Task 39 Subtask C: Materials Kunststoffe für Solarabsorber

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1 Task 39 Subtask C: Materials Gernot M. Wallner Institute of Polymeric Materials and Testing Johannes Kepler University Linz (JKU) Tel Nationale Verbreitungstagung Juli 6, 2011 Linz, AUSTRIA Inhalte Subtask C: Materials Aktivitäten in Phase 1 ( ) Kollektorarten Materialien Thermische Übergänge und solare Absorption Beschichtungen Subtask C: Materials Aktivitäten in Phase 2 ( )

2 Subtask C: Materials Aktivitäten in Phase 1 Projekte von Subtask C Projekt Titel Schwerpunkte C1 C2 Functional Polymeric Materials and Polymer Surfaces Performance Defined Structural Polymeric Materials Spektral-selektive Coatings Thermotrope Polymermaterialien (Wärmetauscher) Polyolefine für Wärmespeicher C3 Components and Polymer Processing Stegplatten für Solarabsorber Plattenhalbzeuge für Wärmespeicher Tiefziehteile für Kollektoren Inhalte Subtask C: Materials Aktivitäten in Phase 1 ( ) Kollektorarten Materialien Thermische Übergänge und solare Absorption Beschichtungen Subtask C: Materials Aktivitäten in Phase 2 ( )

3 Kollektorarten Typ Luftkollektor Wasserkollektor unverglast Wasserkollektor, verglast Beispiel Anteil, %GWth Inst. Fläche, Mill. m 2 0,7 1,7 11,5 28,1 Anwendung Luftvorwärmung Schwimmbad, Warmwasser Kunststoffeinsatz Enerconcept, CA Verglasung: PC Absorber: PC, ABS Absorber: EPDM, PE, PP, PVC, ABS Roth Werke, D 87,8 216,4 Warmwasser, Heizen, Kühlen Verglasung: PC, ETFE Absorber: PP, PPS Rahmen/Rückwand: PA, PC Task39: Verglaste Kollektoren mit Teil-Kunststoffabsorber Hybridkollektoren Solartwin, UK: Silikonelastomerrohr zwischen 2 Metallblechen Maas Profile, D: EPDM-Rohr geklemmt in Blech Niedrige Wärmeleitfähigkeit von Kunststoffen bedingt vollflächig durchströmte Absorberdesigns. Bei verglasten Kollektoren mit Absorberwanddicken < 2mm weisen vollflächig durchströmte Kunststoffabsorber höheres F auf als Rohr-Finne- Absorber (Hausner, 2008).

4 Task39: Verglaste Kollektoren mit Voll-Kunststoffabsorber - 1 Röhrchenkollektoren Hersteller Magen EcoEnergy, ISR EMS Chemie / SPF, CH Schaubild Aufbau Verglasung (PC-Stegplatte) Rohrabsorber mit Sammler Verglasung (PC-Platte) Rohrabsorber mit Sammler Absorber: Werkstoff Hersteller Type Polypropylen, PP Lyondell Basell, D Hostalen PP H4122* * Adaptierung von Magen EcoEnergy Polyamid 12, PA12 EMS Chemie, CH Grilamid L25A NZ Task39: Verglaste Kollektoren mit Voll-Kunststoffabsorber - 2 Stegplattenkollektoren Hersteller Solarnor, N Aventa, N Schaubild Aufbau Absorber: Werkstoff Hersteller Type Verglasung (PC-Stegplatte) Stegplattenabsorber mit Sammler Polyphenylenether+Polystyrol- Blend (PPE+PS) SABIC, NL Noryl EN 150SP Verglasung (PC-Stegplatte) Stegplattenabsorber mit Sammler Polyphenylensulfid (PPS) Chevron Philips, BE XTEL XE4500BL

5 Thermische Übergänge und solare Absorption - Messmethoden Differentialthermoanalyse (DTA) / Thermogravimetrische Analyse (TGA) DTA: Heizrate: 10K/min Atmosphäre: Luft TGA: Heizrate: 20K/min Atmosphäre: Stickstoff Perkin Elmer DSC 4000 Perkin Elmer STA 8000 Dynamisch-mechanische Analyse (DMA) Heizrate: 3K/min Frequenz: 1Hz Prinzip: Torsion bzw. Biegung Atmosphäre: Stickstoff UV/VIS/NIR-Spektrometrie Perkin Elmer Lambda 950 mit Ulbrichtkugel Anton Paar Physica MCR 501 Perkin Elmer DMA 8000 DTA-Kurven PP vs. PA12 Schmelzpeak Schmelzpeaktemperaturen: PP: 165 C, PA12: 175 C endotherm Oxidationstemperatur: PP, PA12: ~ 270 C PP PA Temperatur, C

6 Modul/Temperatur-Kurven PP vs. PA12 Speichermodul E', G', MPa E' 10 3 G' PP PA Temperatur, C 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 Verlustfaktor, - Temp., C PP Modul, MPa PA12 Modul, MPa * * * * Schubmodul DTA-Kurven PPE+PS vs. PPS Schmelzpeak Schmelzpeaktemperaturen: PPE+PS: amorph, PPS: 280 C endotherm Oxidationstemperatur: PPE+PS, PPS: ~ 300 C PPE+PS PPS Temperatur, C

7 Modul/Temperatur-Kurven PPE+PS vs. PPS 2,0 Speichermodul E', MPa , PPE+PS PPS Temperatur, C 1,5 1,0 0,5 Verlustfaktor, - Temp., C PPE+PS Modul, MPa PPS Modul, MPa Reflexionsgrad, % Solare Absorption der Kunststoffe PP PA12 PPE+PS PPS Werkstoff Solare Absorption, % PP 95,9 PA12 95,5 PPE+PS 95,4 PPS 93,9 Infrarote Emission: > 90% Wellenlänge, nm

8 Reflexionsgrad Spektral selektive Beschichtungen 1,0 AM1.5 = 0.84, 373K = 0.36 AM1.5 = 0.83, 373K = ,8 AM1.5 = 0.81, 373K = ,6 0,4 0,2 0,0 Solar Wärmestrahlung 1 10 Wellenlänge, µm Quelle: Orel et al., NIC, SI Color, Medvode, SI Inhalte Subtask C: Materials Aktivitäten in Phase 1 ( ) Kollektorarten Materialien Thermische Übergänge und solare Absorption Beschichtungen Subtask C: Materials Aktivitäten in Phase 2 ( )

9 Subtask C: Materials Aktivitäten in Phase 2 Projekte von Subtask C Projekt Titel Schwerpunkte C1 Multi-Functional Polymeric Materials Materialien für Voll-Kunststoff- Kollektoren Materialien für Systemkomponenten inkl. Wärmespeicher C2 Processing and Evaluation of Components Halbzeug- und Komponentenfertigung Verbindungstechniken C3 Methods for Testing and Characterization Qualitätssicherung Alterungscharakterisierung