Solarthermie

Unter dem Begriff „Solarthermie“ versteht man die Umwandlung der Sonnenenergie in Wärme Hauptsächlich werden dazu Solarkollektoren verwendet, die in zwei verschiedenen Bauformen, als Flachkollektoren und als Vakuumröhrenkollektoren, im Handel erhältlich sind.

Die Dr. Laure Plasmatechnologie GmbH beschäftigt sich seit Jahren mit der Effizienzsteigerung von Vakuumröhrenkollektoren. Dazu werden zwei Konzepte verfolgt:

  • Das Aufbringen von Antireflexschichten zur Reduzierung von Reflexionsverlusten
  • Die Verbesserung des Korrosionsschutzes der Spiegelbleche

IBA – Innenbeschichtungsanlage für Solarröhren

Die Innenbeschichtungsanlage dient zur Aufbringung einer Antireflexschicht auf der Innenseite von Vakuumkollektorröhren für die solare Warmwasser-Erzeugung. Durch die Beschichtung wird die Reflexion des Sonnenlichts auf der Glasoberfläche reduziert (ähnlich wie bei den gängigen „Entspiegelungen“ bei Brillengläsern und optischen Instrumenten) und damit der Wirkungsgrad der Sonnenkollektoren erhöht.

Funktionsprinzip der Innenbeschichtungsanlage IBA:
Nach Einlegen der Röhre und Drücken des Start-Knopfes wird die Röhre mit einem pneumatisch arbeitenden Kupplungsstutzen kontaktiert. Zwei aufblasbare Dichtungen dichten das Rohr gegen die Umgebungsluft ab. Nach dem Abpumpen der Luft aus der Röhre wird Sauerstoff und der Siliziumalkohol Hexamethyldisiloxan (HMDSO, chemische Summenformel: C6H18OSi2) zugeführt und anschließend mittels eines Hochfrequenz-Generators im Inneren des Glasrohrs ein Plasma gezündet (s. Bild 1, rechts). Dadurch reagiert das HMDSO/Sauerstoff-Gemisch ab und es entsteht auf der Rohrinnenseite eine Siliziumdioxidschicht. Die IBA verbraucht ausschließlich Sauerstoff und HMDSO. Als Abfallstoffe entstehen geringe Mengen an Kohlenwasser¬stoffverbindungen und CO2.
Die IBA verfügt über eine integrierte Beschriftungseinrichtung. Nach dem Beschichtungs¬prozess werden Datum, laufende Nummer und das Ergebnis der Online-Kontrollmessung auf die Röhre aufgedruckt. Bei auftretenden Fehlern erhält der Maschinenbediener Handlungsanweisungen zur Fehlerbeseitigung.

Die IBA verfügt über eine Internetanbindung. Bei Auftreten eines Fehlers wird automatisch eine E-Mail an die vorher festgelegten Adressen gesendet. Über die integrierte Hardware ist auch eine Fernwartung möglich. So konnte bereits die Nullserie in China mit chinesischem Personal produziert werden.

ISPB – Induktive Spiegel Plasmabeschichtungsanlage

Die Induktive Spiegelbeschichtungsanlage dient zur Aufbringung einer Beschichtung auf komplexen, dreidimensionalen Bauteilen.

Funktionsprinzip der Induktiven Spiegel Plasmabeschichtungsanlage ISPB:
Die Bauteile werden chargenweise in ein spezielles Belademodul eingelegt und über eine Hubeinrichtung in die Vakuumkammer gefahren. Nach dem Evakuiren der Kammer werden die Bauteile einzeln über ein, von der Dr. Laure Plasmatechnologie GmbH entwickeltes, Transportsystem durch das Plasma gefahren und beschichtet.
Nach dem Durchfahren der Beschichtungszone werden die Bauteile in ein Speichermodul aufgestapelt. Nach Belüften der Kammer wird das Modul automatisch heraus gefahren und auf einer speziellen Vorrichtung entladen. Mit dem neu befüllten Belademodul kann dann der nächste Beschichtungszyklus beginnen. Die Beschichtung erfolgt in einem großflächigen, induktiv beheizten Plasma. Der Schichtaufbau erfolgt durch die Reaktion des Plasmagases mit einem geeigneten Precursor. Damit lassen sich zum Beispiel SiO2-Schichten aus HMDSO im O2-Plasma erzeugen. Mit diversen Testverfahren konnte gezeigt werden, dass diese SiO2–Schicht einen sehr guten Korrosionsschutz auf Aluminiumblechen aufweist.
Während einer Pilotproduktionsphase wurden ca. 2500 Bleche mit einer 300nm dicken SiO2-Schicht beschichtet, wobei der Vorschub bei 50 mm pro Sekunde lag. Dies entspricht einer Beschichtungsfläche von 108 m² pro Stunde.
Derzeit wird das Verfahren für die Rolle-zu-Rolle Beschichtung von Aluminiumcoils erweitert.

SBA – Solarröhren-Beschichtungsanlage

Die Solarröhrenbeschichtungsanlage dient zur Aufbringung einer Antireflexschicht auf der Außenseite von Vakuumkollektorröhren.

Funktionsprinzip der Solarröhrenbeschichtungsanlage SBA:
Die Röhren werden paarweise auf das Vormodul aufgelegt und über ein von der Dr. Laure Plasmatechnologie GmbH entwickeltes Transportsystem in die Vorkammer transportiert.
Anschließend wird die Vorkammer auf das Druckniveau der Prozesskammer evakuiert und nach öffnen des Prozesskammerschiebers in die Beschichtungskammer gefahren. Während die Röhren den Beschichtungsvorgang durchlaufen, können bereits zwei neue eingeschleust.
Die Beschichtung erfolgt mittels eines Ar-O2-HMDSO-Plasmas. Dieses Plasma wird von einem Lichtbogenplasmagenerator erzeugt. Dabei wird das Werkstück durch den Plasmastrahl transportiert. Der Beschichtungsvorgang wird permanent mittels eines Plasmaspektrometers überwacht.
Über eine Nachkammer werden die Röhren aus der Anlage ausgeschleust unmittelbar hinter der Nachkammer befindet sich eine Reinigungseinheit, die Röhren von lose anhaftenden SiO2-Partikeln befreit.
Derzeit ist die Anlage im Stande, eine Transmissionsverbesserung von 2,5%-Punkten zu erzielen. Der durchschnittliche Röhrendurchsatz beträgt 180 Stück/h. Während der Pilotproduktion wurden im Entwicklungszentrum der Dr. Laure Plasmatechnologie GmbH seit Juni 2012 über 170 000 Solarkollektorröhren beschichtet. Diese Beschichtung macht den späteren Solarkollektor zu einem der effektivsten am Markt.