用于太陽能系統(tǒng)的反射體和用于制造這類反射體的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種太陽能系統(tǒng)的反射體，其具有金屬的載體板和覆在載體板上的可反射層，該可反射層由至少一個金屬反射層和至少一個覆在反射層上的保護(hù)層組成。本發(fā)明還涉及一種用于制造太陽能系統(tǒng)的反射體的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在此談及的反射體的類型例如在太陽能發(fā)電站中使用，比如拋物槽式發(fā)電站(Parabolrinnenkraftwerken)、菲捏爾發(fā)電站(FresneIkraftwerken)、盤斯特靈發(fā)電站(Dish-Stirlingkraftwerken)以及塔式發(fā)電站(Turmkraftwerk)或者類似的發(fā)電站，其中，借助于吸收太陽輻射能的一部分轉(zhuǎn)換為熱量。該系統(tǒng)具有共同點(diǎn)，即集中太陽輻射，從而在使用太陽能的過程中提高效率。
[0003]反射體在太陽能系統(tǒng)中用作所謂的“收集器”的組件，該收集器將入射的陽光集成一束并且集中到吸收器(例如吸收管或類似物)上，該吸收管輸送熱載體介質(zhì)。在此，一方面存在這樣的要求，即，反射體在陽光的輻射區(qū)域中具有理想的反射性能。另一方面，反射體應(yīng)相對于使用中出現(xiàn)的機(jī)械負(fù)荷而言盡可能得堅固并且能夠低成本的制造。另外，一個特別的挑戰(zhàn)在于，確保這些通常大面積的部件的形狀穩(wěn)定性，從而在反射體的整個壽命中以要求的精度可靠地實現(xiàn)陽光的對焦。
[0004]為了設(shè)計這類反射體的反射表面，已知的是，根據(jù)常規(guī)反射鏡的類型將玻璃載體一側(cè)涂覆銀或鋁。在此不利的是，玻璃載體既具有較大的重量又具有較小的彈性可變形性和機(jī)械負(fù)荷能力。
[0005]歐洲專利申請EPI 154 289 Al中已知制備由鋁或鋁合金組成的、具有可反射的鋁表面的反射體。在此，可反射的表面也可以替代性地通過涂覆具有鋁的反射體而產(chǎn)生。覆在反射表面上的透明的保護(hù)層應(yīng)保護(hù)可反射的表面不受到環(huán)境影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在上述現(xiàn)有技術(shù)的背景下，本發(fā)明的目的在于說明一種用于太陽能系統(tǒng)的反射體，其具有高反射性能、對于機(jī)械負(fù)荷而言是牢固的并且能夠低成本地制造。另外，該反射體還應(yīng)盡可能的輕并且同時形狀穩(wěn)定。另外，本發(fā)明還涉及一種用于制造這類太陽能系統(tǒng)的反射體的方法。
[0007]關(guān)于反射體，該目的按照本發(fā)明由此得以實現(xiàn)，S卩，該反射體具有權(quán)利要求1中所述的特征。關(guān)于方法，該目的按照本發(fā)明由此得以實現(xiàn)，即，實施權(quán)利要求12中所述的方法步驟。
[0008]按照本發(fā)明的反射體的特征在于，載體板由夾芯板形成，該夾芯板具有上部和下部的金屬覆蓋板和至少一個設(shè)置在其間的、非金屬的中間層，其中，上部覆蓋板具有平整的表面，其上覆有反射層，該平整的表面在覆有反射層之前具有小于0.03μπι、優(yōu)選小于0.02μπι的算術(shù)平均粗糙度值Ra。當(dāng)在此談及“算術(shù)平均粗糙度值Ra”時，是指根據(jù)DIN EN ISO 4287確定的數(shù)值。
[0009]借助載體板的夾芯結(jié)構(gòu)在較小重量的同時實現(xiàn)了堅固的構(gòu)造。至少一個設(shè)置在上部和下部的金屬覆蓋板之間的、非金屬的中間層例如可以由塑料組成。同樣能夠在中間層的區(qū)域內(nèi)考慮其他適合于形成這類夾芯結(jié)構(gòu)或復(fù)合結(jié)構(gòu)的泡沫材料、粘合材料或填充材料。特別是與具有玻璃載體的反射體相比，通過反射體較輕的重量降低了對支承反射體的支承結(jié)構(gòu)以及在發(fā)電站運(yùn)行中用于跟蹤反射體的可能的驅(qū)動提出的要求。
[0010]夾芯結(jié)構(gòu)另外還有的優(yōu)點(diǎn)在于，載體板的單個組件能夠彼此獨(dú)立地制備。以這種方式例如可以由此降低材料消耗，即，在夾芯結(jié)構(gòu)內(nèi)部僅起到支承作用的下部覆蓋板可以具有比上部覆蓋板更低的表面性質(zhì)或合金質(zhì)量，其中，上部覆蓋板的表面特性對反射體的反射性能具有直接或者明顯更大的影響。因此，上部覆蓋板和下部覆蓋板可以由不同的材料制成、具有相互不同的板厚和/或相互差異的涂層系統(tǒng)。另外可以根據(jù)預(yù)期的運(yùn)行條件調(diào)整中間層的性質(zhì)和厚度，從而調(diào)整反射體的最理想的剛性和/或氣候穩(wěn)定性。夾芯結(jié)構(gòu)因此以特別簡單的方式實現(xiàn)了在輕質(zhì)結(jié)構(gòu)、形狀穩(wěn)定性以及成本效率之間的協(xié)調(diào)。
[0011]除了夾芯結(jié)構(gòu)之外，按照本發(fā)明的反射體的特征還在于，上部覆蓋板具有平整的表面，該平整的表面在覆有金屬的反射層之前具有小于0.03μπι、優(yōu)選小于0.02μπι的算術(shù)平均粗糙度值Ra。該平整的表面的較低的粗糙度在涂覆反射層的過程中有利于在反射層的區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)特別低的算術(shù)平均粗糙度值Ra。因此，在納米范圍內(nèi)的薄的層厚已經(jīng)可以滿足，調(diào)整為所要求的反射性能而待形成的金屬的反射層的表面性質(zhì)。
[0012]可反射的表面層例如可以由銅、金、鉻、鎳或它們的合金形成。在本發(fā)明的一種設(shè)計方案中，反射層由鋁、銀、錫、鋅或含有這些金屬中的至少一種的合金制成?？煞瓷鋵右部梢杂缮鲜霾牧匣蚱浜辖鸬亩鄠€層構(gòu)成。因此，例如可以首先在上部覆蓋板上覆上錫層或鋅層，該錫層或鋅層又支承由鋁或銀組成的額外的反射層。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一種設(shè)計方案，覆蓋板的表面通過乳制、優(yōu)選通過冷乳而展平。這些覆蓋板例如可以在四輥乳機(jī)中，或者特別是在不銹鋼板的乳制過程中在森吉米爾乳機(jī)(Sendzimir-GerUst)中乳制。在此，特別是在最后的乳制道次中使用一種工作棍，其與乳制物接觸的圓周面具有這樣的算術(shù)平均粗糙度值Ra，即其小于所要求的各個表面的算術(shù)平均粗糙度值Ra。通過乳輥展平的表面具有這樣的形貌，S卩，借助該形貌能夠清楚地辨別出乳制方向。因此，通過算術(shù)平均粗糙度值Ra表明的粗糙度表示出相對于乳制方向平行的清楚的優(yōu)選方向。
[0014]平整的表面一方面可以在夾芯板的未涂層的覆蓋板上或者在用于制造夾芯板的相應(yīng)的覆蓋板上形成，從而金屬的反射層直接覆在未涂層的覆蓋板的平整的表面上。另一方面，覆蓋板也可以用于制備夾芯板，該夾芯板在乳制之前已經(jīng)具有表面涂層。因此例如可以冷乳已經(jīng)鍍鋅的板材。隨后，鍍鋅的表面以按照本發(fā)明的方式展平。當(dāng)然還可能的是，在乳制之前在上部覆蓋板上設(shè)置上述層系統(tǒng)的任意組合，從而在覆有反射層之前形成具有小于0.03μπι、優(yōu)選小于0.02μπι的算術(shù)平均粗糙度值Ra的平整的表面。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一種變型，反射層和/或平整的表面通過熱的表面處理過程展平。因此例如可以通過有針對性地熔化板材的涂層(例如錫層)來調(diào)整所要求的算術(shù)平均粗糙度值Ra。適合于此的方法例如在德國專利申請DE 10 2011 000 984 Al中已知，其內(nèi)容以參考文件的形式包括在本說明書中。在此，特別是可以使用激光、短脈沖激光或者超短脈沖激光作為能量源或熱源。但是也能夠考慮使用任意一種能夠在待平整的表面的范圍內(nèi)達(dá)到所需能量輸入的其他熱源。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，上部覆蓋板由鋼材、特別是碳素鋼或者不銹鋼制成，或者由輕質(zhì)金屬、特別是由鋁和/或鎂或它們的合金制成。該上部覆蓋板在展平表面之后用作反射涂層的基底。
[0017]為了保護(hù)反射涂層不受到環(huán)境影響，根據(jù)本發(fā)明的一種設(shè)計方案額外地設(shè)置有保護(hù)層、優(yōu)選透明的保護(hù)層。在本發(fā)明的一種變型中，保護(hù)層或透明的保護(hù)層由硅氧化物和/或鈦氧化物制成。但是，該保護(hù)層也可以由一層或多層其他的無機(jī)或有機(jī)化合物構(gòu)成，例如，在歐洲專利申請EP I 154 289 Al中已知，其與此相關(guān)的內(nèi)容以參考文件的形式包括在本說明書中。額外地或替代性地可以設(shè)置特別是由T12組成的抗反射層，其構(gòu)成保護(hù)層或透明的保護(hù)層或者用于提高位于其下方的透明保護(hù)層的透射。
[0018]該涂層可以以已知的方式以PVD法、CVD法或溶膠-凝膠法涂覆。另外還可能的是，各個層通過磁控管濺射、特別是高功率脈沖磁控濺射(HIPIMS)涂覆。在形成可反射層的過程中也可以考慮上述涂層方法的組合。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，反射層和/或保護(hù)層通過這些方法產(chǎn)生的層厚分別在50nm至5μηι的范圍內(nèi)，優(yōu)選在80nm至200nm的范圍內(nèi)。
[0019]除了載體板的涂層之外，根據(jù)本發(fā)明的另一個方面還可能的是，通過一個或多個薄膜和/或漆層，或者一個或多個薄膜和/或漆層和/或涂層的組合設(shè)置可反射層。與涂層相比，使用薄膜的優(yōu)點(diǎn)在于，通過薄膜的質(zhì)量已以最大限度預(yù)設(shè)所要求的反射特性并且由此可以以簡單的方式調(diào)整可反射表面的保持不變的質(zhì)量。
[°02°]根據(jù)本發(fā)明的另一種設(shè)計方案，反射體具有在0.5mm至5mm范圍內(nèi)的厚度。在此，通過夾芯式的結(jié)構(gòu)在反射體的相對較輕的重量條件下得到了較高的剛性。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，覆蓋板具有在0.l_4mm范圍內(nèi)的厚度。因此可以使用非常薄的板材，其由至少一個非金屬的中間層支承。各個板厚可以根據(jù)反射體的尺寸和運(yùn)行條件來選擇。
[0021]可反射涂層和各個層，比如金屬反射層和透明的保護(hù)層，能夠盡可能平整地形成。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，反射層和/或保護(hù)層具有光學(xué)有效的粗糙度精細(xì)的結(jié)構(gòu)和/或至少一個干擾層，從而提高利用太陽能輻射過程中的效率。特別是可以借助短脈沖激光技術(shù)或超短脈沖激光技術(shù)在可反射的涂層中引入有光學(xué)活性的粗糙度精細(xì)的結(jié)構(gòu)。
[0022]保護(hù)層或透明的保護(hù)層首先保護(hù)金屬的反射層不受到研磨磨損、環(huán)境影響和/或(也)防止不受到腐蝕。因此，總而言之，上部覆蓋板一方面通過(透明的)保護(hù)層而另一方面通過金屬的反射層防止不受到研磨磨損、環(huán)境影響和/或防止不受到腐蝕。因此，上部覆蓋板取決于覆有的可反射層已經(jīng)具有防腐蝕層。另外，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，可以在上部覆蓋板上涂覆額外的防腐蝕層。在這種情況下，由上部覆蓋板開始，層系統(tǒng)因此具有至少三層，一層防腐蝕層、覆在防腐蝕層上的金屬的反射層和覆在金屬的反射層上的透明的保護(hù)層。在此，平整的表面在涂覆防腐蝕層之后形成，但是其中，防腐蝕層也可以已經(jīng)涂覆在平整的表面上。
[0023]以上示出的涂層也可以或至少部分地設(shè)置在下部覆蓋板上。上部覆蓋板和下部覆蓋板特別是可以實施為相同的。因此，根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，上部覆蓋板和/或下部覆蓋板遠(yuǎn)離非金屬的中間層的外側(cè)設(shè)置防腐蝕保護(hù)層。
[0024]按照本發(fā)明的用于制造太陽能系統(tǒng)的反射體的方法，至少包括以下方法步驟:
[0025]a.準(zhǔn)備金屬的載體板，該載體板由夾芯板形成，該夾芯板具有上部和下部的金屬覆蓋板和至少一個設(shè)