Projekt 21575/01

Randverbund bei Vakuumflachkollektoren

Projektdurchführung

Spahl GmbH
Stegemannstr. 23
56068 Koblenz

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Ziel des Vorhabens ist es, die Praxistauglichkeit von Randverbundmaterialien festzustellen. Da es zurzeit keinen funktionierenden Vakuumrandverbund gibt, werden Prüfungen und Tests der Vakuumdichtigkeit von verschiedenen Randverbundmaterialien für Vakuumflachkollektoren bei unterschiedlichen Rahmenkonzepten durchgeführt.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenEs werden Rahmenkonstruktionen für die Aufnahme von solargläsern hergestellt und mittels Klebe- und Lötverfahren mit diesen verbunden. Diese Konstruktionen werden auf äußere Vakuumdichtigkeit sowie innere Ausgasungen auf einem Vakuumprüfstand untersucht. Die Konstruktionen werden dann in Klimakammern auf Alterungsbeständigkeit geprüft und danach wieder auf Vakuumdichtigkeit getestet.


Ergebnisse und Diskussion

Das bereits angeschaffte messtechnische Equipment wurde zur Prüfung vorhandener Randverbundsysteme eingesetzt. Da dort zufriedenstellende Ergebnisse erzielt wurden, wurden Löt- und Klebeverfahren als Randverbund durchgeführt. Es wurden verschiedene Rahmen und Abstandskonstruktionen hergestellt. Beim Lötverfahren wurden am Rand beschichtete Gläser eingesetzt. Die beschichteten Gläser wurden - wegen Eigeninteresse - vom Hersteller zur Verfügung gestellt. Die Gläser waren am Rand mit Silberfolie bedampft. Der Rand bzw. die Auflagefläche wurde aus Kupferblech handwerklich hergestellt und mit Weichlot verlötet. Die Lötversuche waren aufwendig, da das Verlöten von aufgedampfter Silberfolie und Kupferblech handwerklich schwierig herzustellen war.

Die Vakuumdichtigkeit konnte bis 1 mbar hergestellt werden. Tiefere Drücke, wie angestrebt, konnten nicht erzielt werden, da hier Ausgasungen des Flussmittels sowie Undichtigkeiten in der Lötverbindung durch die eingesetzten Lötverfahren nicht eliminiert werden konnten.

Für die Klebeversuche wurden wiederum Rahmen und Blechkonstruktionen gefertigt. Bei den Klebeversuchen wurden 2 Klebeverfahren eingesetzt. Die Versuche mit Epoxidharzklebern, welche unter Wärmeeinwirkung (60 Minuten bei 80°C) durchgeführt wurden, brachten keinen Erfolg, da die beim Kleben auftretenden Spannungen im Nachhinein nur durch Zerstören des Glases abgebaut wurden. Die Verklebung mit lichthärtendem Kleber wurde mit 2 verschiedenen Klebern und unterschiedlichen Klebespalten durchgeführt. Die Probekörper wurden dann auf dem eigenen Prüfstand evakuiert und erste Vormessungen durchgeführt. Nachdem dies erfolgreich war, wurden externe Messungen in einem Vakuumlabor durchgeführt. Hiernach wurde im Vakuumprüfstand eine hohe Dichtigkeit von 1x10-9 mbar l/s erreicht. Da der Klebehersteller, die Fa. Delo, nachträglich aus großem Eigeninteresse die Kosten übernommen hat, konnten die Gesamtkosten gesenkt werden. Die Bauteile wurden danach bei der Fa. Delo einem Temperaturwechseltest unterzogen und wiederum auf Vakuumdichtigkeit im eigenen Haus und im Vakuumlabor geprüft. Auch nach dem Temperaturwechseltest wurde die hohe Dichtigkeit festgestellt. Die Probekollek-toren wurden dann mit Sonne beschienen und weiteren Temperaturmessungen unterzogen. Hier müssen jedoch noch weitere Messungen über einen langen Zeitraum erfolgen. Ein Unterschied bezüglich Klebe-dicke und Klebstoff ist vorerst nicht erkennbar.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Fotos des Versuchsaufbaus sowie der verschiedenen Rahmenkonstruktionen und des Prüfstandes zum Temperaturwechseltest wurden angefertigt.


Fazit

Die Verklebungen und Verlötungen haben unterschiedliche Ergebnisse erbracht. Das Löten und Verkleben mit Epoxidharz-Holzklebern scheidet vorerst aus. Das Verkleben mittels lichthärtenden Klebers war sehr erfolgreich. Es konnten Drücke von 1x10-9 mbar l/s erreicht werden. Um den Wärmetransport in dem zukünftigen Vakuumflachkollektor zu unterbinden, werden Drücke von 1x10-4 mbar ausreichend sein.
In Zukunft sind eventuelle Ausgasungen aus der Klebstoffverbindung zu untersuchen. Ein Prototyp in Originalgröße wird zur Zeit in einem Labor des Fraunhofer Instituts beschichtet, dann verklebt und anschließend im Freiburger Solarinstitut ISE thermodynamisch vermessen. Mit diesem Prototyp werden dann Langzeitmessungen sowie weitere Stillstandstemperaturmessungen durchgeführt