Projekt 17847/01

Innovative Schutzbeschichtung für Aluminiumspiegelblech und industrielle Beschichtungstechnologie für CPC-Sonnenkollektoren

Projektträger

PARADIGMA Ritter Energie- und Umwelttechnik GmbH & Co. KG
Ettlinger Str. 30
76307 Karlsbad
Telefon: 07202-922-134

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Sonnenkollektoren mit Vakuumröhren und CPC-Spiegeln (Compound Parabolic Concentrator) besitzen durch ihre hohe Materialeinsatzeffizienz eine positive Umweltbilanz. Die bisher eingesetzte Schutzbeschichtung des hochreflektierenden Aluminiumspiegelbleches ist bzgl. Langzeitbeständigkeit und Kostensituation nicht zufriedenstellend und die Formgebung der beschichteten Bleche ist für die Haltbarkeit der Schicht nachteilig.
Mit der flammenpyrolitischer Silikatisierung sollte eine kostengünstige, witterungs- und langzeitbeständige Schutzschicht für alle relevanten Klimata entwickelt werden. Am Ende sollte eine Funktionsmusteranlage entstehen, die das Beschichtungsverfahren auf bereits vorgeformte CPC Spiegel (wellblechähnliche Aluminiumbleche), umsetzt und zeigt, wie produktionstechnisch Beschichtungskapazitäten in der Größenordnung von 10.000 m2 pro Jahr realisiert werden können.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Arbeiten erfolgte in drei Phasen. Zunächst wurden flammenpyrolitisch SiOx-Schichten mit herkömmlichen Beschichtungsgeräten auf ebenen Substraten aus hochglanzgewalztem Aluminium hergestellt. Aus verschiedenen Silikatschichten wurde ein geeignetes Schichtsystem ausgewählt.
Der zweite Schritt beinhaltet die Entwicklung einer Beschichtungstechnik, die an die geometrischen Verhältnisse der CPC-Spiegel angepasst ist. Hierzu wurden eine Reihe verschiedener Bauformen und Größen von Beschichtungsapparaturen entwickelt, gebaut und getestet. An beschichteten Mustern wurden Korrosionstests und Outdoor-Tests an realen Anlagen durchgeführt. Mit Hilfe verschiedener Brennerbauarten wurde die Schutzschicht auf die geformten CPC-Spiegel übertragen. Schwierig war bei einer hohen Abscheiderate eine homogene Schichtdickenverteilung über die Kontur zu erzeugen, die an jeder Stelle des Spiegels sowohl eine gleich hohe Korrosionsbeständigkeit wie auch Reflexion gewährleistet. In der letzten Phase wurde eine Funktionsmusteranlage aufgebaut, an der beispielhaft die einzelnen Merkmale einer Maschine für die Massenproduktion getestet wurden. Es wurden dabei alle produktionsrelevanten Abläufe einer späteren industriellen Beschichtungsanlage experimentell erarbeitet.


Ergebnisse und Diskussion

In Korrosions- und Outdoor-Tests wurde gezeigt, dass mit Schichtdicken von mehr als 20 nm im Vergleich zu Proben mit organischem Lack eine unter Binnenklima dauerhaft korrosionsbeständige Oberfläche erzeugt werden kann. Oberflächenverletzungen führten in den Korrosionstests nicht zu Unterwanderung, so dass der Fehler funktionstechnisch keine Einschränkung darstellt. Die Reflexion des Ausgangssubstrats wird durch die Schutzschicht nur um ca. 1-2% vermindert. Die hydrophile Oberfläche sorgte für eine gute Selbstreinigung bei Regen. Die Oberfläche zeigt im Vergleich zu den lackierten Oberflächen seltener und deutlich weniger Tau bzw. Reif.
Mit Ausnahme von Standorten in Meeresnähe wurde die Praxistauglichkeit der beschichteten CPC-Spiegel in Bezug auf Korrosion an realen Musteranlagen ebenso gezeigt wie die Unempfindlichkeit gegen Algen- bzw. Moosbefall.
Die gesteckten Ziele im Rahmen des Projektes wurden größtenteils erreicht. Im weiteren soll nun eine Optimierung der Beschichtungsvorrichtung an der Funktionsmusteranlage so erfolgen, dass unter Vermeidung von Fehlstellen ausreichend große Schichtdicken mit homogener Dickenverteilung bei guten Abscheideraten und hoher Prozesssicherheit erzielt werden. Die erzielten Ergebnisse werden in den Bau einer Produktionsanlage einfließen. Die Technologie ist für den Einsatzzweck bei CPC-Spiegelblechen geeignet. Die Korrosionsbeständigkeit muss allerdings durch Weiterentwicklung, Stabili-sierung und Standardisierung des Beschichtungsverfahrens verbessert werden bevor eine Serienfertigung beginnen kann. Das Kostensenkungspotential dieser Technologie gegenüber der bisher eingesetzten Materialien ermöglicht eine gute Perspektive für nennenswerte Preissenkungen, die die Solarenergie näher an die Wirtschaftlichkeit bringen wird.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Nach Fertigstellung der Produktionsanlage wird die Technologie in die Serienfertigung einfließen und als Produkt auf dem freien Markt erhältlich sein. In diesem Zusammenhang sind dann auch Veröffentlichungen in den einschlägigen Fachzeitschriften sowie die Präsentation auf Messen geplant.


Fazit

Die entwickelte Technologie der flammenpyrolitischen SiOx-Beschichtung der SurA Chemicals GmbH, Jena, ist für den Einsatzzweck bei CPC-Spiegelbleche geeignet. Die Korrosionsbeständigkeit muss durch Weiterentwicklung, Stabilisierung und Standardisierung des Beschichtungsverfahrens noch verbessert werden, bevor eine Serienfertigung beginnen kann. Das Kostensenkungspotential dieser Technologie gegenüber der bisher eingesetzten Materialien ermöglicht eine gute Perspektive für nennenswerte Preissenkungen, die die Solarenergie näher an die Wirtschaftlichkeit bringen wird.