FVS-Jahrestagung 2007 Optische Beschichtungen für Solarkollektoren - Technologien und Qualitätssicherung

Transkript

1 Optische Beschichtungen für Solarkollektoren - Technologien und Qualitätssicherung Andreas Gombert, Fraunhofer ISE Rolf Reineke-Koch, ISFH Karsten Fenske, Alanod-Sunselect GmbH & Co. KG Thomas Hofmann, CentroSolar Glas GmbH & Co. KG

2 Aufbau eines Solarkollektors Rahmen Glasabdeckung Selektiver Absorber Dämmwolle

3 Glasscheiben mit hoher solarer Transmission Transmission von Glas beschichtet mit poröser Sol-Gel-Schicht unbeschichtet Transmission [%] Solares Spektrum (AM1.5g) Augenempfind ,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 Wellenlänge [µm]

4 Herstellung von porösen Antireflex (AR)- Schichten Sol-Gel Verfahren Ätzverfahren Sputtern

5 AR-Schicht durch Tauchbeschichtung

6 Produktion von Sol-Gel AR-Glas Zuschnitt Kantenbearbeitung Tauchbeschichtung Härtung

7 Beständigkeitsprüfungen von AR-Glas (Centrosolar Glas GmbH) 1. Damp Heat Test von AR-PV-Modulen nach IEC (85 C/85% rlf) 2. Kondenswasser-Konstantklimatest von AR-Glas nach EN / DIN (40 C/100% rlf) 3. Temperature Cycle Test von AR-Glas nach IEC (-40 /+85 C) 4. Temperature Cycle Test von AR-PV-Modulen nach IEC (-40 /+85 C) 5. SO 2 -Kondenswasser-Konstantklimatest von AR-Glas nach EN / DIN (40 C/100% rlf/so 2 ) 6. Salzsprühtest nach EN / DIN Aussenbewitterungstests von AR-Glas 8. Hagelfestigkeit von AR-Glass nach IEC Frost-Prüfung von AR-Glas (inhouse test: -20 C) 10. Koch-Test (inhouse test) 11. Abriebfestigkeit nach DIN EN (Crockmeter-Test) 12. Adhäsions-Test (Pull-off Tape Test)

8 Solar-selektive Absorberschichten Gradientenschicht 1,0 0,8 Metallsubstrat Ref lexion 0,6 0,4 0,2 Solarstrahlung 0,0 Wärmestrahlung bei 373K 1 10 Wellenlänge / µm

9 Schichtaufbau gesputterter Cermets Substrat Spiegel Cermet Deckschicht 1,0 DS Cermet Spiegel Füllfaktor Metall / Dielektrikum in % SpiegelCermet Deckschicht Schichttiefe / nm Ref lexion 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Solarstrahlung Wärmestrahlung bei 373K 1 10 Wellenlänge / µm

10 Herstellung der Absorberschicht Sunselect Bestücken mit Cu-Coil Beschichten durch Sputtern Aufwickeln Qualitätssicherung

11 Wareneingang Herstellung der Absorberschicht Mirotherm Anodisation Beschichtung Versand Verpackung Konfektionierung

12 Galvanisch hergestellter Schwarzchrom- Absorber

13 Internationaler Markt der Beschichter MIT Innovar Chromecoat Alanod Mirotherm Thermosolar Jahresproduktion 2006 ESE Sunstrip 3,9 Mill. m 2 TiNOX Alanod Sunselect BlueTec Marktstudien von von Werner Werner Koldehoff Koldehoff nach nach Sonne, Wind Wind & Wrme & Wärme 4/2007 4/2007

14 Beschichtungstechnologie Alanod Sunselect: 1,05 Mill. m 2, Cu-Substrat Haftschicht; Cermet-Schicht; Entspiegelung reaktives Magnetronsputtern Mirotherm: 0,35 Mill. m 2, Al-Substrat IR-Reflexionsschicht; Cermet-Schicht; Entspiegelung reaktives Elektronenstrahlverdampfen BlueTec eta plus: 1 Mill. m 2, Cu- und Al-Substrat Diffusionsbarriere; Cermet-Schicht; Entspiegelung Magnetronsputtern TiNOX TiNOX: 0,5 Mill. m 2, Cu-Substrat TiC-Diffusionsbarriere; TiN-TiO-TiO 2 -Absorptionsschicht; SiO 2 -Entspiegelung; reaktives Elektronenstrahlverdampfen

15 Optische Messtechnik PM Si InGaAs MCT 1,0 0,8 Ref lexion 0,6 0,4 0,2 Solarstrahlung 0,0 Wärmestrahlung bei 373K 1 10 Wellenlänge / µm

16 Qualitätssicherung (Alanod-Sunselect GmbH & Co. KG) Online Prüfung der optischen Eigenschaften Bestimmung des Absorptions- und Emissionskoeffizienten Bestimmung der Farbkoordinaten Visuelle Prüfung Prüfung der Temperaturbeständigkeit bei 300 C Prüfung der Haftfestigkeit der Absorberschicht Prüfung der Haftfestigkeit der Schicht nach einer Laserschweißung Siedewassertest: Probe aus Wasser- und Dampfphase

17 Materialtest s der Absorberschichten (Alanod-Sunselect GmbH & Co. KG)

18 Beständigkeitstests an Instituten IEA Task X Test Chemie-Belastungstest Materialuntersuchungen IR-Spektroskopie Farbmetrik Ellipsometrie

19 Entwicklungsziele und -trends Erhöhung der solaren Absorption durch Deckschichten mit kleiner Brechzahl Schichten mit temperaturabhängigem Emissionsvermögen Korrosionsbeständigkeit an PVD- Absorberschichten Aluminium und Stahl als Absorbersubstrat Rollbondabsorber Fassadenkollektoren (verglast und unverglast) Polymerkollektoren

20 Unverglaste Fassadenkollektoren

21 Unverglaster Metalldach-Kollektor Frostfester Kunststoffschlauch Tolerant für korrosive Kühlmedien Demonstrationsanlage Schwimmbad Nordstemmen seit Mai 2005

22 Polymerkollektoren

23 Zusammenfassung Die Produktionstechniken für optische Beschichtungen zur Verwendung in solarthermischen Kollektoren sind etabliert. Eine Herausforderung stellen die steigenden Preise für Kupfer und Aluminium dar. Für unverglaste Kollektoren wird ein interessantes Marktpotential gesehen.