FASTENING ELEMENT ON MIRRORS FOR SOLAR REFLECTORS

Abstract: 1. Mirror for solar reflectors having a securing element (5), cemented on the rear surface, for connection to a retaining or tracking linkage, characterized in that the securing element (5) consists of ceramic material, the coefficient of linear expansion alpha 600/20 of which is 1 . 10**-6 to 15 . 10**-6 K**-1 , preferably 4 . 10**-6 to 12 . 10**-6 K**-1 .

Description: Befestigungselement an Spiegeln für Solar-Reflektoren Die Erfindung betrifft Spiegel für Solar-Reflektoren mit rückseitig aufgeklebtem Befestigungselement für die Verbindung mit einem Halte- und/oder Nachführ-Gestänge. Solar-Reflektoren gewinnen an Bedeutung. Sie werden in sonnenreichen Gegenden errichtet und konzentrieren die einfallenden Sonnenstrahlen mit Hilfe von Spiegeln auf einen Wärmeaustauscher, der meist auf einem Turm erhöht angebracht ist. Die Gesamt-Spiegelfläche derartiger Reflektoren beträgt zur Zeit etwa 20 bis einige Tausend Quadratmeter, wobei die Reflektoren in Einzelspiegel unterteilt sind, deren Grösse beispielsweise bei etwa einem Quadratmeter liegt. Die einzelnen Spiegel sind an Halte- und Nachführ-Gestängen befestigt, so dass es möglich ist, sie der wandernden Sonne entsprechend zu verstellen, so dass die reflektierten Sonnenstrahlen stets auf die gleiche Stelle, nämlich den erwähnten Wärmeaustauscher treffen. Im Wärmeaustauscher wird ein Arbeitsmedium, beispielsweise Wasser, Öl oder Natrium auf erhöhte Temperatur erwärmt, wobei Temperaturen zwischen 200 bis 8000C erzielt werden. In aller Regel wird das Arbeitsmedium durch einen weiteren Wärmetauscher geleitet, wo es die gespeicherte Wärme abgibt und überhitzten Dampf erzeugt, der zum Betrieb einer Turbine dient. Beim Bau und Betrieb der Solar-Reflektoren ergeben sich u.a. Probleme dadurch, dass die Spiegel im Verlaufe des Nacht-Tag-Wechsels erheblichen Temperaturschwankungen unterworfen sind. Die Spiegel haben zwar die Aufgabe, die einfallende Sonnenenergie möglichst vollständig zu reflektieren; es ist aber nicht ermeid- bar, dass sich auch die Spiegel selbst aufheizen, beispielsweise durch die Umgebungstemperatur sowie die Sonnenenergie, welche vom Erdboden zurückgestrahlt wird. Die auf der Spiegelrückseite festgeklebten Befestigungselemente bestehen bei ausgeführten Anlagen meist aus Stahl oder Leichtmetallegierungen. Da die Wärmeausdehnungskoeffizienten dieser Metalle einerseits und des Spiegelglases andererseits sehr unterschiedlich sind, ergeben sich Spannungen, die von der Klebstoffschicht aufgefangen werden müssen, welche zwischen der Spiegelrückseite und dem Befestigungselement angeordnet ist. Damit die Klebstoffschicht hierzu in der Lage ist, werden solche Klebstoffe eingesetzt, die auch im ausgehärteten Zustand weitgehend dehnungselastisch sind. Die Klebkraft dieser Klebstoffe ist jedoch verhältnismässig gering, was zur Folge hat, dass andererseits wieder die Kontaktfläche der Befestigungselemente zur Klebstoffschicht erheblich grösser gewählt werden muss. Trotz dieser Massnahmen kommt es immer wieder zum Abreissen einiger Befestigungselemente, was sofortige Reparaturen erforderlich macht. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Spiegel für Solar-Reflektoren mit rückwärtig aufgeklebten Befestigungselementen derart zu verbessern, dass Abreisserscheinungen vermieden und der Materialaufwand gleichzeitig verringert wird. Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, dass die Befestigungselemente aus keramischem Werkstoff bestehen, deren linearer Ausdehnungskoeffizient ,% 20 1 bis 16 10 1 vorzugsweise 4 10 bis 12-10 K beträgt. Als bevorzugte Ausführungsform derartiger Werkstoffe werden keramische Werkstoffe mit Glasphase, insbesondere Steatit-Keramik oder Hartporzellan genannt oder Aluminiumoxid-Keramik mit und ohne Glasphase mit einem Gehalt von 50 bis 100 % Al203. Messungen haben ergeben, dass der durchschnittliche lineare Wärmeausdehnungskoeffizient von Spiegelglas 8,5 . 10-6K1 beträgt. Der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient von Aluminium beträgt demgegenüber 23 . 10 6 K -1 und derjenige von rostfreiem Chromnickel stahl 16 . 10 6 K 1. Bei der üblichen Herstellung der Verbindungselemente aus Aluminium, Aluminiumlegierungen oder Chromnickelstählen sind die auf Wärmedehnung zurückzuführenden Spannungen zwischen den genannten Teilen vom Klebstoff aufzufangen, was zu den einleitend bereits erwähnten Schwierigkeiten führt. Es wurde festgestellt, dass diese Schwierigkeiten durch die Auswahl der angegebenen Werkstoffe überwunden werden konnte, obgleich auch deren linearer Wärmeausdehnungskoeffizient nicht völlig mit denen des Spiegelglases übereinstimmt. Die erwähnten guten Eigenschaften keramischer Werkstoffe, insbesondere der Werkstoffe mit Glasphase in Bezug auf das Wärmeausdehnungsverhalten sind gekoppelt mit sehr guten Korrosionseigenschaften, die denen der metallischen Werkstoffe seit überlegen sind. Auch dies spielt eine erhebliche Rolle bei der Herstellung von Befestigungselementen für Spiegel, da diese Elemente während ihrer gesamten LeFensdaer der freien Atmosphä re ausgesetzt sind. Im Laufe des Nacht-Tag-Rythmusses werden die Elemente nicht nur auf unterschiedliche Temperaturen erwärmt, sondern sie wenden auch mit wasserhaltigen Kondensaten überzogen, was bei metallischen Befestigungselernenten auch dann zu Korrosionen, nämlich Spaltkorrosionen führen kann, wenn es sich um rostbeständige Chrom-Nickel-Stähle handelt. Hinzu kommt, dass weitere Untersuchungen gezeigt haben, dass auch die Festigkeitseigenschaften und zwar sowohl die Druck- wie auch die Zugfestigkeiten der genannten keramischen Werkstoffe völlig ausreichen, um die Gewichte der hier in Betracht kommenden Spiegel mit Sicherheit aufzunehmen. Unter den bevorzugt einzusetzenden keramischen Werkstoffen mit Glasphase werden wiederum die Steatit-Keramik und das Hartporzellan hervorgehoben. Keramische Werkstoffe mit Glasphase sind an sich bekannt. Sie sind beispielsweise in dem Buch von Salmang/Scholze "Die physikalischen und chemischen Grundlagen der Keramik", 5. Aufl., 1968, Seite 278 ff beschrieben. Es handelt sich um inhomogen aufgebaute keramische Werkstoffe, bei denen kristallisierte Bestandteile, wie beispielsweise Quarz, Tonerde, Protoenstatit und ähnliche Gefügebestandteile neben nichtkristallisierten, also glasigen Stoffen vorhanden sind. Die kristallisierten Bestandteile sind dabei in aller Regel als offene, also nicht zusammenhängende Phase in die glasige geschlossene, also zusammenhängende Phase eingebettet. Der erwähnte Aufbau bringt es mit sich, dass diese Stoffe bei erheblich gesteigerter Festigkeit ein thermisches Ausdehnungsverhalten zeigen, das dem des Glases weitgehend, wenn auch nicht völlig entspricht. Die Angleichung der linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten beider Werkstoffgrup ist jedenfalls hinreichend, um auch bei Verwendung von stark aushärtenden Klebstoffen zu dauerhaften Kebeverbindungen zu führen. Tabelle 1 Werkstoff &alpha;600 20 in 10-6 K-1 Quarzporzellan 4 .. . 6 Tonerdeporzellan 4 .. . 5 Steatit 8 9 it Forsterit 10 . . 11 Cordierit (dicht) 2 . . . 3 Werkst. mit 50-80% Al 203 6 ... 8 " " 80-90% Al2O3 7... 8 Aluminiumoxid-Keramik mit mehr als 99% Al2O3 7... 8 Zirkonoxid-Keramik 11 . . 13 Zur Herstellung der vorgeschlagenen Befestigungselemente dient vorzugsweise Steatit-Keramik, meist auch einfach "Steatit" genannt. Bei dem Mineral gleichen Namens "Steatit" handelt es sich um den sogenannten Speckstein, eine dichte und sehr feinkristalline Form des Talkes mit der Zusammensetzung 3MgO # 4SiO2 H 20 In der Keramik versteht man jedoch unter der Bezeichnung "Steatit" Werkstoffe, die Speckstein als hauptsächliche Massekomponente enthalten oder deren Scherben analog aufgebaut ist, wenn man von anderen Rohstoffen ausgeht. Um Missverständnisse zu vermeiden, wird im vorliegenden Zusammenhang von Steatit-Keramik gesprochen. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es stellen dar: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eine s Solar-Re flektors von der Rückseite aus gesehen. Fig. 2 ein schematischer Querschnitt durch den Aufbau eines Spiegels nach Linie II-II in Fig. 1 mit rückseitig aufgeklebtem Sefestigungselement. Der in Fig. 1 dargestellte Solar-Reflektor ist als Ganzes mit 1 bezeichnet. Er besteht aus mehreren, im dargestellten Beispiel sechzehn Einzelspiegeln 2, welche jeweils eine Grösse von etwa einem Quadratmeter haben und welche mit Hilfe eines Gestänges 3 am Ständer 4 einer Nachführvorrichtung befestigt sind. Die Nachführvorrichtung wird im allgemeinen mit Hilfe von Mikroprozessoren gesteuert, welche die Positicn der Spiegel in sehr kurzen Abständen (beispielsweise je Sekunde einmal) neu berechnen und die Spiegel dann mit Hilfe von nicht dargestellten Stellmotoren gegebenenfalls nachstellen. Das Gestänge 3 ist je Spiegel im allgemeinen mit vier Befestigungselementen 5 verbunden, beispielsweise verschraubt. Die Befestigungselemente selbst sind runde oder auch rechteckig geformte Scheiben, deren Dicke je nach Ausführungsart zwischen einigen Millimetern bis wenigen Zentimetern beträgt. Die Befestigungselemente sind mit Hilfe von Klebstoffen auf der Spiegelrückseite festgeklebt. Diese piegelrückseite ist im allgemeinen lackiert, falls es sich nicht um Spiegelformen handelt, bei denen die Rückseite ebenfalls aus Glas besteht In Fig. 2 ist eine derartige Klebeverbindung im Querschnitt dargestellt. Der Spiegel 2 ist auf der Rückseite mit einer Spiegelschicht 6, meist einer Sandwich Schicht aus Silber und Kupfer belegt. Die Spiegelschicht 6 ist auf ihrer Rückseite mit einer Schutzlackschicht 7 abgedeckt, welche meist ebenfalls aus mehreren unterschiedlich zusammengesetzten Schichten besteht. Auf der äusseren Schutzlackschicht ist alsdann eine Klebstoffschicht angeordnet, die mit ihrer Rückseite am Befestigungselement 5 haftet. Das Befestigungselement 5 soll erfindungsgemäss aus einem keramischen Werkstoff mit Glasphase, vorzugsweise aus Steatit-Keramik oder Hartporzellan bestehen. In Ausnützung der dadurch bedingten Vorteile wird vorgeschlagen, dass zwischen der Rückseite des Spiegels 2 und dem Befestigungselement 5 eine Schicht 8 aus einem unelastisch aushärtendem Kunststoff angeordnet ist. Klebstoffe dieser Art sind beispielsweise Zweikomponentenkleber auf Epoxidbasis oder ähnliche bekannte Stoffe. Des weiteren wird vorgeschlagen, dass in dem Befestigungselement 5 eine wenigstens einseitig offene Durchbrechung 9 zum Einsetzen einer Schraube angeordnet ist. Bei dieser Durchbrechung kann es sich um eine bei der Herstellung eingeformte Gewindebohrung handeln, in welche die Schraube von rückwärts eingeschraubt wird. Es kann sich aber auch um ein durchgehendes Loch handeln, das vorzugsweise zur Klebese ite hin erweitert ist und in welches dann die Schrauben eingesetzt werden können, wobei die Locherweiterung den Schraubenkopf aufnimmt. Durchgeführte Versuche haben gezeigt, dass die Bruchfestigkeit der erwähnten keramischen Werkstoffe völlig ausreicht, um die hier auftretenden, nicht unerheblichen Kräfte aufzufangen. Positionszahlenliste 1 Solar-Reflektor 2 Spiegel 3 Gestänge 4 Ständer 5 Befestigungselement 6 Spiegelschicht 7 Schutzlackschicht 8 Klebstoffschicht 9 Durchbrechung

Claims: Ansprüche 1. Spiegel für Solar-Reflektoren mit rückseitig aufge klebtem Befestigungselement (5) für die Verbindung mit einem Halte- oder Nachführ-Gestänge, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (5) aus keramischem Werkstoff besteht, dessen linearer Ausdehnungskoef fizient 26u8 1 . 10-6 bis 15 . 10 6 K , vorzùgswei- se 4 . 10 6 bis 12 . 10-6 K-1 beträgt. 2. Spiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (5) aus einem kerami schen Werkstoff mit Glasphase besteht. 3. Spiegel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (5) aus Steatit-Keramik (sogenanntem Steatit) besteht. 4. Spiegel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (5) aus ' Hartporzellan besteht. 5. Spiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (5) aus Aluminiumoxid Keramik mit 50-100 % Al 203 besteht. 6. Spiegel nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2-5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Rückseite des Spiegels (2) und dem Befestigungselement (5) eine Schicht (8) aus einem praktisch unelastisch aushärtenden Klebstoff ange ordnet ist.

Inventors: SEITZ, RUDOLF, DIPL.-ING.
Applicants: FLABEG GMBH
Application year: 1983
Main classification: F24J2
IPC codes: F24J2, G02B7, G02B1, G02B5