WO2012007166A1 - Hochtemperatur-solarthermie-vorrichtung für kraftwerke - Google Patents

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WO2012007166A1
WO2012007166A1 PCT/EP2011/003517 EP2011003517W WO2012007166A1 WO 2012007166 A1 WO2012007166 A1 WO 2012007166A1 EP 2011003517 W EP2011003517 W EP 2011003517W WO 2012007166 A1 WO2012007166 A1 WO 2012007166A1
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Flagsol GmbH
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    • Y02E10/44—Heat exchange systems

Definitions

  • the invention relates to a high-temperature solar thermal device for power plants with the features of the preamble of claim 1.
  • a collector mirror assembly is provided which is striped in plan view and in cross-section flat or trough-shaped, in particular parabolic, and has a focal zone or axis, and which is the sun, in particular about the focal axis rotating, tracked.
  • a collector tube is provided, which is flowed through by a heat transfer fluid and thus dissipates the focused from the collector mirror assembly on the focal zone or axis radiation energy of the sun to make them usable in a power plant process or other high temperature process, currently temperatures up to 550 ° C are expected.
  • a heat transfer fluid which is flowed through by a heat transfer fluid and thus dissipates the focused from the collector mirror assembly on the focal zone or axis radiation energy of the sun to make them usable in a power plant process or other high temperature process, currently temperatures up to 550 ° C are expected.
  • CONFIRMATION COPY Cladding tube provided, which surrounds the collector tube.
  • the cladding tube reducesdaleekonvetations- and heat conduction losses of the collector tube and consists of a solar radiation transmitting material.
  • the cladding tube is tracked with the collector mirror assembly together the sun or not tracked.
  • the cladding tube is assigned a layer which consists of a material which permits a transmission of radiant energy of the sun and reflects black body radiation of the collector tube.
  • the essential elements of the solar collectors are the mirror and the absorber.
  • the mirror reflects the sun's rays and concentrates them on the absorber.
  • the absorber itself is flowed through by a heat transfer medium on which the concentrated heat radiation is transmitted.
  • the tower system 100 to several thousand flat mirrors, upright but adjustable, reflect solar radiation onto an absorber positioned on a high tower.
  • the orientation of the mirrors is automatically tracked to the position of the sun and programmed so that each mirror reflects the radiation at a point onto the absorber. Due to this concentration of radiation, temperatures of over 1000 ° C are generated in the absorber.
  • the Fresnel system consists of rows of flat mirrors side by side flat on the ground and mechanically rotatable mounted on a frame, which reflect the sun's rays on an absorber tube arranged above it. Automatically following the position of the sun, the position of the mirrors is readjusted by slight rotation, so that the sunlight striking the mirror is always reflected on the sun Absorber tube is concentrated to a high percentage concentrated on a line-shaped elongated focal zone or focal line. In the absorber tube water is preheated directly, converted to saturated steam and then to superheated steam, which is then passed directly to the steam turbine.
  • the parabolic trough system consists of steel structures of several meters in length, which have a unilateral cross-section a concave parabolic shape.
  • the parabolic side is equipped with individual mirrors, each of which is slightly curved. Together, they form a large parabolic mirror trough, from which the sun's rays reflect concentrated on the absorber tube arranged in the focus.
  • the absorber tube extends - as in the Fresnel system - over the entire length of the arranged in the north-south direction Parabolaptrinne.
  • the collector is rotatably mounted and adjusted according to the angle of inclination of the sun. The absorber tube always remains in the focus of the parabolic trough.
  • the absorber tube Through the absorber tube flows a heat transfer medium which is conducted via a collecting line to heat exchangers in which the heat of the carrier medium is used to generate steam.
  • the heat transfer medium is continuously circulated through the piping system from the collectors to the heat exchangers and back to the collectors.
  • the collector mirror arrangement which tracks the position of the sun is strip-shaped in plan view, and is flat or trough-shaped in cross-section and has a line-shaped elongated focal zone or axis along which the collector pipe extends.
  • a solar absorber for a comparable solar thermal device can be found in WO 2006/015815 A1, wherein to reduce radiation losses it is intended to provide a cladding tube with a filter layer which reflects or transmits radiation as a function of the wavelength.
  • the present invention seeks to achieve an increase in efficiency for generic high-temperature solar thermal systems for improved use of solar energy in thermal power plants or other high-temperature processes.
  • a high-temperature solar thermal system with the features of claim 1 is proposed. Accordingly, as the layer assigned to the cladding tube, a filter layer is proposed which reduces the radiant power incident into the cladding tube by a smaller amount than is obtained by the refiecting performance of the filter layer on the collector tube.
  • a molded component on the inner or outer surface of the cladding tube or the Cladding tube circumference to install this component serves as the filter layer, or carries the filter layer on at least one of its surfaces.
  • This component then has one of the outer surface to be occupied by the component Hüllrohrober Structure outer or inner surface, which preferably applies close to the Hüllrohrober configuration.
  • the invention achieves, inter alia, that of the black body radiation losses of the collector tube, which may be of the order of 9% and higher, depending on the temperature achieved in the heat transfer fluid conducted through the collector tube, between about 0.5 and 5% can be avoided.
  • a nano-metal layer is understood to consist of a very uniform metal layer, metal alloy layer or metal compound layer with a thickness in the nanometer range.
  • Preferred layer thicknesses are between 0.1 and 10,000 nm, preferably between 1 and 1000 nm and more preferably between 10 and 750 nm.
  • Suitable metals are, in particular, gold, silver, titanium or copper or alloys or compounds of these metals, such as metal oxide.
  • the filter layer is mount on the entire inner or outer circumferential surface of the cladding tube.
  • the filter layer is provided only on the sun-facing side of the cladding tube, while the collector mirror facing side of the cladding tube is assigned no filter layer. Possibilities of such a one-sided arrangement of the filter layer will be described below.
  • the circumferential angle of the cladding tube, on which a filter layer is provided on the sun side can be freely selected within wide limits, in particular as a function of geometrical relationships of the collector mirror, the cladding tube and / or the collector tube or in dependence on the mutual assignment of these components.
  • the circumferential angle provided with the at least one filter layer will be between 10 and 350 °, preferably between 100 and 300 ° and even more preferably between 150 and 210 °.
  • the filter layer in different ways to the cladding tube on its inner or outer side: In a first embodiment, this is done by forming the filter layer directly on the Hüllrohrober Structure by vapor deposition. Among other things, it is possible and familiar to those skilled in the art to use the high vacuum metal evaporation process. In a vapor deposition of a partial circumference on the inside of the cladding tube, the surface part not to be vaporized is covered and thus kept away from the vapor deposition. But it is also possible, the filter layer as a film apply the Hüllrohrober Design or apply to a carrier film and attach the carrier film on the Hüllrohrober Structure. The filter layer may optionally comprise a film.
  • the above-mentioned and the claimed components to be used according to the invention described in the exemplary embodiments are not subject to special conditions of size, shape, material selection and technical design, so that the selection criteria known in the field of application can be used without restriction.
  • Fig. 3 shows a first embodiment of a collector tube arrangement
  • Cross-section a second embodiment of a collector tube assembly in cross section; a third embodiment of a collector tube assembly in cross section; a fourth embodiment of a collector tube assembly in cross section; a fifth embodiment of a collector tube assembly in cross section; an emission and reflection diagram for a filter-coated cladding in an overall view;
  • FIG. 8A shows a first detail view from FIG. 8 and FIG.
  • FIG. 8B is a second detail view of Fig. 8.
  • a collector mirror arrangement 1 has a reflection surface, which is approximately parabolic in cross-section, for solar radiation 2 and can be tracked about a focal axis 3 in the direction of the arrow 4 during the daytime hours.
  • a collector tube 5, whose longitudinal axis forms the focal axis 3, is traversed by a heat transfer fluid 6, so that the trapped radiation energy of the sun is dissipated.
  • the heat transfer fluid 6 may be liquid, gaseous or mixed liquid / gaseous systems, as are known or are still being developed, for example, in liquid form as heat transfer oil or in another manner.
  • a cladding tube 7 surrounds the collector tube 5 at a radial distance.
  • the gap 8 between the collector tube and the cladding tube may be evacuated or filled with a suitable fluid. This is preferably done in such a way thatteriekonvemies- and / or heat conduction losses of the collector tube are minimized.
  • the cladding tube consists of a material transmitting solar radiation, in particular glass, in particular borosilicate glass.
  • FIG. 2 shows the course of radiation within the collector tube arrangement, which, as in the other examples, is only provided on one side with a filter layer 9.
  • FIG. 3 illustrates this process for the example of a cladding tube 7 which is half-covered directly on its inner surface directly with the filter layer.
  • an optical efficiency of about 80% can be achieved, which is composed of the reflection of sunlight through the collector mirror 1 and the transmission of direct incident sunlight through the collector tube 5 and the reflection of the cladding tube.
  • the thermal efficiency is about 70% taking into account the emission.
  • a transmissivity of the filter layer 9 in the order of 40-90% is preferred.
  • the reflectivity of the filter layer 9 is preferably on the order of 90-97%.
  • the reflectivity and transmissivity of the optical filter are functions of the light wavelength ⁇ and the filter wavelength.
  • the transmission of the light is greater than 60% and that for light wavelengths above the filter wavelength (x) the reflection is greater than 90% ,
  • the following properties are achieved: Below 1500 nm, in this range is the largest portion of the solar spectrum, the device achieves a high transmission coefficient. Above 1500 nm, in this range is the emitted black-body radiation, the device achieves a high reflection coefficient.
  • the wavelength of light is smaller than the filter wavelength, a high transmission coefficient is obtained for wavelengths of light of the spectrum 260 to 4000 nm.
  • the filter wavelength When the light wavelength is larger than the filter wavelength, a high reflection coefficient for the black body radiation emitted from the collector tube is achieved in a spectrum of 1500 nm to ⁇ 16000 nm.
  • the optimum filter wavelength is, depending on the fluid temperature, between 1250 and 2500 nm. Thus, for example, at a collector tube temperature of 400 ° C, the optimum is at about 1750 nm.
  • the transmissivity of the cladding tube is particularly high for the radiation focused by the reflector mirror arrangement onto the collector tube. This can be achieved inter alia by the fact that no or not the same filter layer is located on the side of the cladding tube facing the collector mirror, as on the side of the cladding tube facing the sun.
  • the embodiment of Figure 4 shows an additional component 10 on the outside of the cladding tube 7 in the form of a longitudinally divided tubular body whose inner contour corresponds to the outer contour of the cladding tube, wherein the additional component 10 can serve as a whole as a filter layer 9, or the filter layer on its radially inner side or its radial outside.
  • the component 10 according to the embodiment of Figure 5 may be mounted on the inside of the cladding tube 7.
  • the component 10 may be a longitudinally split tubular body whose outer contour corresponds to the inner contour of the cladding tube and which may be constructed and act with regard to the filter layer, as in the exemplary embodiment according to FIG. 4.
  • the component 10 may also divide the intermediate space between the cladding tube and the collector tube into at least one sun-side gap 8A and at least one gap 8B facing the collector mirror, as shown by way of example in FIG.
  • a filter layer 9 is attached to the radially inner side of the component 10.
  • the sun-side gap 8A, the collector mirror assembly 1 facing gap 8B and / or the gap 8 are preferably evacuated to minimize heat loss. However, it may also be expedient to apply one or more or all of the intermediate spaces 8, 8A and / or 8B with a fluid or with different fluids, ie with at least one gas or with at least one fluid.
  • the additional component 10 can preferably consist of glass, for example of a thin glass, a solar glass or a borosilicate glass.
  • the glass can carry the filter layer 9 on one surface or the filter layers on one or both of its surfaces.
  • the additional component 10 or the glass may be formed. According to FIG.
  • the additional component 10 may have the form of a rafter or substantially V-shaped, or that of a polyhedron, ie with multiple edges.
  • a plurality of essentially flat glass surfaces it is also possible for a plurality of essentially flat glass surfaces to be joined together to form a multiply folded overall surface, in each case adhesively bonded or connected.
  • the additional component 10 may comprise one or more legs 10A, which may preferably be adjacent to legs 9A of the filter layer 9, or to legs 9A of the filter layer 9 can adjoin.
  • the gap 8A of the additional component 10 the legs 10A and at least a portion of the shell of the collector tube 5 is limited.
  • a cavity for the heat radiation emitted by the collector tube 5 or by a heat carrier guided in the collector tube 5 is formed.
  • the heat radiation is preferably reflected several times in the cavity formed by the additional component 10 and the collector tube 5 and reabsorbed by the collector tube 5, whereby the heat losses are reduced and the efficiency of the solar thermal device according to the invention is improved.
  • the cavity is in direct sunlight Substantially transparent, whereby the direct sunlight contributes to the heat recovery.
  • the cladding tube 7 is covered with a foil 11 on its surface facing the sun, that is to say essentially half-sidedly. This is in the embodiment on the Hüllrohrau touch Assembly. But it can also be provided on the Hüllrohrinnen configuration.
  • This film 11 may serve as a total filter layer 9 (as shown) or the filter layer on one of its two sides) wear.
  • the filter layer may comprise a film, for example as a carrier medium or as a substrate.
  • FIG. 8 shows an overall illustration of the additional power input through the coating and the reduction of the incident radiation power.
  • the reduction of the power of the incident light is much smaller than the additional power input through the layer or the component on the cladding tube.
  • the area under the dashed curve (reflection power) multiplied by the factor 66% - 90% greater than the difference between the irradiation power and the irradiation power reduced by the filter an increase in the efficiency of the element is realized.
  • the curve "emission power” shows the emission power per m absorber tube and wavelength
  • the curve is dependent on the temperature of the absorber tube and the Absoprtionskostoryen ⁇ (alpha)
  • the reflection coefficient indicates which portion of the radiation
  • the reflection power curve results from the reflection coefficient chosen in the example for a 48% cladding of the cladding tube on the sun-facing side, according to Kirchhoff the actual power input results from the interaction of the layer on the absorber and on the cladding and is about 66% - 90% of the reflection power.
  • the "transmission coefficient” shows the transmissivity of the filter layer as a function of the wavelength ⁇ .
  • the curve “direct irradiation reduced by the filter” shows the irradiation which still strikes the absorber tube after passing through the filter layer.
  • the absorption coefficient shows the absorption and emission behavior of the absorber tube coating as a function of the wavelength of the light.
  • the integrals of the "power curves” describe the overall performance.
  • “AM 1.5" describes the direct solar irradiation per meter of length on the absorber tube would

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Abstract

Hochtemperatur-Solarthermie-Vorrichtung für Kraftwerke und andere Hochtemperaturprozesse, mit einer streifenförmigen, eine linienförmig gestreckte Brennpunktzone oder -achse (3) aufweisenden, dem Sonnenstand nachgeführten, in Querschnitt ebenen oder rinnenförmigen Kollektorspiegelanordnung (1), mit einem fluiddurchströmten, die von der Kollektorspiegelanordnung (1) auf eine Brennpunktzone oder -achse (3) fokussierte, Strahlungsenergie der Sonne abführenden Kollektorrohr (5) und mit einem das Kollektorrohr (5) umgebenden, Wärmekonvektions- und Wärmeleitungsverluste des Kollektorrohres (5) vermindernden, mit der Kollektorspiegelanordnung (1) gemeinsam dem Sonnenstand nachgeführten oder nicht nachgeführten Hüllrohr (7) aus Sonnenstrahlung (2) durchlassendem Material und mit einer dem Hüllrohr (7) zugeordneten Schicht aus einem eine Transmission von Strahlungsenergie der Sonne gestattenden und Schwarzkörperstrahlung des Kollektorrohres (5) reflektierenden Material, bei der die dem Hüllrohr (7) zugeordnete Schicht eine Filterschicht (9) ist, die die in das Hüllrohr (7) einfallende Strahlungsleistung der Sonne um einen geringeren Betrag reduziert als durch die Reflektionsleistung der Filterschicht (9) am Kollektorrohr (5) gewonnen wird. Die Eigenschaften der dem Hüllrohr zugeordneten Schicht können sich abhängig von der sonnenzugewandten, oder kollektorzugewandten Seite unterscheiden, um den höchsten Systemwirkungsgrad zu erreichen.

Description

Hochtemperatur-Solarthermie-Vorrichtung für Kraftwerke
GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine Hochtemperatur-Solarthermie-Vorrichtung für Kraftwerke mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Demnach ist eine Kollektorspiegelanordnung vorgesehen, die in Draufsicht streifenenförmig und im Querschnitt eben oder rinnenförmig, insbesondere parabelförmig, gestaltet ist und eine Brennpunktzone oder -achse aufweist, und die dem Sonnenstand, insbesondere um die Brennpunktachse drehend, nachgeführt wird. Ferner ist ein Kollektorrohr vorgesehen, das von einem Wärmeträgerfluid durchströmt wird und das so die von der Kollektorspiegelanordnung auf die Brennpunktzone oder -achse fokussierte Strahlungsenergie der Sonne abführt, um sie in einem Kraftwerksprozess oder einem anderen Hochtemperaturprozess nutzbar zu machen, wobei derzeit Temperaturen bis zu 550°C erwartet werden. Ferner ist ein
BESTÄTIGUNGSKOPIE Hüllrohr vorgesehen, das das Kollektorrohr umgibt. Das Hüllrohr vermindert Wärmekonvektions- und Wärmeleitungsverluste des Kollektorrohres und besteht aus einem Sonnenstrahlung durchlassenden Material. Das Hüllrohr wird mit der Kollektorspiegelanordnung gemeinsam dem Sonnenstand nachgeführt oder nicht nachgeführt. Schließlich ist dem Hüllrohr eine Schicht zugeordnet, die aus einem eine Transmission von Strahlungsenergie der Sonne gestattenden und Schwarzkörperstrahlung des Kollektorrohres reflektierenden Material besteht.
TECHNOLOGISCHER HINTERGRUND
Die wesentlichen Elemente der Solarkollektoren sind der Spiegel und der Absorber. Der Spiegel reflektiert die Sonnenstrahlen und konzentriert sie auf den Absorber. Der Absorber selber, wird mit einem Wärmeträger durchströmt auf welchen die konzentrierte Wärmestrahlung übertragen wird.
Kommerziell haben sich drei unterschiedliche Kollektor-Systeme mit unterschiedlichen Spiegeln und unterschiedlichen Absorbern etabliert, wie das Turm-System, das Fresnel- System und das Parabolrinnen-System. Beim Turm System reflektieren 100 bis mehrere tausend Flachspiegel, aufrecht aufgestellt aber verstellbar, die Sonnenstrahlung auf einen Absorber, der auf einem hohen Turm positioniert Ist. Die Ausrichtung der Spiegel wird dem Sonnenstand automatisch nachgeführt und ist so programmiert, dass jeder Spiegel die Strahlung punktmäßig auf den Absorber reflektiert. Durch diese Konzentration der Strahlung werden Temperaturen von über 1000 °C im Absorber erzeugt.
Das Fresnel System besteht aus Reihen von Flachspiegeln nebeneinander flach am Boden und mechanisch verdrehbar auf einem Gestell angeordnet, die die Sonnenstrahlen auf ein darüber angeordnetes Absorberrohr reflektieren. Automatisch dem Sonnenstand folgend wird die Stellung der Spiegel durch leichte Verdrehung nachgestellt sodass stets die auf den Spiegel treffende Sonnenstrahlung auf das Absorberrohr zu einem hohen Prozentsatz konzentriert auf eine linienfömnig gestreckte Brennpunktzone oder Brennpunktlinie reflektiert wird. Im Absorberrohr wird Wasser direkt vorgewärmt, zu Sattdampf und weiter zu überhitztem Dampf umgewandelt, der dann direkt zur Dampfturbine geleitet wird.
Das Parabolrinnen-System besteht aus Stahlkonstruktionen von mehreren Metern Länge, die im Querschnitt einseitig eine konkave parabolische Form haben. Die parabolisch gestaltete Seite ist mit Einzelspiegeln bestückt, von denen jedes Stück leicht gekrümmt ist. Zusammen bilden sie eine große Parabolspiegelrinne, von der die Sonnenstrahlen konzentriert auf das im Fokus angeordnete Absorberrohr reflektiert. Das Absorberrohr erstreckt sich - wie beim Fresnel-System - über die gesamte Länge der in Nord-Süd-Richtung angeordneten Parabolspiegelrinne. Der Kollektor ist drehbar gelagert und wird dem Neigungswinkel der Sonne folgend verstellt. Dabei bleibt das Absorberrohr stets im Fokus der Parabolspiegelrinne. Durch das Absorberrohr fließt ein Wärmeträger der über eine Sammelleitung zu Wärmetauschern geleitet wird, in denen die Wärme des Trägermediums zur Dampferzeugung eingesetzt wird. Mittels Umwälzpumpen wird das Wärmeträgermedium kontinuierlich über das Rohrleitungssystem von den Kollektoren zu den Wärmetauschern und zurück zu den Kollektoren zirkuliert.
Sowohl bei dem Parabolrinnen-System als auch bei dem Fresnel System ist also die dem Sonnenstand nachgeführte Kollektorspiegelanordnung streifenförmig in der Draufsicht, und ist im Querschnitt eben oder rinnenförmig und weist eine linienförmig gestreckte Brennpunktzone oder -achse auf, entlang der sich das Kollektorrohr erstreckt.
Hochtemperatur-Solarthermie-Vorrichtungen sind unter anderem in der US-3, 987,780 und der dort angegebenen Hintergrundliteratur bekannt. Diese am 26. Oktober 1976 veröffentlichte und am 3. März 1975 unter der Anmeldenummer 554,370 beim US Patentamt angemeldete Schrift wird durch Bezugnahme zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gemacht. Diese Druckschrift schlägt eine Innenbeschichtung des Hüllrohres aus Cadmium-Stannat vor das in einem elektrisch leitenden Zustand von mehr als 103Ohm"1cm"1 für Sonnenstrahlung transparent wird und thermische Infrarotstrahlung reflektiert. Die Beschichtung mit Cadmium-Stannat in gleichmäßiger Schichtstärke ist schwierig und führt nur bei ausreichender elektrischer Leitfähigkeit sowie geeigneten Reflektionsgeometrien zu einer verbesserten Gewinnung der Sonnenstrahlungsenergie, weshalb diese bereits vor Jahrzehnten vorgeschlagene Lösung keine nennenswerte praktische Anwendung findet.
Ein Solarabsorber für eine vergleichbare Solarthermie-Vorrichtung kann der WO 2006/015815 A1 entnommen werden, wobei zur Reduzierung von Abstrahlverlusten vorgesehen ist, ein Hüllrohr mit einer Filterschicht zu versehen, die Strahlung wellenlängenabhängig reflektiert bzw. transmittiert.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, für gattungsgemäße Hochtemperatur-Solarthermie-Anlagen zur verbesserten Nutzung der Sonnenenergie in Wärmekraftwerken oder bei anderen Hochtemperaturprozessen eine Wirkungsgraderhöhung zu erreichen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Hochtemperatur-Solarthermie-Anlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Demnach wird als die dem Hüllrohr zugeordnete Schicht eine Filterschicht vorgeschlagen, die die in das Hüllrohr einfallende Strahlungsleistung um einen geringeren Betrag reduziert als durch die Refiektionsleistung der Filterschicht am Kollektorrohr gewonnen wird. Die Erfindung hat erkannt, dass nicht allein der Reflektionsgrad des reflektierenden Materials der dem Hüllrohr zugeordneten Schicht zu einem höheren Systemwirkungsgrad führt, sondern dass auch die Transmissionsverluste und die Refiektionsleistung dieser dem Hüllrohr zugeordneten Schicht Unterschiede zwischen der sonnenzugewandten Seite und der dem Kollektor-Spiegel zugewandten Seite des Hüllrohres aufweisen sollte um den Systemwirkungsgrad zu erhöhen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, ein geformtes Bauteil an der inneren oder äußeren Oberfläche des Hüllrohres bzw. des Hüllrohrumfanges anzubringen, wobei dieses Bauteil als die Filterschicht dient, oder die Filterschicht auf zumindest einer seiner Oberflächen trägt. Dieses Bauteil hat dann eine der mit dem Bauteil zu belegenden Hüllrohroberfläche entsprechend geformte Außen- oder Innenfläche, die sich vorzugsweise eng an die Hüllrohroberfläche anlegt.
Durch die Erfindung wird unter anderem erreicht, dass von den Schwarzkörperstrahlungsverlusten des Kollektorrohres, die in der Größenordnung von 9% und höher liegen können, je nach der Temperatur, die in dem durch das Kollektor-Rohr geleitete Wärmeübertragungsfluid erzielt wird, zwischen etwa 0,5 und 5% vermieden werden können.
Es ist nun auf verschiedene Weise möglich, die Erfindung auszuführen: Es ist möglich, die Filterschicht auf der radialen Außenseite oder auf der radialen Innenseite des Hüllrohres anzuordnen. Wenn die Filterschicht aus einer Nano- Metall-Schicht besteht, ergibt sich eine außerordentlich gleichmäßige und gezielt einstellbare Halbverspiegelung des Hüllrohres. Dabei wird unter einer Nano-Metall- Schicht im Sinne der Erfindung verstanden, dass diese aus einer sehr gleichmäßigen Metallschicht, Metalllegierungschicht oder Metallverbindungsschicht mit einer Dicke im Nanometerbereich besteht. Bevorzugte Schichtdicken liegen zwischen 0, 1 und 10000 nm, vorzugsweise zwischen 1 und 1000 nm und besonders bevorzugt zwischen 10 und 750 nm Als Metalle kommen insbesondere Gold, Silber, Titan oder Kupfer oder Legierungen oder Verbindungen dieser Metalle, wie Metalloxid, in Betracht. Der Schichtauftrag erfolgt besonders bevorzugt durch Bedampfen. Es ist auch möglich, als mit einer Filterschicht versehenes Hüllrohr ein Hüllrohr aus Wärmedämmglas direkt oder in modifizierter Form zu verwenden, wie es inzwischen beim Hausbau und/oder im Automobilbereich für Fenster Einsatz findet. Insbesondere wenn das Hüllrohr aus Glas besteht, werden durch die Filterschicht hervorragende Reflektionswerte erzielt, wie z.B. eine Reflektion <94% bei λ=4000 nm und eine Reflektion von <96% bei λ=7000 nm. Diese Beschichtungsmaßnahmen sind hinsichtlich des Systemwirkungsgrades deutlich wirkungsvoller, als wenn eine Beschichtung der Oberfläche des Kollektor- Rohres vorgenommen wird, wie sie z.B. aus der DE 10 2004 038 233 A1 bekannt ist. Es kann allerdings auch vorteilhaft sein, Oberflächenbeschichtungsmaßnahmen am Kollektor-Rohr mit der Anwendung einer Filterschicht, die dem Hüllrohr zugeordnet ist, zu kombinieren.
Es ist möglich, die Filterschicht auf der gesamten inneren oder äußeren Umfangsfläche des Hüllrohres anzubringen. Es hat sich aber als besonders vorteilhaft herausgestellt, unterschiedliche Filtereigenschaften des Hüllrohres auf seiner der Sonne zugewandten und seiner dem Kollektor-Spiegel zugewandten Seite vorzusehen. Im einfachsten Fall ist die Filterschicht lediglich auf der der Sonne zugewandten Seite des Hüllrohres vorgesehen, während der dem Kollektor- Spiegel zugewandte Seite des Hüllrohres keine Filterschicht zugeordnet ist. Möglichkeiten einer solchen einseitigen Anordnung der Filterschicht werden weiter unten beschrieben. Der Umfangswinkel des Hüllrohres, auf den eine Filterschicht sonnenseitig vorgesehen ist, kann in weiten Grenzen frei gewählt werden, insbesondere in Abhängigkeit von geometrischen Verhältnissen des Kollektor- Spiegels, des Hüllrohres und/oder des Kollektor-Rohres bzw. in Abhängigkeit von der gegenseitigen Zuordnung dieser Bauteile. In der Regel wird der mit der mindestens einen Filterschicht versehene Umfangswinkel zwischen 10 und 350°, vorzugsweise zwischen 100 und 300° und noch weiter bevorzug zwischen 150 und 210° liegen.
Es ist nun möglich, die Filterschicht auf verschiedene Weise dem Hüllrohr auf seiner Innen- oder Außenseite zuzuordnen: Bei einer ersten Ausführungsform geschieht dies durch eine Ausbildung der Filterschicht unmittelbar auf der Hüllrohroberfläche durch Aufdampfen. Unter anderem ist es möglich und dem Fachmann geläufig, das Hochvakuum-Metallbedampfungsverfahren anzuwenden. Bei einer Bedampfung eines Teilumfangs auf der Innenseite des Hüllrohres wird der nicht zu bedampfende Oberflächenteil abgedeckt und somit von der Bedampfung ferngehalten. Es ist aber auch möglich, die Filterschicht als Folie auf der Hüllrohroberfläche aufzubringen oder auf eine Trägerfolie aufzubringen und die Trägerfolie auf der Hüllrohroberfläche anzubringen. Die Filterschicht kann wahlweise eine Folie umfassen. Die vorgenannten sowie die beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und der zugehörigen Zeichnung, in der - beispielhaft - ein Ausführungsbeispiel einer Hochtemperatur-Solarthermie-Vorrichtung für Kraftwerke dargestellt ist. Auch einzelne Merkmale der Ansprüche oder der Ausführungsformen können mit anderen Merkmalen anderer Ansprüche und Ausführungsformen kombiniert werden.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
In der Zeichnung zeigen
Solarthermie-Kollektoranordnung im Querschnitt schematischer Darstellung;
Fig. 2 von der Solarthermie-Kollektoranordnung nach Figur 1 die
Kollektorrohranordnung in Seitenansicht perspektivisch als Prinzipdarstellung;
Fig. 3 eine erste Ausführungsform einer Kollektorrohranordnung im
Querschnitt; eine zweite Ausführungsform einer Kollektorrohranordnung im Querschnitt; eine dritte Ausführungsform einer Kollektorrohranordnung im Querschnitt; eine vierte Ausführungsform einer Kollektorrohranordnung im Querschnitt; eine fünfte Ausführungsform einer Kollektorrohranordnung im Querschnitt; ein Emissions- und Reflektionsdiagramm für ein filterbeschichtetes Hüllrohr in Gesamtdarstellung;
Fig. 8A eine erste Detaildarstellung aus Fig. 8 sowie
Fig.8B eine zweite Detaildarstellung aus Fig. 8.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Aus den Figuren 1 und 2 ist ersichtlich, dass eine Kollektorspiegelanordnung 1 eine im Querschnitt etwa parabelförmige Reflektionsfläche für Sonnenstrahlung 2 aufweist und um eine Brennpunktachse 3 in Richtung des Pfeils 4 während der Tagstunden nachführbar ist. Ein Kollektorrohr 5, dessen Längsachse die Brennpunktachse 3 bildet, wird von einem Wärmeträgerfluid 6 durchströmt, so dass die eingefangene Strahlungsenergie der Sonne abgeführt wird. Bei dem Wärmeträgerfluid 6 kann es sich grundsätzlich um flüssige, gasförmige oder gemischt flüssig/gasförmige Systeme handeln, wie sie z.B. in flüssiger Form als Wärmeträgeröl oder in anderer Weise bekannt sind oder noch entwickelt werden. Die Nutzung des Wärmeträgerfluids für einen Hochtemperaturprozess, wie für den Betrieb der Dampfturbine eines Kraftwerkes, ist nicht dargestellt, da grundsätzlich bekannt. Ein Hüllrohr 7 umgibt das Kollektorrohr 5 mit radialem Abstand. Der Zwischenraum 8 zwischen dem Kollektorrohr und dem Hüllrohr kann evakuiert oder mit einem geeigneten Fluid gefüllt sein. Dies geschieht bevorzugt in solcher Weise, dass Wärmekonvektions- und/oder Wärmeleitungsverluste des Kollektorrohres minimiert werden.
Mit der Nachführung des Kollektorspiegels ist auch eine Nachführung der Kollektorrohranordnung bestehend aus Kollektorrohr und Hüllrohr verbunden, so dass vorzugsweise stets dieselben Flächenelemente des Hüllrohres der Sonne bzw. dem Kollektorspiegel zugewandt sind. Das Hüllrohr besteht aus einem Sonnenstrahlung durchlassenden Material, insbesondere Glas, insbesondere Borsilikatglas.
Nach den Figuren 1 und 2 ist die der Sonne zugewandte Fläche des Hüllrohres 7 mit einer Filterschicht 9 belegt, die direkt einfallende Sonnenstrahlung 2 in einem gewissen Umfang durchlässt, so dass sie am Kollektorrohr 5 unmittelbar wirksam wird. Auf der der Sonne abgewandten Seite der Filterschicht 9 reflektiert die Filterschicht die vom Kollektorrohr 5 emittierte Schwarzkörperstrahlung auf das Kollektorrohr 5 zurück. Die Wärmeverlustleistung des Kollektorrohres 5 wird somit reduziert. Dieser Effekt wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen noch näher erläutert. Figur 2 zeigt den Strahlungsverlauf innerhalb der Kollektorrohranordnung, die, wie in den anderen Beispielen auch, nur halbseitig mit einer Filterschicht 9 versehen ist. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass bis zu 95% und mehr der vom Kollektorrohr 5 emittierten Schwarzkörperstrahlung, die auf die Filterschicht 9 trifft, wieder auf das Kollektorrohr 5 zurückgeworfen wird. Figur 3 veranschaulicht diesen Vorgang für das Bespiel eines auf seiner inneren Oberfläche halbseitig direkt mit der Filterschicht belegten Hüllrohres 7.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Figuren 1 bis 3 kann ein optischer Wirkungsgrad von etwa 80% erzielt werden, der sich aus der Reflektion des Sonnenlichtes durch den Kollektorspiegel 1 und die Transmission des direkt einfallenden Sonnenlichtes durch das Kollektorrohr 5 sowie die Reflektion des Hüllrohres zusammensetzt. Der thermische Wirkungsgrad liegt unter Berücksichtigung der Emission bei etwa 70%. In der Regel wird eine Transmissivität der Filterschicht 9 in einer Größenordnung von 40-90% bevorzugt. Die Reflexivität der Filterschicht 9 liegt vorzugsweise in einer Größenordnung von 90-97%. Die Reflexivität und Transmissivität des optischen Filters sind Funktionen der Lichtwellenlänge λ und der Filterwellenlänge. Für die optischen Eigenschaften des Filters gilt allgemein, dass unterhalb der Filterwellenlänge x, d.h. für λ = 0 bis x nm, die Transmission der Lichtes größer als 60% ist und dass für Lichtwellenlängen oberhalb der Filterwellenlänge (x) die Reflexion größer als 90% ist. Zum Beispiel werden bei einer Filterwellenlänge von x = 1500 nm folgende Eigenschaften erzielt: Unterhalb von 1500 nm, in diesem Bereich liegt der größte Anteil des solaren Spektrums, erzielt die Vorrichtung einen hohen Transmissionskoeffizienten. Oberhalb von 1500 nm, in diesem Bereich liegt die emittierte Schwarz-Körper-Strahlung, erzielt die Vorrichtung einen hohen Reflexionskoeffizienten. Wenn die Lichtwellenlänge kleiner als die Filterwellenlänge ist, wird ein hoher Transmissionskoeffizient für Lichtwellenlängen des Spektrums 260 bis 4000 nm erzielt. Wenn die Lichtwellenlänge größer als die Filterwellenlänge ist, wird ein hoher Reflektionskoeffizient für die vom Kollektorrohr emittierte Schwarzkörperstrahlung in einem Spektrum von 1500 nm bis <16000 nm erreicht. Die optimale Filterwellenlänge liegt, abhängig von der Fluidtemperatur, zwischen 1250 und 2500 nm. So wird z.B. Bei einer Kollektorrohrtemperatur von 400°C stellt sich das Optimum bei etwa 1750 nm ein. Auf der dem Kollektor zugewandten Seite kann die Energieeinstrahlung auf das Kollektorrohr über 75 Mal so hoch sein wie auf der der Sonne zugewandten Seite, so dass sich hier an sich bekannte selektive Beschichtungen des Kollektorrohres lohnen. Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Transmissivität des Hüllrohres für die von Reflektorspiegelanordnung auf das Kollektorrohr fokussierte Strahlung besonders hoch ist. Dies kann unter anderem dadurch erreicht werden, dass sich an der dem Kollektorspiegel zugewandten Seite des Hüllrohres keine oder nicht die gleiche Filterschicht befindet, wie auf der der Sonne zugewandten Seite des Hüllrohres.
Das Ausführungsbeispiel nach Figur 4 zeigt ein zusätzliches Bauteil 10 auf der Außenseite des Hüllrohres 7 in Form eines längsgeteilten Rohrkörpers, dessen Innenkontur der Außenkontur des Hüllrohres entspricht, wobei das zusätzliche Bauteil 10 als Ganzes als Filterschicht 9 dienen kann, oder die Filterschicht auf seiner radialen Innenseite oder seiner radialen Außenseite trägt. Alternativ dazu kann das Bauteil 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Figur 5 auf der Innenseite des Hüllrohres 7 angebracht sein. Auch hier kann es sich bei dem Bauteil 10 um einen längsgeteilten Rohrkörper handeln, dessen Außenkontur der Innenkontur des Hüllrohres entspricht und der hinsichtlich der Filterschicht aufgebaut sein und wirken kann, wie im Ausführungsbeispiel nach Figur 4.
Das Bauteil 10 kann den Zwischenraum zwischen dem Hüllrohr und dem Kollektorrohr auch in zumindest einen sonnenseitigen Zwischenraum 8A und zumindest einen dem Kollektorspiegel zugewandten Zwischenraum 8B unterteilen, wie beispielhaft in Figur 6 dargestellt. Bei allen drei Ausführungsbeispielen der Figuren 4 bis 6 ist eine Filterschicht 9 an der radialen Innenseite des Bauteiles 10 angebracht.
Der sonnenseitige Zwischenraum 8A, der der Kollektorspiegelanordnung 1 zugewandte Zwischenraum 8B und/oder der Zwischenraum 8 sind bevorzugt evakuiert, um Wärmeverluste zu minimieren. Es kann jedoch auch zweckmäßig sein, einen oder mehrere oder sämtliche der Zwischenräume 8, 8A und/oder 8B mit einem Fluid oder mit unterschiedlichen Fluiden zu beaufschlagen, d. h. etwa mit mindestens einem Gas oder mit mindestens einer Flüssigkeit. Das zusätzliche Bauteil 10 kann bevorzugt aus Glas bestehen, beispielsweise aus einem Dünnglas, einem Solarglas oder einem Borsilikatglas. Das Glas kann dabei die Filterschicht 9 auf einer Oberfläche oder die Filterschichten auf einer oder beiden seiner Oberflächen tragen. Wahlweise kann das zusätzliche Bauteil 10 respektive das Glas geformt sein. Gemäß Fig. 6 ist eine im Wesentlichen (halb-) zylindrische Form respektive eine Form mit einem im Wesentlichen (halb-)runden Querschnitt vorgesehen. Es können aber auch andere Formen vorgesehen sein. So kann der Querschnitt des zusätzlichen Bauteils 10 die Form eines Sparrens oder im Wesentlichen V-förmig, oder die eines Polyeders, d. h. mit mehreren Kanten, aufweisen. Es können zum Bilden des zusätzlichen Bauteils 10 auch mehrere im Wesentlichen flache Glasflächen zu einer mehrfach geknickten Gesamtfläche zusammengefügt respektive verklebt oder verbunden sein. Im dem Abschnitt oder Bereich des zusätzlichen Bauteils 10, der an den der Kollektorspiegelanordnung 1 zugewandten Zwischenraum 8B grenzt, kann das zusätzliche Bauteil 10 einen oder mehrere Schenkel 10A umfassen, welche bevorzugt zu Schenkeln 9A der Filterschicht 9 benachbart sein können oder an Schenkel 9A der Filterschicht 9 angrenzen können. Bei dieser Ausgestaltung wird der Zwischenraum 8A von dem zusätzlichen Bauteil 10, den Schenkeln 10A und zumindest einem Abschnitt des Mantels des Kollektorrohres 5 begrenzt.
Indem zumindest ein sonnenseitiger Zwischenraum 8A gebildet wird, welcher durch das zusätzliche Bauteil 10 und durch zumindest einen Abschnitt des Mantels des Kollektorrohres 5 begrenzt wird, wird eine Kavität für die vom Kollektorrohr 5 respektive von einem in dem Kollektorrohr 5 geführten Wärmeträger emittierte Wärmestrahlung gebildet. Die Wärmestrahlung wird in der von dem zusätzlichen Bauteil 10 und dem Kollektorrohr 5 gebildeten Kavität bevorzugt mehrfach reflektiert und von dem Kollektorrohr 5 reabsorbiert, wodurch die Wärmeverluste reduziert und der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Solarthermie-Vorrichtung verbessert werden. Gleichzeitig ist die Kavität für die direkte Sonneneinstrahlung im Wesentlichen transparent, wodurch die direkte Sonneneinstrahlung einen Beitrag zur Wärmegewinnung beiträgt.
Bei der Ausführungsform nach Figur 7 ist das Hüllrohr 7 auf seiner der Sonne zugewandten Fläche, also im Wesentlichen halbseitig, mit einer Folie 11 belegt. Diese befindet sich bei dem Ausführungsbeispiel auf der Hüllrohraußenfläche. Sie kann aber auch an der Hüllrohrinnenfläche vorgesehen sein. Diese Folie 11 kann insgesamt als Filterschicht 9 dienen (wie dargestellt) oder die Filterschicht auf einer ihrer beiden Seiten) tragen. Alternativ kann die Filterschicht eine Folie - etwa als Trägermedium oder als Substrat - umfassen.
Die in Figuren 8, 8A und 8B dargestellten Spektren beziehen sich auf das Ausführungsbeispiel nach Figur 6 und werden nachfolgend erläutert: Figur 8 zeigt eine Gesamtdarstellung für den zusätzlichen Leistungseintrag durch die Beschichtung und die Reduktion der einfallenden Strahlungsleistung. Die Reduktion der Leistung des einfallenden Lichtes ist wesentlich kleiner als der zusätzliche Leistungseintrag durch die Schicht oder das Bauteil am Hüllrohr. Oder mit anderen Worten: Ist die Fläche unter der gestrichelten Kurve (Reflexionsleistung) multipliziert mit dem Faktor 66% - 90% größer als die Differenz zwischen der Einstrahlungsleistung und der durch den Filter reduzierten EinStrahlungsleistung, so wird eine Wirkungsgradsteigerung des Elementes realisiert.
Figur 8A zeigt eine Detaildarstellung aus Figur 8. Die Kurve„Emissionsleistung" zeigt die Emissionsleistung pro m Absorberrohr und Wellenlänge. Die Kurve ist abhängig von der Temperatur des Absorberrohres und vom Absoprtionskoeffizienten α (alpha). Der Reflexionskoeffizient gibt an, welcher Anteil der Strahlung durch die Schicht auf auf dem Hüllrohrs in welchem Wellenlängenbereich zurückgeworfen wird. Die Kurve Reflexionsleistung ergibt sich aus dem im Beispiel gewählten Reflexionskoeffizienten bei einer 48%-igen Ummantelung des Hüllrohres auf der Sonnenzugewandten Seite. Der tatsächliche Leistungseintrag ergibt sich nach Kirchhoff durch die Wechselwirkung der Schicht auf dem Absorber- und auf dem Hüllrohr und liegt bei ungefähr 66% - 90% der Reflexionsleistung.
Figur 8B zeigt eine zweite Detaildarstellung aus Figur 8. Der „Transmissionskoeffizient" zeigt die Transmissivität der Filterschicht abhängig von der Wellenlänge λ. Die Kurve„Durch Filter reduzierte direkte Einstrahlung" zeigt die Einstrahlung die nach passieren der Filterschicht noch auf das Absorberrohr trifft. Der Absorptionskoeffizient zeigt das Absoprtions- und Emissions verhalten der Absorberrohrbeschichtung abhängig von der Lichtwellenlänge α Allgemein gilt: die Integrale der „Leistungskurven" beschreiben die Gesamtleistung. In allen drei Darstellungen beschreibt„AM 1.5" die direkte solare Einstrahlung die pro m Länge auf das Absorberrohr treffen würde
Durch die vorgeschriebene Erfindung kann eine signifikante Wirkungsgradsteigerung der Kollektoranordnung erzielt werden, diese kann zwischen 0,5 und 3% und bei höheren Temperaturen auch noch darüber liegen. Damit wird bei gleicher Solarfeldgröße also eine Leistungssteigerung des nachgeschalteten Kraftwerks ermöglicht oder die Solarfeldgröße kann bei gleicher Kraftwerksleistung verkleinert werden, so dass die Stromentstehungs-, Bau- und Unterhaltungskosten sinken.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Kollektorspiegelanordnung
2 Sonnenstrahlung
3 Brennpunktachse
4 Nachführung
5 Kollektor-Rohr
6 Wärmeträgerfluid
7 Hüllrohr
8 Zwischenraum
8A Zwischenraum
8B Zwischenraum
9 Filterschicht
10 Bauteil
1 1 Folie

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Hochtemperatur-Solarthermie-Vorrichtung für Kraftwerke und andere Hochtemperaturprozesse mit einer streifenförmigen, eine linienförmig gestreckte Brennpunktzone oder -achse (3) aufweisenden, dem Sonnenstand nachgeführte, in Querschnitt ebenen oder rinnenförmigen Kollektorspiegelanordnung (1), mit einem fluiddurchströmten, die von der Kollektorspiegelanordnung (1) auf die Brennpunktzone oder -achse (3) fokussierte, Strahlungsenergie der Sonne abführenden Kollektorrohr (5) und mit einem das Kollektorrohr (5) umgebenden, wärmekonvektions- und Wärmeleitungsverluste des Kollektorrohres (5) vermindernden, mit der
Kollektorspiegelanordnung (1) gemeinsam dem Sonnenstand nachgeführten oder nicht nachgeführten Hüllrohr (7) aus Sonnenstrahlung (2) transmittierenden Material, mit einer dem Hüllrohr (7) zugeordneten Schicht aus einem eine
Transmission von Strahlungsenergie der Sonne gestattenden und Schwarzkörperstrahlung des Kollektorrohres (5) reflektierenden Material, wobei, die dem Hüllrohr (7) zugeordnete Schicht eine Filterschicht (9) ist, die die in das Hüllrohr (7) einfallende Strahlungsleistung der Sonne um einen geringeren Betrag reduziert als durch die Reflektionsleistung der Filterschicht (9) am Kollektorrohr (5) gewonnen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Hüllrohr (7) zugeordnete Schicht aus einem zusätzlichen Bauteil (10) besteht oder dass ein zusätzliches Bauteil (10) diese Schicht auf einer seiner Oberflächen trägt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Bauteil (10) einen Zwischenraum (8) zwischen dem Hüllrohr (7) und dem Kollektorrohr (5) in zumindest einen sonnenseitigen Zwischenraum (8A) und zumindest einen der Kollektorspiegelanordnung (1) zugewandten Zwischenraum (8B) unterteilt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum (8), der sonnenseitige Zwischenraum (8A) und/oder der der Kollektorspiegelanordnung (1) zugewandte Zwischenraum (8B) evakuiert oder mit einem Fluid gefüllt oder befüllbar oder durchströmbar ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterschicht (9) aus einer Nano-Metall-Schicht, insbesondere aus Gold, Silber, Titan, Kupfer oder einer Metalllegierung oder -Verbindung, z. B. Oxid, besteht.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Filterschicht 0,1 bis 10000 nm, vorzugsweise 1 bis 1000 nm und besonders bevorzugt 10 bis 750 nm beträgt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Hüllrohr (7) zugeordnete Schicht auf der der Sonne zugewandten Seite des Hüllrohres (7) vorgesehen ist, oder dass die Grenzwellenlänge der Schicht auf der der Sonne zugewandten Seite des Hüllrohres (7) sich von der Grenzwellenlänge der auf der Sonne abgewandten Seite des Hüllrohres (7) vorgesehenen Schicht unterscheidet. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Hüllrohr zugeordnete Schicht eine Filterwellenlänge zwischen 1250 und 2500, bei 400-500°C vorzugsweise 1500 bis 1750, nm aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Hüllrohr zugeordnete Schicht eine Folie (11) umfasst oder eine Folie diese Schicht auf einer ihrer Oberflächen trägt.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9423155B2 (en) * 2013-09-30 2016-08-23 Do Sun Im Solar energy collector and system for using same

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3987780A (en) 1975-03-03 1976-10-26 American Cyanamid Company Greenhouse window for solar heat absorbing systems derived from Cd2 SnO4
WO2006015815A1 (de) 2004-08-05 2006-02-16 Schott Ag Solarabsorber
EP2093518A1 (de) * 2008-02-21 2009-08-26 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Solarkollektor
WO2009144700A1 (en) * 2008-04-16 2009-12-03 Rdc - Rafael Development Corporation Ltd. Solar energy system

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6632542B1 (en) * 2000-05-11 2003-10-14 Sandia Corporation Solar selective absorption coatings

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3987780A (en) 1975-03-03 1976-10-26 American Cyanamid Company Greenhouse window for solar heat absorbing systems derived from Cd2 SnO4
WO2006015815A1 (de) 2004-08-05 2006-02-16 Schott Ag Solarabsorber
DE102004038233A1 (de) 2004-08-05 2006-03-16 Schott Ag Solarabsorber
EP2093518A1 (de) * 2008-02-21 2009-08-26 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Solarkollektor
WO2009144700A1 (en) * 2008-04-16 2009-12-03 Rdc - Rafael Development Corporation Ltd. Solar energy system

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