Browsing by Author "Hildebrandt, Christina"

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Hochtemperaturstabile Absorberschichten für linear konzentrierende solarthermische Kraftwerke
(2009) Hildebrandt, Christina; Müller-Steinhagen, Hans (Prof. Dr. Dr.-Ing. habil.)
Die Arbeit beschreibt die Entwicklung zweier selektiver Absorberschichten für verschiedene Anwendungsbereiche und Betriebsbedingungen - für den Einsatz in Parabolrinnenkollektoren im Vakuum und in Fresnelkollektoren an Luft. Zum einen ist es in Parabolrinnenkollektoren, mit den Bestrebungen durch die Direktverdampfung zu höheren Temperaturen überzugehen, erforderlich, neben der selbstverständlich hohen Absorption die Emissivität der selektiven Beschichtung im Vergleich zu den bestehenden kommerziellen Absorberschichten zu vermindern. Zum anderen verlangt die Fortentwicklung des Fresnelsystems die Entwicklung einer selektiven Absorberschicht, die bis 450°C an Luft stabil ist. Bisher sind luftstabile Absorberschichten kommerziell nur bis 300°C verfügbar. Die Arbeit beschreibt das Zusammenspiel von Simulationen, mit denen es gelingt, das Potential verschiedener Schichtsysteme abzuschätzen und der praktischen Schichtentwicklung inklusive Übertrag auf eine Großanlage am Fraunhofer ISE. Mittels Beständigkeitstests und begleitenden optischen Messungen können Degradationsprozesse verfolgt, und in Materialanalysen näher charakterisiert werden. Daraus resultierende Schlussfolgerungen bestimmen die jeweils nächsten Schritte im Entwicklungsprozess. In optischen Simulationen wurde das Potential verschiedener IR-Spiegelmaterialien zur Emissionsminderung bestimmt. Mit Silber konnte dabei die höchste Selektivität erreicht werden, weshalb es für die Anwendung in Absorberschichtsystemen für Parabolrinnenkraftwerke gewählt wurde. Da Silber bei hohen Temperaturen stabilisiert werden muss, wurden geeignete Barriereschichten sowie Prozess- und Schichtparameter untersucht. Schließlich konnte ein Schichtsystem identifiziert werden, welches sich durch eine hohe Selektivität auszeichnet und bei 500°C über 1200 h im Vakuum stabil ist. Für die Anwendung an Luft wurde ebenfalls Silber als potentieller IR-Spiegel analysiert. Zwar konnte die Stabilität deutlich verbessert werden, jedoch nicht in ausreichendem Maße. Eine höhere Oberflächenqualität, zusätzliche Barriereschichten und angepasste Prozessparameter wirken sich positiv auf die Stabilität an Luft aus. Diese Kenntnisse wurden für die Entwicklung einer bei 500°C über 1000 h stabilen Absorberschicht genutzt, die auf alternativen IR-Spiegelmaterialien basiert. Die Höhe der erzielbaren Emission hängt dabei von ökonomischen Gesichtspunkten ab.