20130192588A1/en
Priority to AU2011231660A priority patent/AU2011231660A1/en
Priority to JP2013500474A priority patent/JP2013527310A/ja
Priority to CN2011800251729A priority patent/CN102933920A/zh
Priority to EP11709424.3A priority patent/EP2550490B1/de
Publication of WO2011117256A2 publication Critical patent/WO2011117256A2/de
Publication of WO2011117256A3 publication Critical patent/WO2011117256A3/de
Priority to ZA2012/07140A priority patent/ZA201207140B/en

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S70/00—Details of absorbing elements
    • F24S70/30—Auxiliary coatings, e.g. anti-reflective coatings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02—Anodisation
    • C25D11/04—Anodisation of aluminium or alloys based thereon
    • C25D11/18—After-treatment, e.g. pore-sealing
    • C25D11/20—Electrolytic after-treatment
    • C25D11/22—Electrolytic after-treatment for colouring layers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D7/00—Electroplating characterised by the article coated
    • C25D7/08—Mirrors; Reflectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S70/00—Details of absorbing elements
    • F24S70/20—Details of absorbing elements characterised by absorbing coatings; characterised by surface treatment for increasing absorption
    • F24S70/225—Details of absorbing elements characterised by absorbing coatings; characterised by surface treatment for increasing absorption for spectrally selective absorption
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S70/00—Details of absorbing elements
    • F24S70/20—Details of absorbing elements characterised by absorbing coatings; characterised by surface treatment for increasing absorption
    • F24S70/25—Coatings made of metallic material
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/46—Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines

Definitions

  • the present invention relates to a method for
  • the energy of solar radiation can be converted directly into electrical energy via photovoltaic. Another use of solar energy is in the operation of conventional solar energy
  • Absorber surfaces are in contact with a heat transfer medium, such as thermal oil or superheated steam and this heat.
  • a heat transfer medium such as thermal oil or superheated steam
  • Thermal oil-fed further heat exchanger steam then drives a turbine and a generator connected to the turbine in a known manner for producing electricity.
  • Heat accumulators allow electricity to be produced almost independently of the time of day.
  • a special form of solar thermal power plants form so-called parabolic trough power plants. These include one
  • parabolic trough collectors which in turn consist of up to 400 meters long gutters made of parabolic cross-section mirror segments, in the focal line vacuum-insulated absorber tube, so-called receiver,
  • the receivers comprise a cladding tube consisting of a coated
  • Cladding tube the cladding tube must be kept with a steel bellows. Decisive for maximum absorption of
  • thermal emissivity ⁇ should be thermally stable. From practice manufacturing processes for absorber components as components of sun flat plate collectors in various designs are known. For example, from DE 28 50 134 AI a method for producing a
  • Element made of aluminum in which on one side of the plate-shaped element by anodic oxidation, a fine-pored aluminum layer is produced, which in a second process step by electrolytic incorporation of a metal, for example nickel, cobalt, copper, iron, tin, silver or zinc, in the Pores is pigmented.
  • a metal for example nickel, cobalt, copper, iron, tin, silver or zinc
  • PVD physical vapor deposition
  • the invention has for its object to provide a method for producing a selectively absorbing coating on a solar absorber component, with which the production of highly selective absorbing layers on metallic surfaces of different geometry, especially on tubular components, plate goods as well as on coil goods, on an industrial scale With high reproducibility and maximum absorption capacity and thus optimized usability is possible.
  • Electrolytically producing the absorbing layer in a first step by DC anodizing the metallic surface of the substrate to form a porous oxide layer and in a second step by AC pigmenting the pores of the
  • Oxide layer wherein the DC anodizing and the AC pigmenting takes place until the amount of charge per unit area determined for the particular step from the inner surface is reached
  • the particular advantage of the method according to the invention is that the selectively absorbing layers can be produced with high accuracy and a maximum of reproducibility on the metallic substrate surface. By determining the amount of charge per unit area required for the production of the absorbent coating as a function of the previously determined inner surface of the metallic substrate surface, it is ensured that Fluctuations in ambient conditions, such as air temperature and pressure and the temperature of the electrolyte, which can not be completely eliminated
  • Time of day i. at slightly different temperatures, to visible differences in the coating and thus lead to different layer thicknesses and corresponding to a non-uniform absorption behavior.
  • the electrolytic production of the absorbent layer takes place in a first step
  • the AC voltage underlying the AC voltage can in particular sinusoidal, rectangular or unbalanced over time
  • the ratio of anodization charge density and pigment charge density determines the solar absorption coefficient oc.
  • the substrate may be a metallic component, in particular a plate-shaped or tubular component, be.
  • the substrate may be formed as a roll-bonded aluminum cushion absorber.
  • Substrate materials such as plastics, may be used which have a metallic surface. Common methods are e.g. galvanic plastic coating or the plasma coating. Glass substrates can also be coated highly selectively with the method according to the invention. Investigations by the Applicant have revealed glass surfaces coated with a transparent conductive oxide layer (TCO), in particular indium tin oxide (ITO), fluorine tin oxide (FTO), aluminum zinc oxide (AZO) and
  • TCO transparent conductive oxide layer
  • ITO indium tin oxide
  • FTO fluorine tin oxide
  • AZO aluminum zinc oxide
  • Antimony tin oxide as particularly suitable.
  • the substrate material may also be film-like
  • Adhesive layer is provided. Depending on the nature of the substrate material may be different
  • Adhesive layers are applied.
  • the adhesion-promoting layer can also be applied by coating an aluminum tube on the steel tube.
  • a thin-walled aluminum tube is used, the
  • Inner diameter is slightly smaller than the
  • a copper tube can also be used for coating.
  • the copper tube has the advantage that in later use temperatures> 520 ° C can be generated in the CSP receiver. It is understood that other methods, in particular vacuum methods, can be used for depositing an adhesion promoter layer on the substrate material. Likewise, components made of aluminum or copper solid material can be used.
  • Amount of charge determined depending on the inner surface of the substrate.
  • the inner surface i. the
  • microscopic surface of the substrate can be determined, for example, by mechanical scanning on a microscopic scale, preferably by atomic force microscopy.
  • a representative surface section of, for example, 10 ⁇ 10 is scanned by 2 or 50 ⁇ 50 by 2 .
  • the electrolytic production of the absorbent layer takes place in a first step
  • the AC pigmentation of the pores of the oxide layer wherein the DC anodizing and the AC pigmenting takes place until the amount of charge per unit area determined for the respective step from the inner surface is reached, and then terminated.
  • various metals can be used.
  • the AC pigmentation is carried out with a metal of the group Ni, C, Al, Mg, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Ag and Sn.
  • Roll-bond absorbers with a non-planar surface can be just as well as sheet goods or Foils are coated.
  • the solar absorber component is cylindrical, wherein the electrolytic production of the absorbent layer with standing in a container filled with an electrolyte container positioned
  • cylindrical counter electrode is arranged.
  • a cylindrically shaped cylindrical counter electrode is arranged.
  • cylindrical solar absorber component can be completely or partially immersed in the electrolyte in terms of its circumference.
  • electrolytic production of the absorbent layer thus takes place only on the immersed in the electrolyte peripheral portion of the cylindrical
  • Solar absorber component as a receiver (or as absorber tube in a receiver tube) in a parabolic trough collector
  • Coil products in particular made of aluminum or copper, can be coated highly selectively by means of roll-to-roll processes. This is the coil material according to an embodiment successively pulled through four plunge pools. In the first basin, the material is cleaned, in the second is by means of
  • Anodizing electrolyte cleaned and in the last basin is the AC pigmentation.
  • the coil material is connected to the ground potential, while the counterelectrodes are connected to a corresponding potential (DC voltage for the
  • a transparent anti-reflection layer can finally be applied to the electrolytically produced absorbing layer.
  • This can, for example, from a material of the group AI2O3, SiC-2, Si0 2 / Sn0 2 , Ti0 2 , 3-mercaptopropyltrimethoxysilane
  • Another aspect of the present invention relates to a solar absorber component made by a method according to any one of claims 1-18.
  • Fig. 2 shows the highly selectively absorbing coating of the... Coated absorber tube for a parabolic trough collector in cross section
  • Fig. 3 a-c is a pore of selectively absorbing
  • Fig. 5 shows the current characteristic of the DC anodization for producing the selectively absorbing
  • Fig. 6 shows the current characteristic of the AC
  • Fig. 7 shows a device for electrolytic
  • FIG. 9 shows a device for the electrolytic coating of an absorber tube in a third embodiment
  • FIG. 10 shows a device for applying a selective one
  • Figure 1 is a with a selectively absorbing
  • the absorber tube 10 of FIG. 1 comprises a steel tube 1, which on its outer surface with a Adhesive layer 2 is provided.
  • Adhesive layer 2 is provided.
  • This is preferably an aluminum or copper layer, which is preferably electrolytic on the steel surface
  • the primer layer Since the primer layer has to be completely free of pores, in this case a minimum thickness of the electrodeposited layer of 8-10 .mu.m
  • the steel pipe 1 is a steel pipe of inferior surface quality with a porous surface, then it is useful to first electrolytically close the pores on the surface by electrolytic deposition of a laterally growing metal layer (for example nickel) and then electrolytically the aluminum adhesion promoter layer
  • a laterally growing metal layer for example nickel
  • Aluminum tube e.g., AlMg3
  • a copper tube over the
  • the aluminum or the copper tube whose inner diameter is slightly smaller than the outer diameter of the steel tube, heated and over the
  • Pulled steel tube After cooling, a very strong composite material forms.
  • Adhesive layer it is also possible to apply them in a vacuum process, such as PVD.
  • Primer layer is absolutely free of pores.
  • Copper pipes have the advantage that surface temperatures> 520 ° C can be achieved. Not shown is an embodiment of a
  • Solar absorber component wherein the substrate is plate-shaped. Also not shown is a film-like substrate, in particular in the form of an aluminum or copper foil. This may have a typical thickness of 0.05 and 0.2 mm. As investigations by the Applicant have revealed, the method according to the invention even makes it possible to use household products
  • the selective absorbing coating 3 is a pigmented anodized layer which is formed on the primer layer 2 in a two-step process. The microscopic structure of the layer is explained below in connection with FIGS. 2 and 3.
  • the outermost layer of the layer structure of the absorber tube from FIG. 1 is formed by an antireflection layer 4, which as a transparent, thin layer is intended to minimize reflection losses and at the same time provides protection against
  • SiO 2 / SnO 2 TiO 2 , 3-mercaptopropyltrimethoxysilane (MPTMS), cerium oxide, soda waterglass or pyrolytic SnO 2 or F: SnO 2 (FTO or fluorine-doped tin oxide).
  • MPTMS 3-mercaptopropyltrimethoxysilane
  • cerium oxide soda waterglass or pyrolytic SnO 2 or F: SnO 2 (FTO or fluorine-doped tin oxide).
  • FTO fluorine-doped tin oxide
  • Antireflection layer is used because the refractive index of quartz glass (n SiO 2 ⁇ 1.55) is better adapted to the refractive index of the air surrounding the absorber tube in use (n air ⁇ 1) than for example for Al 2 0 3 (n A1203 ⁇ 1.76 ) is the case, so that it comes in the case of Si0 2 -Antireflexions Mrs to comparatively low reflection losses.
  • FIG. 2 the anodized and pigmented selectively absorbing coating of the absorber tube of Fig. 1 is shown in fragmentary form in schematic form.
  • absorbent layer 3 acts.
  • the thickness of the absorbent layer 3 acts.
  • Barrier layer 23 in this case is about 25 nm
  • a porous layer 3a with a thickness of about 300 - 500 nm.
  • the diameter of the pores 3b can be given in the present embodiment with 50 to 80 nm. This layer structure can be independent of
  • the pores of the oxide layer in an AC pigmentation step are subsequently pigmented, wherein in turn, depending on the inner surface of the
  • Substrate specific charge amount is kept constant.
  • the metals Ni, C, Al, Mg, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Ag and Sn are suitable.
  • FIG. 4 shows the reflectivity of the selectively absorbing coating according to FIG. 2 as a function of the wavelength in nanometers. In particular, a very low reflectivity of the coating of ⁇ 5% can be recognized.
  • an aluminum adhesion promoter layer takes place on a cylindrical steel substrate. After cleaning with isopropanol, etching or pickling of the aluminum adhesion promoter layer in caustic soda or
  • Metal particles can be installed. This ensures an excellent coating quality.
  • the inner surface is determined by atomic force microscopy (AFM).
  • AFM atomic force microscopy
  • the DC anodization of the aluminum adhesive layer takes place.
  • This is in the present Embodiment carried out at a DC voltage of 15 volts in phosphoric acid (H 3 P0 4 - 9% by volume), wherein on the aluminum surface, an Al 2 O 3 layer is generated. After reaching the calculated amount of charge per unit area, the process is stopped. As a result of the charge quantity control, variations in the temperature of the electrolyte and fluctuations in the electrolyte concentration, which may cause
  • FIG. 2 The pores 3b shown in side sectional view in FIG. 2 form a hexagonal lattice in plan view.
  • the thickness of the barrier layer is therefore approximately 18 to 21 nanometers.
  • FIG. 5 shows the current characteristic for the Gleichetrom anodization of the aluminum adhesion promoter layer.
  • the anodizing current is against time
  • the AI2O3 or the copper oxide layer can also be in the known from the anodizing acids
  • Adhesive layer calculated amount of charge per
  • the AC pigmentation is thus always operated in the monotonously falling region of the current characteristic according to FIG. Accordingly, the termination of the pigmentation upon reaching the calculated amount of charge per unit area before reaching the delta peak occurs.
  • a SiO 2 layer is preferred by means of dip coating
  • the antireflection layer is to be formed by an Al 2 O 3 , a TiO 2 , a 3-mercaptopropyltrimethoxysilane (MPTMS), a cerium oxide, a sodium silicate or a SiO 2 / SnO 2 layer, the application can also be carried out here done by dip coating.
  • MPTMS 3-mercaptopropyltrimethoxysilane
  • FIGS. 7 and 8 show two different embodiments of a device for producing a selectively absorbing coating on the surface of an absorber tube 10.
  • the apparatus of FIG. 7 is the
  • cylindrical absorber tube 10 standing in one with a
  • FIGS. 8 and 9 two are alternative to FIG. 7
  • Embodiments of a coating device shown.
  • the coating of the surface of the absorber tube 10 takes place in a lying position in an elongated, comparatively shallow basin 30 '.
  • the absorber tube is in this case of a
  • the absorber tube 10 is only partially in the electrolyte 20
  • the coating of the surface of the absorber tube 10 in a lying position is again carried out in an elongated, flat bowl 30 ".
  • the absorber tube is surrounded by a cylindrical counterelectrode 40 "which is open longitudinally along the top side.
  • the absorber tube 10 is completely immersed in the electrolyte 20. Accordingly, as in the case of the device of FIG. 7, a full-area coating with the selectively absorbing layer takes place here.
  • Aluminum or copper strip C - steel strips with a corresponding surface coating can also be used - successively pulled through six 110-160 dip tanks.
  • the aluminum or copper strip C i. the coil, as shown connected to the ground potential, while the counter-electrodes 131, 151 are placed on a corresponding opposite direction potential.
  • Strip material C * also by means of a roll-to-roll process.
  • the coil material C * is successively pulled through six dip tanks 210-260.
  • the material is etched and then rinsed in the sink 220.
  • the third dip tank 230 is by means of
  • Anodization DC voltage with the AC voltage of preferably U pigm. approx. 7.5 V Ac for the pigmentation.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Chemical Treatment Of Metals (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer selektiv absorbierenden Beschichtung (3) auf einem Solarabsorberbauteil (10) umfassend die folgenden Verfahrensschritte: - Bereitstellen eines Substrats (1) mit metal Iischer Oberfläche, - Bestimmung der inneren Oberfläche der metallischen Oberfläche, - Bestimmung der für die Erzeugung der absorbierenden Beschichtung erforderlichen Ladungsmenge pro Flächeneinheit in Abhängigkeit der inneren Oberfläche, - Elektroiytische Erzeugung der absorbierenden Schicht (3) in einem ersten Schritt durch Gleichstrom-Anodisieren der metallischen Oberfläche, des Substrats (1) unter Bildung einer porigen Oxidschicht und in einem zweiten Schritt, durch Wechse1 strom-Pigmentieren der Poren der Oxidschicht, wobei das Gleichstrom-Anodisieren und das Wechselstrom-Pigmentieren bis zum Erreichen der für den jeweiligen Schritt aus der inneren Oberfläche bestimmten Ladungsmenge pro Flächeneinheit erfolgt, wobei das Verhältnis zwischen der Ladungsmenge pro Flächeneinheit ρA für das Gleichs trom-Anodisieren und der Ladungsmenge pro Flächeneinheit pP für das Wechselstrom-Pigmentieren ρA/ρP = 0,65 bis 0,8 beträgt. Ferner betrifft die Erfindung ein nach diesem Verfahren hergestelltes Solarabsorberbauteil (10).

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer hochselektiv absorbierenden Beschichtung auf einem Solarabsorberbauteil und Solarabsorber mit einer solchen Beschichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Herstellung einer selektiv absorbierenden Beschichtung auf einem Solarabsorberbauteil sowie ein nach diesem Verfahren hergestelltes Solarabsorberbauteil .
Der Nutzung der Sonnenenergie kommt mit zunehmend knapper werdenden Vorräten an fossilen Energieträgem eine immer größer werdende Bedeutung bei der Sicherung der
Energieversorgung der Industriestaaten zu.
Die Energie der Solarstrahlung kann über Photovoltaik direkt in elektrische Energie umgesetzt werden. Eine weitere Nutzung der Sonnenenergie besteht im Betrieb herkömmlicher
solarthermischer Flachkollektören zur Warmwasserbereitung und solarthermischer Kraftwerke (Concentrating Solar Power, CSP) . Bei diesen Kraftwerken bündeln fokussierendere
Reflektorflächen das einfallende Sonnenlicht auf
Absorberflächen, die ihrerseits mit einem Wärmeträgermedium, beispielsweise Thermalöl oder überhitztem Dampf, in Kontakt stehen und dieses erhitzen. Der im Absorber weiter
aufgeheizte Dampf bzw. der in einem von dem erhitzten
Thermalöl gespeisten weiteren Wärmetauscher erzeugte Dampf treibt sodann in bekannter Weise zur Stromproduktion eine Turbine und einen mit der Turbine verbundenen Generator an. Wärmespeicher ermöglichen dabei eine Stromproduktion nahezu unabhängig von der jeweiligen Tageszeit.
Eine besondere Form solarthermischer Kraftwerke bilden sogenannte Parabolrinnenkraftwerke. Diese umfassen eine
Vielzahl von Parabolrinnenkollektoren, die ihrerseits aus bis zu 400 Meter langen Rinnen aus im Querschnitt parabolisch geformten SpiegelSegmenten bestehen, in deren Brennlinie vakuumisolierte Absorberröhre, sogenannte Receiver,
angeordnet sind, die in Folge der Fokussierung der
Sonnenstrahlung mit bis zu 80-facher Strahlungsintensität beaufschlagt werden. Um stets eine optimale Stellung relativ zur Sonne einzunehmen, können die Rinnen dem Tagesgang der Sonne nachgeführt werden.
Eine entscheidende Rolle für die Effizienz von
Parabolrinnenkraftwerken spielen neben der optischen
Präzision der Spiegel die jeweils rund vier Meter langen, durch eine Glashülle vakuumdicht isolierten Receiver, welche die Solarstrahlung in Wärme umwandeln. Die Receiver umfassen ein Hüllrohr bestehend aus einem beschichteten,
hochtransparenten und robusten Borosilikatglas und einem von dem Hüllrohr eingefassten Absorberrohr aus Stahl, welches möglichst viel Sonnenstrahlung absorbieren und nur wenig Wärmestrahlung abgeben darf. Aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Stahl und dem
Hüllrohr muss das Hüllrohr mit einem Stahlfaltenbalg gehalten werden. Entscheidend für eine maximale Absorption der
Sonnenstrahlung und minimalen Emission ist eine stabile hochselektive Beschichtung der Absorberrohroberfläche. Diese muss in der Lage sein, Strahlung im Wellenlängenbreich von 0,3 bis 2,5 Mikrometer (abhängig von der Betriebstemperatur der Absorberoberfläche; bei Flachkollektoren mit T=100°C bis 2,5 μm und bei CSP-Anlagen mit T=250-400°C bis 1,2 um) zu absorbieren, in dem der wesentliche Teil der Energie der Solarstrahlung enthalten ist. Die wieder abgegebene, nicht nutzbare Wärmestrahlung im Wellenlängenbereich von 4,0 bis 50 um sollte dagegen so gering wie möglich gehalten werden.
Außerdem sollte der thermische Emissionsgrad ε thermisch stabil sein. Aus der Praxis sind Fertigungsverfahren für Absorberbauteile als Komponenten beispielsweise von Sonnen-Flachkollektoren in vielfältiger Ausführung bekannt. So ist beispielsweise aus der DE 28 50 134 AI ein Verfahren zur Herstellung eines
Sonnenenergieabsorbers in Form eines plattenförmigen
Elementes aus Aluminium bekannt, bei dem auf einer Seite des plattenförmigen Elementes durch anodische Oxidation eine feinporige Aluminiumschicht erzeugt wird, die in einem zweiten Verfahrensschritt durch elektrolytische Einlagerung eines Metalls, beispielsweise Nickel, Kobalt, Kupfer, Eisen, Zinn, Silber oder Zink, in die Poren pigmentiert wird. Durch die Anodisierung der Aluminiumoberfläche mit anschließender Abscheidung von Metallpigmenten in den Poren wird eine hohe Absorption im Wellenlängenbereich von 0,3 bis 2,5 Mikrometer bei vergleichsweise geringer Wärmeabstrahlung erreicht. Zudem ist der Solarenergieabsorber wirksam gegen Korrosion
geschützt.
Als nachteilig erweist sich jedoch, dass die für eine
Absorption im sichtbaren Spektralbereich exakt einzustellende Schichtdicke nur unter exakt konstant gehaltenen
Umgebungsbedingungen, nämlich konstanter Temperatur,
konstantem Druck und konstanter Elektrolytkonzentration, erreicht werden kann. Temperaturschwankungen, wie sie bei einer Herstellung unter industriellen Bedingungen stets auftreten können, führen zu sichtbaren Schwankungen in der Schichtdicke auch bei identischem Substratmaterial und somit zu unterschiedlichem Absorptionverhalten sowie zu einem unterschiedlichem optischen Farbeindruck.
Neben der vorstehend genannten elektrolytischen Erzeugung absorbierender Schichten auf Solarabsorberbauteilen können solche Schichten auch im Vakuum mit bekannten
Beschichtungsverfahren, wie beispielsweise der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) , erzeugt werden. Derartige
Verfahren erfordern jedoch einen sehr hohen apparativen
Aufwand, der bei Absorberröhren mit einer Länge von mehreren Metern oder allgemein bei Plattenware keine wirtschaftliche Fertigung im industriellen Maßstab mehr zulässt.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer selektiv absorbierenden Beschichtung auf einem Solarabsorberbauteil anzugeben, mit welchem die Erzeugung hochselektiv absorbierender Schichten auf metallischen Oberflächen verschiedener Geometrie, insbesondere auch auf rohrförmigen Bauteilen, Plattenware ebenso wie auf Coilware, in großtechnischem Maßstab mit hoher Reproduzierbarkeit und maximalem Absorptionsvermögen und somit optimierter Gebrauchsfähigkeit ermöglicht wird. Die mit der Realisierung des Verfahrens verbundenen
Investitionskosten sollten gering sein. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zur Herstellung einer selektiv absorbierenden Beschichtung auf einem Solarabsorberbauteil gelöst, welches die folgenden Verfahrensschritte umfasst:
- Bereitstellen eines Substrats mit metallischer
Oberfläche,
- Bestimmung der inneren Oberfläche der metallischen
Oberfläche,
- Bestimmung der für die Erzeugung der absorbierenden
Beschichtung erforderlichen Ladungsmenge pro
Flächeneinheit in Abhängigkeit der inneren Oberfläche,
- Elektrolytische Erzeugung der absorbierenden Schicht in einem ersten Schritt durch Gleichstrom-Anodisieren der metallischen Oberfläche des Substrats unter Bildung einer porigen Oxidschicht und in einem zweiten Schritt durch Wechselstrom-Pigmentieren der Poren der
Oxidschicht, wobei das Gleichstrom-Anodisieren und das Wechselstrom-Pigmentieren bis zum Erreichen der für den jeweiligen Schritt aus der inneren Oberfläche bestimmten Ladungsmenge pro Flächeneinheit erfolgt,
wobei das Verhältnis zwischen der Ladungsmenge pro
Flächeneinheit ρA für das Gleichstrom-Anodisieren und der Ladungsmenge pro Flächeneinheit ρP für das Wechselstrom- Pigmentieren ρA/ ρP = 0,65 bis 0,8 beträgt. Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die selektiv absorbierenden Schichten mit hoher Genauigkeit und einem Höchstmaß an Reproduzierbarkeit an der metallischen Substratoberfläche erzeugt werden können. Durch die Bestimmung der für die Erzeugung der absorbierenden Beschichtung erforderlichen Ladungsmenge pro Flächeneinheit in Abhängigkeit von der zuvor bestimmten inneren Oberfläche der metallischen Substratoberfläche ist sichergestellt, dass sich nicht vollständig zu unterdrückende Schwankungen in den Umgebungsbedingungen, wie z.B. Lufttemperatur und -druck sowie die Temperatur des Elektrolyten bzw. die
Ionenkonzentration darin, nicht nachteilig auf das
Beschichtungsergebnis auswirken. So haben Untersuchungen der Anmelderin im Vorfeld der Erfindung gezeigt, dass bereits die Erzeugung der selektiv absorbierenden Schicht an vollständig identischen Substratoberflächen zu unterschiedlichen
Tageszeiten, d.h. bei geringfügig abweichenden Temperaturen, zu sichtbaren Unterschieden in der Beschichtung und somit zu unterschiedlichen Schichtdicken und entsprechend zu einem nicht einheitlichen Absorptionsverhalten führen.
Durch Beachtung des Faraday-Gesetzes, wonach Ladungsmenge und elektrolytischer Stoffumsatz und somit Schichterzeugung streng zueinander proportional sind, wird ein gleichmäßiger und reproduzierbarer Schichtaufwuchs unabhängig von äußeren Umgebungsparametern sichergestellt. Dabei wird die
erforderliche Ladungsmenge in Abhängigkeit von der inneren Oberfläche, die sich je nach mikroskopischer Beschaffenheit des Substrats von dessen makroskopisch bestimmbarer
Oberfläche unterscheiden kann, bestimmt.
Erfindungsgemäß erfolgt die elektrolytische Erzeugung der absorbierenden Schicht in einem ersten Schritt durch
Gleichstrom-Anodisieren der metallischen Oberfläche des Substrats unter Bildung einer porigen Oxidschicht. Derartige Anodisierverfahren ("Eloxieren") werden insbesondere bei Aluminiumoberflächen seit Jahren in industriellem Maßstab eingesetzt und eignen sich somit problemlos für die
großtechnische Herstellung poriger Oxidationsschichten. Im Falle von Aluminiumoberflächen wird durch deren Anodisieren beispielsweise eine Al2O3-Schic.t erzeugt. Im Falle von Kupfer ist dies eine Kupferoxidschicht . In einem zweiten Schritt erfolgt erfindungsgemäß ein Wechselstrom-Pigmentieren der Poren der Oxidschicht, wobei das Gleichstrom-Anodisieren und das Wechselstrom-Pigmentieren bis zum Erreichen der für den jeweiligen Schritt aus der inneren Oberfläche bestimmten Ladungsmenge pro Flächeneinheit erfolgt und danach
abgebrochen wird. Durch diesen zweistufigen elektrolytischen Prozess wird eine qualitativ hochwertige, reproduzierbar erzeugbare Absorberschicht als sogenannte „Cermet"-Schicht
(ceramic-metal) mit exzellenten Absorptionseigenschaften bei vergleichsweise geringem apparativem Aufwand auf der
Substratoberfläche erzeugt. Die dem Wechselstrom zugrunde liegende WechselSpannung kann insbesondere sinusförmig, rechteckförmig oder auch unsymmetrisch über die Zeit
verlaufen. Es ist ebenfalls möglich, dem Wechselstrom eine Gleichstrom-Komponente aufzulegen. Ebenso ist die Frequenz nicht festegelegt. Insbesondere kann die Wechselstrom- Pigmentierung somit auch mit der Netzfrequenz von 50 Hz durchgeführt werden. Schließlich entscheidet das Verhältnis aus Anodisier-Ladungsdichte und Pigmentier-Ladungsdichte über den solaren Absorptionskoeffizienten oc. Wie die Erfinder überraschend herausgefunden haben, werden
Absorptionskoeffizienten α > 90%, die eine optimale
Gebrauchsfähigkeit der Solarabsorberbauteile und somit eine maximale Prozesseffizienz bei der Umsetzung von solarer
Strahlungsenergie in Wärme, bei Verhältnissen von ρA/pp = 0,65 bis 0,8 erhalten. Gemäß einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens kann das Substrat ein metallisches Bauteil, insbesondere ein plattenförmiges oder rohrförmiges Bauteil, sein. Ebenso kann das Substrat als im Roll-Bond-Verfahren hergestellter Aluminium-Kissenabsorber ausgebildet sein. Des Weiteren ist es möglich, Coilware im Rolle-zu-Rolle-Verfahren herzustellen. Im Übrigen können auch nicht metallische
Substratmaterialien, beispielsweise Kunststoffe, verwendet werden, die eine metallische Oberfläche aufweisen. Gängige Verfahren sind z.B. galvanische Kunststoffbeschichtung oder die Plasmabeschichtung. Auch Glassubstrate können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hochselektiv beschichtet werden. In Untersuchungen der Anmelderin erwiesen sich mit einer transparenten leitfähigen Oxidschicht (TCO) beschichtete Glasoberflächen, hier insbesondere Indiumzinnoxid (ITO) , Fluorzinnoxid (FTO) , Aluminium Zink Oxid (AZO) und
Antimonzinnoxid (ATO) , als besonders geeignet.
Ferner kann das Substratmaterial auch folienartig,
insbesondere als Aluminiumfolie, ausgebildet sein.
Um eine sichere Haftung der selektiv absorbierenden
Beschichtung auf dem Substratuntergrund sicherzustellen, ist nach einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass das Substrat mit einer
Haftvermittlerschicht versehen wird. Je nach Beschaffenheit des Substratmaterials können unterschiedliche
Haftvermittlerschichten aufgebracht werden. Bevorzugt wird eine Aluminium- oder Kupferschicht als Haftvermittlerschicht eingesetzt, da diese Elemente einen hohen Reflektionsgrad im Infrarotbereich und eine exzellente Wärmeleitfähigkeit aufweisen (Wärmeleitfähigkeit λCu = 230-400 W/m*K;
λΑ1 = 230-400 W/m*K) . Handelt es sich bei dem Substratmaterial beispielsweise um ein zylindrisches Bauteil, insbesondere ein Stahlrohr, so kann die haftvermittelnde Schicht auch durch Überziehen eines Aluminiumrohrs auf das Stahlrohr aufgebracht werden. Hierzu wird ein dünnwandiges Aluminiumrohr verwendet, dessen
Innendurchmesser geringfügig kleiner ist als der
Außendurchmesser des Stahlrohrs. Im erwärmten Zustand kann es dann über das Stahlrohr gezogen werden und bildet nach dem Abkühlen mit diesem einen sehr festen Verbund. Anstelle eines Aluminiumrohres kann auch ein Kupferrohr zum Überziehen verwendet werden. Das Kupferrohr hat den Vorteil, dass im späteren Einsatz Temperaturen > 520°C im CSP-Receiver erzeugen werden können. Es versteht sich, dass auch andere Verfahren, insbesondere Vakuumverfahren, zum Abscheiden einer Haftvermittlerschicht auf dem Substratmaterial eingesetzt werden können. Ebenso können auch Bauteile aus Aluminium- bzw. Kupfer-Vollmaterial eingesetzt werden.
Gemäß der Lehre der Erfindung wird die für die
elektrolytische Erzeugung einer absorbierenden Schicht auf dem Solarabsorberbauteil die hierfür erforderliche
Ladungsmenge in Abhängigkeit von der inneren Oberfläche des Substrats bestimmt. Die innere Oberfläche, d.h. die
mikroskopische Oberfläche des Substrats, kann beispielsweise durch mechanische Abtastung im mikroskopischen Maßstab, bevorzugt durch Rasterkraftmikroskopie, bestimmt werden.
Hierzu wird ein repräsentativer Oberflächenausschnitt von beispielsweise 10x10 um2 oder 50x50 um2 abgetastet. Erfindungsgemäß erfolgt die elektrolytische Erzeugung der absorbierenden Schicht in einem ersten Schritt durch
Gleichstrom-Anodisieren der Substratoberfläche, wobei das Gleichstrom-Anodisieren bis zum Erreichen der aus der inneren Oberfläche bestimmten Ladungsmenge pro Flächeneinheit erfolgt und danach entsprechend abgebrochen wird. Die
Flächenladungsdichte bei der Anodisierung ρA ist dabei direkt proportional zum thermischen Emissionsgrad ε. Empirisch hat die Anmelderin folgenden Zusammenhang gefunden: ε [%] = 5 * ρA [C/cm2] + εsubstrat [%] wobei ε für den Emissionsgrad der anodisierten Oberfläche und Esutstrat für den Emissionsgrad des Substrats steht. Als Substratmaterialien kommen
beispielsweise Aluminium oder Kupfer in Frage. Deren
Emissionsgrad kann als Materialkonstante der Literatur entnommen werden (εAluminium = 2,3% und EKupfer = 2,9%).
In einem zweiten Schritt erfolgt erfindungsgemäß ein
Wechselstrom-Pigmentieren der Poren der Oxidschicht, wobei das Gleichstrom-Anodisieren und das Wechselstrom-Pigmentieren bis zum Erreichen der für den jeweiligen Schritt aus der inneren Oberfläche bestimmten Ladungsmenge pro Flächeneinheit erfolgt und danach abgebrochen wird. Zur Pigmentierung der anodisierten Schicht können verschiedene Metalle eingesetzt werden. Bevorzugt wird die Wechselstrom-Pigmentierung mit einem Metall der Gruppe Ni, C, AI, Mg, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Ag und Sn durchgeführt.
Je nach Geometrie des zu beschichten Solarabsorberbauteils können unterschiedliche Strategien zur elektrolytischen
Erzeugung der absorbierenden Schicht zum Einsatz kommen.
Roll-Bond-Absorber mit einer nicht-planen Oberfläche (durch die aufgeblasenen Kanäle) können genauso wie Plattenware oder Folien beschichtet werden. Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist das Solarabsorberbauteil zylindrisch ausgebildet, wobei die elektrolytische Erzeugung der absorbierenden Schicht mit stehend in einem mit einem Elektrolyten gefüllten Behälter positioniertem
Solarabsorberbauteil erfolgt, wobei das zylindrische
Solarabsorberbauteil koaxial zu einer umgebenden
zylindrischen Gegenelektrode angeordnet wird. Alternativ kann ein zylindrisch ausgebildetes
Solarabsorberbauteil liegend in einem mit einem Elektrolyten gefüllten Behälter angeordnet werden, wobei das zylindrische Solarabsorberbauteil im Wesentlichen koaxial zu einer
rinnenförmigen Gegenelektrode mit im Wesentlichen
zylindrischer Innenfläche angeordnet wird. Dabei kann das zylindrische Solarabsorberbauteil hinsichtlich seines Umfangs vollständig oder teilweise in den Elektrolyten eingetaucht werden. Im Falle eines nur teilweisen Eintauchens in den Elektrolyten erfolgt die elektrolytische Erzeugung der absorbierenden Schicht somit nur auf dem in den Elektrolyten eingetauchten Umfangsabschnitt des zylindrischen
Solarabsorberbauteils. Ist das zylindrische
Solarabsorberbauteil als Receiver (bzw. als Absorberrohr in einem Receiverrohr) in einem Parabolrinnenkollektor
vorgesehen, so versteht es sich, dass der beschichtete
Umfangsabschnitt dem rinnenförmigen Spiegelsegmenten und der nicht beschichtete Abschnitt der Sonne zugewandt angeordnet wird. Coilwaren insbesondere aus Aluminium oder Kupfer können mittels Rolle-zu-Rolle-Verfahren hochselektiv beschichtet werden. Dazu wird das Coilmaterial nach einer Ausgestaltung sukzessive durch vier Tauchbecken gezogen. Im ersten Becken wird das Material gereinigt, im zweiten wird mittels
Gleichspannungsanodisierung eine porige Oxidschicht
aufgebaut, im dritten Becken wird das Coilmaterial von
Anodisierungselektrolyten gesäubert und im letzten Becken erfolgt die Wechselstrom-Pigmentierung.
Dabei wird nach einer ersten Alternative das Coilmaterial mit dem Massenpotential verbunden, während die Gegenelektroden auf ein entsprechendes Potential (Gleichspannung für die
Anodisierung, WechselSpannung für die Pigmentierung) gelegt wird. Nach einer zweiten Alternative wird die
Anodisierungsgleichspannung an das Coilmaterial angelegt, während die Pigmentierung mit einem Summenpotential aus
Pigmentierungs-Wechselspannung und AnodisierungsSpannung erfolgt. Wie Untersuchungen der Anmelderin ergaben, erweist sich beides als problemlos machbar.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann auf die elektrolytisch erzeugte absorbierende Schicht schließlich eine transparente Anti-ReflexionsSchicht aufgetragen werden. Diese kann beispielsweise aus einem Material der Gruppe AI2O3, SiC-2, Si02/Sn02, Ti02, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane
(MPTMS) , Ceroxid, Natronwasserglas oder pyrolytisches Sn02 oder F:Sn02 (FTO bzw. Fluor-dotiertes Zinnoxid) gebildet werden. Diese Schicht dient als transparente, dünne Schicht dazu, Reflexionsverluste einzudämmen und zusätzlich einen Schutz gegen Luftfeuchtigkeit und Luftverschmutzung zu bilden. Dadurch wird auch die Degradation der Schicht
verhindert, indem die eingebetteten Metallpartikel vor einer Oxidation bzw. „Hydroxidation" geschützt werden. Darüber hinaus wird die Oberflächenrauigkeit herabgesetzt, was die Reinigung der Oberflächen vereinfacht.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Solarabsorberbauteil, hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1-18.
Zu den Vorteilen dieses Solarabsorberbauteils wird auf das Vorstehende verwiesen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer ein
Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein mit einer selektiv absorbierenden
Beschichtung versehenes Absorberrohr für einen Parabolrinnenkollektor im Querschnitt, Fig. 2 die hoch selektiv absorbierende Beschichtung des
Absorberrohrs aus Fig. 1 in einer
schematisierten Detailansicht,
Fig. 3 a-c eine Pore der selektiv absorbierenden
Beschichtung im unpigmentierten, pigmentierten und überpigmentierten Zustand,
Fig. 4 die Reflekti ität der selektiv absorbierenden
Beschichtung in Prozent, Fig. 5 die Stromkennlinie der Gleichstrom-Anodisierung zur Erzeugung der selektiv absorbierenden
Beschichtung unter Ladungskontrolle, Fig. 6 die Stromkennlinie der Wechselstrom-
Pigmentierung der durch Anodisieren erzeugten Beschichtung unter Ladungskontrolle,
Fig. 7 eine Vorrichtung zur elektrolytischen
Beschichtung eines Absorbe rohres in einer ersten Ausführung,
Fig. 8 eine Vorrichtung zur elektrolytischen Beschichtung eines Absorberrohres in einer zweiten Ausführung,
Fig. 9 eine Vorrichtung zur elektrolytischen Beschichtung eines Absorberrohres in einer dritten Ausführung und Fig. 10 eine Vorrichtung zur Applikation einer selektiv
absorbierenden Beschichtung auf Coilware mittels eines Rolle-zu-Rolle-Verfahrens .
In Figur 1 ist ein mit einer selektiv absorbierenden
Beschichtung versehenes Absorberrohr 10 für einen
Parabolrinnenkollektor in einer Querschnittsansicht
dargestellt. Hierbei ist die jeweilige Dicke der einzelnen Schichten relativ zur Dicke des Substratmaterials aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht maßstäblich dargestellt.
Das Absorberrohr 10 der Fig. 1 umfasst ein Stahlrohr 1, welches auf seiner äußeren Oberfläche mit einer Haftvermittlerschicht 2 versehen ist. Hierbei handelt es sich bevorzugt um eine Aluminium- oder KupferSchicht, welche vorzugsweise elektrolytisch auf der Stahloberfläche
abgeschieden ist. Da die Haftvermittlerschicht vollständig porenfrei zu sein hat, wird hierbei eine Mindestdicke der elektrolytisch abgeschiedenen Schicht von 8 - 10 um
bevorzugt .
Handelt es sich bei dem Stahlrohr 1 um ein Stahlrohr minderer Oberflächenqualität mit einer porigen Oberfläche, so ist es sinnvoll, durch elektrolytische Abscheidung einer lateralwachsenden Metallschicht (z.B. Nickel) zunächst die Poren an der Oberfläche elektrolytisch zu schließen und anschließend die Aluminium-Haftvermittlerschicht elektrolytisch
abzuscheiden. Alternativ ist es möglich, ein dünnes
Aluminiumrohr (z.B. AlMg3) oder ein Kupferrohr über das
Stahlrohr zu ziehen. Hierzu wird das Aluminium- bzw. das Kupferrohr, dessen Innendurchmesser etwas kleiner ist als der Außendurchmesser des Stahlrohrs, erwärmt und über das
Stahlrohr gezogen. Nach Erkalten bildet sich ein sehr fester Materialverbund.
Neben der elektrolytischen Abscheidung einer
Haftvermittlerschicht ist es ebenfalls möglich, diese in einem Vakuumverfahren, beispielsweise PVD, aufzubringen.
Hierbei ist ebenfalls darauf zu achten, dass die
Haftvermittlerschicht absolut porenfrei ist.
Ferner versteht es sich, dass anstelle eines Stahlrohrs selbstverständlich auch Aluminium- bzw. Kupferrohre verwendet werden können. Kupferrohre haben den Vorteil, dass sich damit Oberflächentemperaturen > 520°C realisieren lassen. Nicht dargestellt ist eine Ausführungsform eines
Solarabsorberbauteils, bei dem das Substrat plattenförmig ist. Ebenso nicht dargestellt ist ein folienartiges Substrat insbesondere in Form einer Aluminium- oder Kupferfolie. Diese kann eine typische Dicke von 0,05 und 0,2 mm aufweisen. Wie Untersuchungen der Anmelderin ergeben haben, lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sogar haushaltsübliche
Aluminiumfolien selektiv beschichten.
Auf der Haftvermittlerschicht 2 ist die selektiv
absorbierende Beschichtung 3 aufgebracht. Aufgrund der
Selektivität der Absorptionseigenschaften der vorliegenden Beschichtung 3 werden die Hauptanteile der Solarstrahlung im Wellenlängenbereich 0,3 - 2,5 um stark absorbiert, während langwellige Anteile der Solarstrahlung reflektiert werden. Bei der selektiv absorbierenden Beschichtung 3 handelt es sich um eine pigmentierte anodisierte Schicht, die in einem zweistufigen Prozess auf der HaftvermittlerSchicht 2 erzeugt wird. Der mikroskopische Aufbau der Schicht wird weiter unten im Zusammenhang mit den Figuren 2 und 3 erläutert.
Die äußerste Schicht des Schichtaufbaus des Absorberrohrs aus Fig. 1 wird durch eine AntireflexionsSchicht 4 gebildet, welche als transparente, dünne Schicht Reflektionsverluste minimieren soll und gleichzeitig einen Schutz gegen
Luftfeuchtigkeit und Luftverschmutzung bildet und die
Degradation der hochselektiven Beschichtung verhindert. Als Materialien für die Antireflexionsschicht können
Al203Si02/Sn02, Ti02, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane (MPTMS) , Ceroxid, Natronwasserglas oder pyrolytisches Sn02 bzw. F:Sn02 (FTO bzw. Fluor-dotiertes Zinnoxid) zum Einsatz kommen. Besonders bevorzugt wird eine Si02-Schicht als
AntireflexionsSchicht eingesetzt, da der Brechungsindex von Quarzglas (nSi02 ~ 1,55) besser an den Brechungsindex der das Absorberrohr im Einsatz umgebenden Luft (nLuft ≈ 1) angepasst ist als dies beispielsweise bei Al203 (nA1203 ≈ 1,76) der Fall ist, so dass es im Falle einer Si02-Antireflexionsschicht zu vergleichsweise geringen Reflektionsverlusten kommt.
In Fig. 2 ist nun die anodisierte und pigmentierte selektiv absorbierende Beschichtung des Absorberrohrs der Fig. 1 ausschnittsweise in schematisierter Form dargestellt.
Wiederum wird aus Gründen der Übersichtlichkeit auf eine maßstabsgerechte Darstellung verzichtet. Beim Gleichstrom- Anodisieren der darunter liegenden Aluminium- Haftvermittlerschicht 2 bildet sich zunächst eine dünne Al203- Barriereschicht 23, die als AntidiffusionsSchicht zwischen der Haftvermittlerschicht 2 und der hoch selektiv
absorbierenden Schicht 3 fungiert. Die Dicke der
Barriereschicht 23 liegt hierbei bei ca. 25 nm. Bei
fortgesetzter Gleichstrom-Anodisierung bildet sich oberhalb der Barriereschicht 23 eine porige Schicht 3a mit einer Dicke von ca. 300 - 500 nm. Der Durchmesser der Poren 3b kann im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit 50 bis 80 nm angegeben werden. Diese Schichtstruktur kann unabhängig von
variierenden Umgebungsbedingungen durch Konstanthaltung der Ladungsmenge bei der Gleichstrom-Anodisierung präzise
reproduziert werden.
Nach Abbruch der Anodisierung nach Erreichen der
vorbestimmten Ladungsmenge pro Flächeneinheit werden die Poren der Oxidschicht in einem Wechselstrom- Pigmentierungsschritt im Anschluss pigmentiert, wobei wiederum die in Abhängigkeit der inneren Oberfläche des
Substrats bestimmte Ladungsmenge konstant gehalten wird. Zur Pigmentierung eignen sich die Metalle Ni, C, AI, Mg, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Ag und Sn. Wie im Zusammenhang mit Fig. 6 noch im Detail erläutert wird, kommt es dabei darauf an, die Poren 3b der porigen Oxidschicht 3a nicht in der Weise zu pigmentieren, dass das Metall-Pigment 3c aus den Poren 3b austritt und oberhalb der porigen Oxidschicht 3a einen geschlossenen Metallfilm im Monolagenbereich bildet.
In Fig. 4 ist die Reflektivität der selektiv absorbierenden Beschichtung gemäß Fig. 2 in Abhängigkeit von der Wellenlänge in Nanometern aufgetragen. Erkennbar sind insbesondere eine sehr geringe Reflektivität der Beschichtung von < 5%
unterhalb einer Wellenlänge von ca. 800nm sowie eine
Reflektivität im Bereich von konstant 90% ab einer
Wellenlänge von 7.000 nm.
Im Folgenden wird der komplette Arbeitsgang der Herstellung einer selektiv absorbierenden Schicht auf einem
Solarabsorberrohr anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels beschrieben.
Zunächst erfolgt auf einem zylindrischen Stahlsubstrat das Aufbringen einer Aluminium-Haftvermittlerschicht. Nach einer Reinigung mit Isopropanol erfolgt ein Ätzen bzw. Beizen der Aluminium-Haftvermittlerschicht in Natronlauge oder
herkömmlichen Aluminiumbeizen. Dadurch werden zum einen Oberflächenverunreinigungen entfernt und zum anderen werden das Barriereoxid und das natürliche Oxid auf der
Aluminiumoberfläche entfernt. Wichtig ist, dass nach dem Beizen bzw. Ätzen nur noch Aluminium, Silizium oder Magnesium an der Oberfläche vorliegt, da ansonsten die Anodisierung und die Pigmentierung und somit die Beschichtungsergebnisse nicht perfekt sind. Durch ein anschließendes chemisches oder elektrolytisches Glanzbad lässt sich die Emissivität des Al-Substrats noch weiter senken, was wiederum zu einer niedrigeren
Gesamtemissivität (ε [%] = 5 * ρA [C/cm2] + εA1 [%] ) der fertigen Beschichtung führt.
Im folgenden AnodierungsVorgang kann an allen Stellen ein gleichdickes Oxid aufgebaut werden, in dessen Poren die
Metallpartikel eingebaut werden können. Somit gewährleistet man eine hervorragende Beschichtungsqualität .
In einem Folgeschritt wird die innere Oberfläche mittels Rasterkraftmikroskopie (AFM) bestimmt. Die innere Oberfläche der Aluminium-Haftvermittlerschicht, z.B. beträgt bei einer mittleren Oberflächenrauheit von Ra = 56 nm typischerweise ca. 120 um2 bei einem 100 um2-Messfeld. Mithilfe der empirisch gefunden Beziehung zwischen Flächenladungsdichte bei der Anodisierung ρA und dem thermischen Emissionsgrad ε
(ρA [C/cm2] = (ε [%] - εA1 [%])/5) wird hieraus die benötigte Ladungsmenge pro Flächeneinheit in C/cm2 für die Gleichstrom- Anodisierung berechnet. Die Ladungsmenge fürs Pigmentieren ρP bestimmt sich aus ρA/pp = 0,65 bis 0,8. Für die Anodisierung der Haftvermittlerschicht ergibt sich hierbei eine
Ladungsmenge pro Flächeneinheit von beispielsweise 0,8 C/cm2 für ε = 6,3 % und εA1 = 2,3 %.
Sodann erfolgt die Gleichstrom-Anodisierung der Aluminium- Haftvermittlerschicht. Diese wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bei einer Gleichspannung von 15 Volt in Phosphorsäure (H3P04 - 9 Vol-%) durchgeführt, wobei auf der Aluminiumoberfläche eine Al2O3-Schicht erzeugt wird. Nach Erreichen der berechneten Ladungsmenge pro Flächeneinheit wird der Prozess gestoppt. Infolge der Ladungsmengenkontrolle können Schwankungen in der Temperatur des Elektrolyten und Schwankungen in der Elektrolyt-Konzentration, die zu
erheblichen Schwankungen im Strom führen, ausgeglichen werden. Bei einem rein zeitabhängigen Schichtaufwuchs würden derartige Schwankungen zu nicht reproduzierbaren
Beschichtungsergebnissen führen. Bei einer reinen Strom- Kontrolle würde bei Temperaturänderung die angelegte Spannung variiert, was wiederum zu einer unterschiedlichen
Porenverteilung in der Oberfläche führen würde. Die
Porengrößen und -abstände hängen entscheidend von der
angelegten AnodisierSpannung ab. Die im Zuge der Gleichetrom- Anodisierung erzeugte Al2O3-Schicht entspricht der in
schematischer Form in Fig. 2 gezeigten. Die in Fig. 2 in seitlicher Schnittansicht dargestellten Poren 3b bilden in der Draufsicht hierbei ein hexagonales Gitter.
Die Dicke der sich im Zuge der Gleichstrom-Anodisierung bildenden Al2O3-Barriereschicht kann mit der Gleichung
D = * U bestimmt werden, wobei = 1,2 bis 1,4 nm/V und U = 15 Volt die Gleichstrom-Anodisierungsspannung ist. Die Dicke der Barriereschicht beträgt demnach ca. 18 bis 21 Nanometern.
Der Abstand der Poren der selektiv absorbierenden Schicht kann mit D = ß*U berechnet werden, wobei ß = 2,5 nm/V und U = 15 Volt wiederum der AnodisierungsSpannung entspricht. Der Abstand der Poren beträgt nach der vorstehenden Formel somit ca. 37,5 nm.
In Fig. 5 ist die Stromkennlinie für die Gleichetrom- Anodisierung der Aluminium-HaftvermittlerSchicht dargestellt. Hierbei ist der Anodisierungsstrom gegen die Zeit
aufgetragen. Wie in Fig. 5 erkennbar, fällt der Strom
zunächst von einem Wert von ca. 315 mA auf einen Wert von ca. 50 mA exponentiell ab. In dieser Phase wird die
Barriereschicht gebildet. Im Anschluss hieran steigt der Strom wieder langsam auf einen Wert von ca. 60 mA bis zu einer Behandlungsdauer von ca. 430 s an. In dieser Phase kommt es an den unregelmäßig dicken Oxidschichten zu
Feldüberhöhungen an den Stellen mit dünnem Barriereoxid. Die Vertiefungen in der Barriereschicht entstehen und dienen als Keime zum Porenwachstum. In der dritten Phase, beginnend bei einer Behandlungsdauer von ca. 430 s bis zum Abbruch des Prozesses nach Erreichen der berechneten Ladungsmenge pro Flächeneinheit, kommt es bei dem vorstehend genannten
Gleichspannungswert, der Elektrolytzusammensetzung und - konzentration zu einem stabilen Wachstum von Poren mit einem Durchmesser von ca. 50 bis 80 nm. Bei einer Behandlungsdauer von ca. 2000 s ist die berechnete Ladungsmenge pro
Flächeneinheit erreicht, so dass die Anodisierung gestoppt wird, wie in Fig. 5 durch den schlagartigen Abfall des
Anodisierungsstroms dargestellt.
Alternativ lässt sich die AI2O3- bzw. die Kupferoxid-Schicht auch in den aus der Eloxiertechnik bekannten Säuren
(Chromsäure, Schwefelsäure) herstellen, wobei die Porengrößen und -Verteilungen vom vorliegenden Ausführungsbeispiel abweichen. Nach erfolgter Gleichstrom-Anodisierung der Aluminium- Haftvermittlerschicht erfolgt deren Pigmentierung in einem Wechselstrom-Pigmentierungsschritt. Diese wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einer Nickel- Gegenelektrode und einer Pigmentierungslösung der folgenden Zusammensetzung durchgeführt:
Nickelsulfathexahydrat 30 g/1
Magnesiumsulfat 20 g/1
Ammoniumsulfat 20 g/1
Borsäure 20 g/1.
Es wurden mehrere Versuchsreihen mit Wechselspannungen von 5 bis 12 V, insbesondere 7,5 V durchgeführt, wobei die
Wechselstromdichten zwischen 6, 5 mA/cm2 und 22,5 mA/cm2 lagen. Die Wechselstrom-Pigmentierung wurde wiederum bis zum
Erreichen der aus der inneren Oberfläche der
Haftvermittlerschicht berechneten Ladungsmenge pro
Flächeneinheit durchgeführt und danach automatisch beendet. Für das Verhältnis zwischen der Ladungsmenge pro
Flächeneinheit ρA für das Gleichstrom-Anodisieren und der Ladungsmenge pro Flächeneinheit ρP für das Wechselstrompigmentieren wird ein Wert ρA/ρP = 0,65 bis 0,8 gewählt.
In Fig. 6 ist die Stromkennlinie der Wechselstrom- Pigmentierung als Verlauf des Stroms über die Zeit
aufgetragen. Wie in Fig. 6 erkennbar, sinkt der Strom mit fortschreitender Behandlungsdauer ab und durchschreitet bei ca. 60 s ein lokales Minimum ( "Delta-Peak" ) . Anschließend steigt der Strom wieder an. Wie Untersuchungen der Anmelderin ergeben haben, erfolgt in der Phase des mit der Zeit abklingenden Stromflusses eine reguläre Auffüllung der Poren der anodisierten Schicht mit dem Pigment. Eine regulär gefüllte Pore ist in Fig. 3b dargestellt. Sobald der Delta- Peak durchschritten ist, erfolgt eine Überpigmentierung der Poren in der Weise, dass das Pigment aus der vollständig gefüllten Pore austritt und beginnt, einen geschlossenen Metallfilm im Monolagenbereich oberhalb der porigen
anodisierten Schicht zu bilden. Dies ist in Fig. 3c
schematisch dargestellt. Um eine Überpigmentierung, die mit einem Absinken der Absorption im optischen Spektralbereich einhergehen würde, zu vermeiden, wird die Wechselstrom- Pigmentierung somit stets im monoton fallenden Bereich der Stromkennlinie gemäß Fig. 6 betrieben. Dementsprechend erfolgt der Abbruch der Pigmentierung bei Erreichen der berechneten Ladungsmenge pro Flächeneinheit vor Erreichen des Delta-Peaks .
Wie die Untersuchungen der Anmelderin insgesamt zeigen, sind vergleichsweise geringe Stromdichten im Bereich 4 - 6 itiA/cm2 sowohl für die Gleichstrom-Anodisierung als auch für die
Wechselstrom-Pigmentierung ausreichend. Hieraus ergeben sich Flächenladungsdichten von weniger als 1,2 C/cm2 bei der Anodisierung und 0,8-0,95 C/cm2 bei der Pigmentierung. Nach erfolgter Pigmentierung der anodisierten Beschichtung erfolgt noch der Auftrag einer AntireflexionsSchicht, der auch eine Schutzfunktion gegen äußere Einflüsse zukommt.
Bevorzugt wird eine Si02-Schicht mittels Dip-Coating
aufgetragen. Der Schichtauftrag der Antireflexionsschicht durch Dip-Coating auf der selektiv absorbierenden
Beschichtung des Absorberrohrs wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in einer Tetraethylorthosilikat-Lösung (TEOS) mit einer Konzentration von 105 g/1 (Lösungsmittel Isopropylalkohol) bei einer Dip-Gesc windigkeit von ca. 0,5 mm/s durchgeführt. Anschließend erfolgt ein Tempern der
Beschichtung bei 300-320°C.
Soll die AntireflexionsSchicht durch eine Al203-, eine Ti02-, eine 3-mercaptopropyltrimethoxysilane- (MPTMS) , eine Ceroxid- , eine Natronwasserglas- oder eine SiO2/Sn02-Schicht gebildet werden, so kann auch hier der Auftrag mittels Dip-Coating erfolgen.
In den Fig. 7 und 8 sind zwei verschiedene Ausführungsformen einer Vorrichtung zur Erzeugung einer selektiv absorbierenden Beschichtung auf der Oberfläche eines Absorberrohrs 10 dargestellt. In der Vorrichtung gemäß Fig. 7 ist das
zylindrische Absorberrohr 10 stehend in einem mit einem
Elektrolyten 20 gefüllten Tauchbecken 30 und koaxial zu einer umgebenden Gegenelektrode 40 positioniert, so dass das sich zwischen dem Absorberrohr 10 und der Gegenelektrode bei Aktivierung der Spannungsquelle 50 - dies kann je nach jeweils durchgeführtem Verfahrensschritt eine
Gleichspannungsquelle oder eine Wechselspannungsquelle sein - ein über den gesamten Umfang des Absorberrohrs 10 konstantes E-Feld ausbildet. Der Vorteil dieser BeschichtungsVorrichtung liegt in einer sehr gleichmäßigen Beschichtung des
Absorberrohrs 10 über dessen gesamten Umfang. Allerdings erfordert der Betrieb dieser Vorrichtung entsprechende
Hebezeuge für das Handling der oft mehrere Meter langen
Absorberrohre.
In den Fig. 8 und 9 sind zwei zu Fig. 7 alternative
Ausgestaltungen einer Beschichtungsvorrichtung dargestellt. In der Beschickungsvorrichtung gemäß Fig. 8 erfolgt die Beschichtung der Oberfläche des Absorberrohrs 10 in liegender Position in einem langgestreckten, vergleichsweise flachen Becken 30'. Das Absorberrohr ist hierbei von einer
rinnenförmigen Gegenelektrode 40' mit im Wesentlichen
zylindrischer Innenfläche umgeben. Wie dargestellt, ist das Absorberrohr 10 nur teilweise in den Elektrolyten 20
eingetaucht, so dass eine Beschichtung mit der selektiv absorbierenden Schicht umfangsmäßig nur auf einem Teil der Oberfläche des Absorberrohrs 10 erfolgt. Durch die Wahl der Eintauchtiefe kann der beschichtete Umfangsabschnitt
entsprechend eingestellt werden. Es versteht sich, dass der beschichtete Umfangsabschnitt im späteren Einsatz des
Absorberrohrs 10 in einem Parabolrinnenkollektor den
Spiegelsegmenten zugewandt werden muss, während der nicht oder nur ungleichmäßig beschichtete Umfangsabschnitt der Sonne zuzuwenden ist. Der Vorteil dieser Vorrichtung liegt in der besonders einfachen Zuführung und Herausnahme der
Absorberröhre in das bzw. aus dem Becken 30'.
Bei der BeschichtungsVorrichtung der Fig. 9 erfolgt die Beschichtung der Oberfläche des Absorberrohrs 10 in liegender Position wiederum in einem langgestreckten, flachen Becken 30''. Das Absorberrohr ist hierbei im Unterschied zu der Vorrichtung der Fig. 8 von einer zylindrischen, oberseitig längs geöffneten Gegenelektrode 40'' umgeben. Ferner ist das Absorberrohr 10 im Unterschied zu der Vorrichtung der Fig. 8 vollständig in den Elektrolyten 20 eingetaucht. Entsprechend erfolgt hier, wie bei der Vorrichtung der Fig. 7 eine vollflächige Beschichtung mit der selektiv absorbierenden Schicht. In Fig. 10 ist die Beschic tung einer Aluminium- oder
Kupferoberfläche von Coilware mittels Rolle-zu-Rolle- Verfahren auf einer entsprechenden Bandbeschichtungsanläge 100 dargestellt. Dazu wird das zu einem Coil gewickelte
Aluminium- oder Kupferband C - es können auch Stahlbänder mit einer entsprechenden Oberflächenbeschichtung zum Einsatz kommen - sukzessive durch sechs Tauchbecken 110-160 gezogen. Im ersten Becken 110 wird das Bandmaterial C geätzt und im folgenden Spülbecken 120 anschließend gespült, im dritten Tauchbecken 130 wird mittels Gleichspannungsanodisierung mit bevorzugt UAnod. = ca. 15 VDC eine porige Oxidschicht auf der Bandoberfläche aufgebaut und im darauffolgenden Spülbecken 140 von dem Anodisierungselektrolyten gesäubert. Im fünften Becken 150 erfolgt sodann die Wechselstrom-Pigmentierung mit bevorzugt Upigm. = ca. 7,5 VAc und im dahinter angeordneten
Spülbecken 160 die Reinigung von dem Pigmentierelektrolyten. Bei dem mit der Vorrichtung der Fig. 10 durchgeführten
Beschichtungsverfahren wird das Aluminium- oder Kupferband C, d.h. die Coilware, wie dargestellt mit dem Massepotential verbunden, während die Gegenelektroden 131, 151 auf ein entsprechend entgegen gerichtetes Potential gelegt werden.
Bei der BeschichtungsVorrichtung der Fig. 11 erfolgt die Beschichtung der Aluminium- oder Kupferoberfläche des
Bandmaterials C* ebenfalls mittels eines Rolle-zu-Rolle- Verfahrens. Dazu wird das Coilmaterial C* sukzessive durch sechs Tauchbecken 210-260 gezogen. Im ersten Becken 210 wird das Material geätzt und im Spülbecken 220 anschließend gespült. Im dritten Tauchbecken 230 wird mittels
Gleichspannungsanodisierung eine porige Oxidschicht auf der Bandoberfläche aufgebaut, die daraufhin im darauffolgenden vierten Becken 240 von dem Anodisierungselektrolyten gesäubert wird. Im fünften Becken 250 erfolgt die Wechselstrompigmentierung. Im wiederum darauffolgenden sechsten Becken 260 erfolgt die Reinigung von dem
Pigmentierelektrolyten. Dabei wird, wie in Fig. 11
dargestellt, die Anodisiergleichspannung von bevorzugt UAnod. = ca. 15 VDC auf das Coilmaterial C* gelegt, wobei die Pigmentierung bei einer Überlagerung der
Anodisierungsgleichspannung mit der WechselSpannung von bevorzugt Upigm. = ca. 7,5 VAc für die Pigmentierung erfolgt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer selektiv absorbierenden Beschichtung auf einem Solarabsorberbauteil (10)
umfassend die folgenden Verfahrensschritte:
- Bereitstellen eines Substrats (1) mit metallischer
Oberfläche,
- Bestimmung der inneren Oberfläche der metallischen
Oberfläche,
- Bestimmung der für die Erzeugung der absorbierenden Beschichtung erforderlichen Ladungsmenge pro
Flächeneinheit in Abhängigkeit der inneren Oberfläche,
- Elektrolytische Erzeugung der absorbierenden Schicht (3) in einem ersten Schritt durch Gleichstrom- Anodisieren der metallischen Oberfläche des Substrats (1) unter Bildung einer porigen Oxidschicht und in einem zweiten Schritt durch Wechselstrom-Pigmentieren der Poren der Oxidschicht, wobei das Gleichstrom- Anodisieren und das Wechselstrom-Pigmentieren bis zum Erreichen der für den jeweiligen Schritt aus der inneren Oberfläche bestimmten Ladungsmenge pro Flächeneinheit erfolgt,
wobei das Verhältnis zwischen der Ladungsmenge pro
Flächeneinheit ρA für das Gleichstrom-Anodisieren und der Ladungsmenge pro Flächeneinheit ρP für das Wechselstrom- Pigmentieren ρA/ρP = 0,65 bis 0,8 beträgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Substrat (1) ein metallisches Bauteil, insbesondere ein plattenförmiges oder rohrförmiges Bauteil, ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
d a du r c h g e k e n n z e i c hn e t, d a s s das Substrat (1) ein metallisches Bauteil, insbesondere ein Stahl- oder Edelstahlbauteil, mit einer
haftvermittelnden metallischen Oberflächenbeschichtung (2) ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die haftvermittelnde metallische Oberflächenbeschichtung (2) eine Aluminium- oder Kupferschicht ist.
5. Verfahren nach Anspruch 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Substrat ein aufgeblasener Kissenabsorber ist, der im Roll-Bond-Verfahren aus zwei metallischen Blechen
hergestellt ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Substrat (1) zylindrisch ausgebildet ist und die haftvermittelnde Schicht durch Überziehen eines Aluminiumoder Kupferrohrs aufgebracht wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e nn z e i c h n e t, d a s s das Substrat folienartig, insbesondere als Aluminium- oder
Kupferfolie, ausgebildet ist.
8. Verfahren nach Anspruch 1,
d a du r c h g e k e nn z e i c hn e t, d a s s das Substrat ein Glassubstrat, insbesondere ein TCO- beschichtetes Glassubstrat, ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ,
d a du r c h g e k e nn z e i c h n e t, d a s s die innere Oberfläche der metallischen Oberfläche des Substratmaterials mittels Rasterkraftmikroskopie bestimmt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
da du r c h g e k e nn z e i c h n e t, d a s s die auf die Substratoberfläche durch Gleichstrom- Anodisieren aufgebrachte absorbierende Schicht eine Al2O3- oder Kupferoxid-Schicht ist.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Wechselstrom-Pigmentierung mit einem Metall der Gruppe Ni, C, AI, Mg, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Ag und Sn durchgeführt wird.
12. Verfahren nach einem der- Ansprüche 1 bis 11,
d a d u r c h g e k e nn z e i c h n e t, d a s s das Solarabsorberbauteil (10) zylindrisch ausgebildet ist, wobei die elektrolytische Erzeugung der absorbierenden Schicht (3) mit stehend in einem mit einem Elektrolyten (20) gefüllten Behälter (30) positioniertem
Solarabsorberbauteil (10) erfolgt, wobei das zylindrische Solarabsorberbauteil (10) koaxial zu einer umgebenden zylindrischen Gegenelektrode (40) angeordnet wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t, d a s s das Solarabsorberbauteil (10) zylindrisch ausgebildet ist, wobei die elektrolytische Erzeugung der absorbierenden Schicht (3) bei liegend in einem mit einem Elektrolyten (20) gefüllten Behälter (30', 30'') positionierten
Solarabsorberbauteil (10) erfolgt, wobei das zylindrische Solarabsorberbauteil (10) im Wesentlichen koaxial zu einer rinnenförmigen Gegenelektrode (40', 40'') mit im
Wesentlichen zylindrischer Innenfläche angeordnet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13,
d a du r c h g e k e n n z e i c hn e t, d a s s das zylindrische Solarabsorberbauteil (10) hinsichtlich seines Umfangs nur teilweise in den Elektrolyten (20) eingetaucht wird. .
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
da d u r c h g e k e n n z e i c hn e t, d a s s auf die elektrolytisch erzeugte absorbierende Schicht (3) eine transparente Anti-ReflexionsSchicht (4) aufgetragen wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15,
da d u r c h g e k e nn z e i c h n e t, d a s s die Anti-Reflexions-/Schutzschicht (4) aus einem Material der Gruppe AI2O3, Ti02, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane (MPTMS), Ceroxid, Natronwasserglas, Si02, Si02/Sn02 oder pyrolytisches Sn02 oder F:Sn02 (FTO bzw. Fluor-dotiertes Zinnoxid) gebildet wird.
17. Verfahren nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Substrat ein Aluminium- oder Kupferband (C, C*) oder ein mit einer Aluminium- oder Kupferbeschichtung beschichtetes Stahlband ist, welches im Rolle-zu-Rolle- Verfahren beschichtet wird.
18. Solarabsorberbauteil (10), hergestellt nach einem
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16.
PCT/EP2011/054376 2010-03-23 2011-03-22 Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer hochselektiv absorbierenden beschichtung auf einem solarabsorberbauteil und solarabsorber mit einer solchen beschichtung WO2011117256A2 (de)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/636,425 US20130192588A1 (en) 2010-03-23 2011-03-22 Method and Device for Producing a Highly Selectively Absorbing Coating on a Solar Absorber Component and Solar Absorber Having Such Coating
AU2011231660A AU2011231660A1 (en) 2010-03-23 2011-03-22 Method and device for producing a highly selectively absorbing coating on a solar absorber component, and solar absorber having such a coating
JP2013500474A JP2013527310A (ja) 2010-03-23 2011-03-22 太陽光吸収体コンポーネント上に高度選択的吸収コーティングを作製するための方法及び装置並びに該コーティングを有する太陽光吸収体
CN2011800251729A CN102933920A (zh) 2010-03-23 2011-03-22 在一个太阳能吸收组件上制备一层高选择性吸收薄膜的方法和设备以及具有这种薄膜的太阳能吸收器
EP11709424.3A EP2550490B1 (de) 2010-03-23 2011-03-22 Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer hochselektiv absorbierenden beschichtung auf einem solarabsorberbauteil und solarabsorber mit einer solchen beschichtung
ZA2012/07140A ZA201207140B (en) 2010-03-23 2012-09-21 Method and device for producing a highly selectively absorbing coating on a solar absorber component, and solar absorber having such a coating

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010012573.3 2010-03-23
DE102010012573A DE102010012573B4 (de) 2010-03-23 2010-03-23 Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer hochselektiv absorbierenden Beschichtung auf einem Solarabsorberbauteil

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2011117256A2 true WO2011117256A2 (de) 2011-09-29
WO2011117256A3 WO2011117256A3 (de) 2012-02-23

Family

ID=44582879

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2011/054376 WO2011117256A2 (de) 2010-03-23 2011-03-22 Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer hochselektiv absorbierenden beschichtung auf einem solarabsorberbauteil und solarabsorber mit einer solchen beschichtung

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20130192588A1 (de)
EP (1) EP2550490B1 (de)
JP (1) JP2013527310A (de)
CN (1) CN102933920A (de)
AU (1) AU2011231660A1 (de)
DE (1) DE102010012573B4 (de)
WO (1) WO2011117256A2 (de)
ZA (1) ZA201207140B (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013105032A1 (en) 2012-01-09 2013-07-18 Tigi Ltd. Radiation based overheat prevention mechanism for solar thermal collectors

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9512536B2 (en) 2013-09-27 2016-12-06 Apple Inc. Methods for forming white anodized films by metal complex infusion
FI127237B (en) * 2014-02-17 2018-02-15 Savo Solar Oy Solvärmeabsorbatorelement
CN108350598B (zh) 2015-10-30 2021-03-30 苹果公司 具有增强特征的阳极膜
US10126021B2 (en) * 2016-07-15 2018-11-13 General Electric Technology Gmbh Metal-ceramic coating for heat exchanger tubes of a central solar receiver and methods of preparing the same
EP3498889A1 (de) * 2017-12-12 2019-06-19 Koninklijke Philips N.V. Vorrichtung und verfahren zur anodisierten oxidation eines anodenelements für ein gekrümmtes röntgengitter, system zur herstellung eines gekrümmten röntgengitters und gekrümmtes röntgengitter
CN108679866A (zh) * 2018-04-28 2018-10-19 陕西科技大学 耐腐蚀光谱选择性吸收涂层及其制备方法
CN115522223A (zh) * 2022-09-13 2022-12-27 华南理工大学 一种氟掺杂的非贵金属电催化剂及其制备方法与应用

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2850134A1 (de) 1977-11-21 1979-05-23 Graenges Aluminium Ab Sonnenenergieabsorber und verfahren zu seiner herstellung

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2113537A1 (de) * 1971-03-16 1972-10-05 Schering Ag Verfahren und Geraet fuer die Messung der wirksamen Oberflaeche von elektrisch leitenden Gegenstaenden
DE2605669C3 (de) * 1976-02-13 1982-11-18 E.D. Rode KG, 2000 Hamburg Verfahren und Anlage zur Regelung der kathodischen Stromdichte in galvanischen Bädern
AU504928B2 (en) * 1976-07-29 1979-11-01 Showa Aluminium K.K. Solar heat collector
NZ189336A (en) * 1978-01-17 1980-08-26 Alcan Res & Dev Coloured anodic oxide films on aluminium
JPS5817384B2 (ja) * 1980-07-16 1983-04-06 株式会社日本アルミ 太陽熱選択吸収面の製造方法
JPS5785995A (en) * 1980-11-14 1982-05-28 Hitachi Ltd Production of selective absorptive membrane for solar energy
JPS5939666B2 (ja) * 1981-07-28 1984-09-25 日本軽金属株式会社 太陽エネルギ−選択吸収膜の形成法
JPS58187755A (ja) * 1982-04-26 1983-11-02 Showa Alum Corp 太陽熱選択吸収材の製造方法
JPS6051020B2 (ja) * 1982-06-14 1985-11-12 ワイケイケイ株式会社 太陽熱選択吸収膜の形成方法
US4440606A (en) * 1982-08-18 1984-04-03 Aluminum Company Of America Method for producing a solar selective coating on aluminum
JPS6029867B2 (ja) * 1982-10-01 1985-07-12 昭和アルミニウム株式会社 太陽熱選択吸収材及びその製造方法
DE4413745A1 (de) * 1994-04-20 1995-10-26 Gramm Gmbh & Co Kg Verfahren und Vorrichtung zur Kontrolle der Oberfläche von Gegenständen
US5472788A (en) * 1994-07-14 1995-12-05 Benitez-Garriga; Eliseo Colored anodized aluminum and electrolytic method for the manufacture of same
DE102004010689B3 (de) * 2004-02-27 2005-06-30 Schott Ag Absorber mit einer strahlungsselektiven Absorberbeschichtung und Verfahren zu seiner Herstellung
EP1688683A1 (de) * 2005-01-06 2006-08-09 Fenis Teknik Ürünler A.S. Leichtgewicht -Hochleistungs-Sonnenkollektor aus Aluminiumfolie mit selektiver Oberfläche
US20100116733A1 (en) * 2008-11-12 2010-05-13 Korea Electrotechnology Research Institute Nanoporous oxide ceramic membranes of tubular and hollow fiber shape and method of making the same
CN101408354B (zh) * 2008-11-27 2010-08-11 山东力诺新材料有限公司 太阳能选择性吸收涂层及其制备方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2850134A1 (de) 1977-11-21 1979-05-23 Graenges Aluminium Ab Sonnenenergieabsorber und verfahren zu seiner herstellung

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013105032A1 (en) 2012-01-09 2013-07-18 Tigi Ltd. Radiation based overheat prevention mechanism for solar thermal collectors
CN104136864A (zh) * 2012-01-09 2014-11-05 堤基有限公司 基于辐射过热预防机制的太阳能集热器
EP2802826A1 (de) * 2012-01-09 2014-11-19 Tigi Ltd. Strahlungsbasierter überhitzungsvermeidungsmechanismus für sonnenkollektoren
EP2802826A4 (de) * 2012-01-09 2015-10-21 Tigi Ltd Strahlungsbasierter überhitzungsvermeidungsmechanismus für sonnenkollektoren

Also Published As

Publication number Publication date
CN102933920A (zh) 2013-02-13
ZA201207140B (en) 2013-05-29
EP2550490A2 (de) 2013-01-30
AU2011231660A1 (en) 2012-11-15
EP2550490B1 (de) 2014-03-05
DE102010012573B4 (de) 2012-05-24
WO2011117256A3 (de) 2012-02-23
US20130192588A1 (en) 2013-08-01
DE102010012573A9 (de) 2012-04-19
JP2013527310A (ja) 2013-06-27
DE102010012573A1 (de) 2011-09-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2550490B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer hochselektiv absorbierenden beschichtung auf einem solarabsorberbauteil und solarabsorber mit einer solchen beschichtung
DE2616662C2 (de) Verfahren zur herstellung einer selektiven solarabsorberschicht auf aluminium
DE2438329C2 (de) Schichtkörper zur Absorption von Sonnenwärmeenergie und Verfahren zur Herstellung von derartigen Schichtkörpern
EP2093520B1 (de) Strahlungsselektive Absorberbeschichtung, Absorberrohr und Verfahren zu dessen Herstellung
WO1997038145A1 (de) Beschichtungssubstrat
Sabzi et al. Microstructural analysis and optical properties evaluation of sol-gel heterostructured NiO-TiO2 film used for solar panels
DE102009022059A1 (de) Strahlungsselektive Absorberbeschichtung und Absorberrohr mit strahlungsselektiver Absorberbeschichtung
CN106350849B (zh) 铝表面高吸收与低发射太阳光谱的氧化膜电沉积制备方法
DE4433863A1 (de) Spektralselektive Kollektorbeschichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung
WO2019061918A1 (zh) 一种aao光子晶体基耐高温三元纳米复合吸热涂层的制备方法
Chorchong et al. Characterization and spectral selectivity of Sn-Al2O3 solar absorber
Karoro et al. Selective solar absorbers’ properties of laser treated electrodeposited tubular Co-Al2O3 nanocomposites
CN104576070A (zh) 二氧化钛纳米棒-金空心球-CdS复合光阳极的制备方法
DE2804447C3 (de) Verfahren zur Herstellung selektiver Absorberschichten hohen Absorptionsvermögens und niedriger Emission, insbesondere für Sonnenkollektoren
DE2551832C2 (de) Verfahren zur Herstellung einer selektiv absorbierenden Oberfläche für Solarkollektoren und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
DE102013016316B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Absorbers für einen Solarkollektor einer Solarthermieanlage
Shaffei et al. A comparative study for selecting more efficient black selective coating in solar water heating system
WAMAE et al. Thermal efficiency of a new prototype of evacuated tube collector using Sn-Al2O3 as a selective solar absorber
DE102009021252B4 (de) Vakuumkollektorröhre und Verfahren zur Herstellung einer solchen Vakuumkollektorröhre
CN113235147B (zh) 一种用于太阳能吸收的自组装纳米结构复合材料的制备方法
Toghdori et al. Nano structure black cobalt coating for solar absorber
Hao et al. Solar-responsive sole TiO 2 nanotube arrays with high photocatalytic activity prepared by one-step anodic oxidation
Santiago et al. Electrolytic nickel impregnation of porous anodic aluminum oxide films using AC voltage as solar selective absorber
CN118461094A (zh) 一种环保型阳极氧化铝型材的太阳能集热瓦片及制备方法
AT403383B (de) Verfahren zur herstellung einer spektralselektiven schicht und solarthermischer absorber mit einer derartigen schicht

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201180025172.9

Country of ref document: CN

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 8288/DELNP/2012

Country of ref document: IN

Ref document number: 2011709424

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2013500474

Country of ref document: JP

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11709424

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2011231660

Country of ref document: AU

Date of ref document: 20110322

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13636425

Country of ref document: US