Passive Mechanismen in der Solarenergie - Thermische Solarenergie: Grundlagen, Technologie, Anwendungen - page 252

Tab. 4.18 Optische Eigenschaften von Fensterglas und IR-Gläsern
Gläser

Sichtbar Infrarot

α s = v s τ s ρ α IR = ε IR τ IR ρ IR α s / ε IR

Fensterglas 0.02 0.94 0.04 0.94 0 0.06 0.021

IR-Glas
In 2 O 3 -beschichtet

0.1 0.85 0.05 0.15 0 0.85 0.67

IR-Glas
ZnO 2 -beschichtet

0.2 0.79 0.01 0.16 0 0.84 1.25

4.6.2 Aufbau selektiver Absorber

Es gibt eine große Anzahl möglicher selektiver Absorberschichten. Nach ihrer Wirkungs-
weise lassen sie sich in drei Hauptkategorien einteilen: intrinsische Absorber, strukturierte
Oberflächen und Tandem-Absorber, wobei letztere nochmals in Halbleiter-Reflektor-Tan-
dem, Multilayer-Schichten, Cermets und IR-Spiegel auf Absorber unterteilt werden kön-
nen. Die in der Abb. 4.96 illustrierten Abbildungen stellen einen Versuch dar, die unter-
schiedlichen Absorbertypen hinsichtlich ihres strukturellen Aufbaus zu klassifizieren.

• Intrinsische Absorber
Intrinsische selektive Absorber bestehen aus einem Material - typischerweise einem
Übergangsmetall oder einem Halbleiter - mit intrinsischen optisch selektiven Eigen-
schaften (vergl. Abb. 4.96 a). Diese treten beispielsweise wie Kennedy (Kennedy 2002 )
beschreibt bei Wolfram (W), Zirkonbromid (ZrB 2 ) oder Hafniumcarbid (HfC) auf.
Zwar sind sie oft sehr stabil, aber die optische Selektivität ist weitaus geringer als bei
anderen selektiven Absorbern, so dass sie für konzentrierende Systeme nicht in Fra-
ge kommen. Die höchste Selektivität erreicht ZrB 2 mit α = 0.88 und ε (100 °C) = 0.08;
mit einer zusätzlichen Si 3 N 4 -Antireflex-Schicht werden sogar Werte von α = 0.93 und
ε (100 °C) = 0.1 erreicht (Randich und Pettit 1981 ).
• Oberflächenstrukturierung
Absorber dieses Typus erhöhen den Anteil absorbierter Solarstrahlung durch multiple
Reflexionen an einer Oberflächenstruktur der Größenordnung der zu absorbierenden
Wellenlängen, während sie im längerwelligen IR wie ein glatter Metallspiegel wirken
(vergl. Abb. 4.96 e). Beispiele sind dendritisches Wolfram oder strukturierte Kupfer-,
Nickel- und Edelstahloberflächen (Zhao 2007 ). Typische Werte für Absorption und
Emission liegen bei α = 0.92 und ε (100 °C) ≈ 0.22. Ohne den Einsatz des hochtem-
peraturstabilen Nickels liegt die Emission noch etwas geringer bei ca. ε(100 °C) ≈ 0.1
(Kennedy 2002 ). Die Leistungsfähigkeit dieses Absorbertypus setzt voraus, dass wäh-
rend der gesamten Betriebsdauer die Integrität der Oberflächenstrukturierung gewähr-
leistet ist. Diese Langzeitstabilität bei gleichzeitiger thermischer Wechselbelastung stellt
eine nicht unerhebliche technische Herausforderung dar.