Investigation and Selection of Materials Resistant to Temperatures and Radiation to Construct a Metallic/Ceramic Secondary Concentrator as well as Measurements at Premodels

Zusammenfassung

Sie beinhaltet zum einen die Fortsetzung und absehließende Bewertung der Materialuntersuchungen zum Bau eines Sekundärkonzenlrators (Teil 1 Vertragsnr. 5–370–4355), zum anderen werden der Bau mehrerer Vormodelle zu den möglichen Konzentratorformen und Meßergebnisse zu diesen Modellen vorgestellt, wobei unter Berücksichtigung der aufwendigen Fertigung der harten Spiegelbasismaterialien zur Kostenersparnis linearisierte Formen untersucht wurden, mit und ohne Teilbereich mit keramikähnlichen optischen Eigenschaften (Glanzkarton).

Polierte Keramik in unbeschichteter Form ist nur bedingt einsetzbar, da sie bei nahezu senkrechtem Strahlungseinfall einen direkten Reflexionsgrad von ca 9% zeigt (Al₂TiO₅). Die 2π-Reflexion dagegen kann für weiße, reine Keramik über 90% liegen (Hartporzellan). Erst durch Beschichtungen lassen sich die Werte für die direkte Reflexion deutlich erhöhen, wobei die Oberflächenbeschaffenheit eine wesentliche Rolle spielt. Eine Beschichtung von TiN auf Glas erzielt Werte über 90%, jedoch ist diese Schicht nicht über das gesamte Sonnenspektrum einsetzbar. Außerdem ist die Schicht oxidationsgefährdet, eine zusätzliche Goldschicht wäre möglicherweise ein Schutz dagegen.

Bei den Modellen (CPC, Trumpet) wurde die Intensitätsverteilung in einigen Schnitten in der Austrittsapertur aufgenommen, zum Teil bei unterschiedlichen Einfallswinkeln. Daraus wurde die Verstärkung innerhalb der Schnitte und der Fluß im Vergleich zum Zustand ohne Konzentrator ermittelt. Durch den Einsatz eines “keramikvergleichbaren” Halsbereichs im Trumpet ist eine Reduzierung des Flußverhältnisses gegenüber dem Modell, das nur mit Spiegelfolie belegt ist, festzustellen.

Summary

On the one hand it containes the continuation and finally assessment of material examinations to construct a secondary concentrator (part 1 contract no. 5–370–4355), on the other hand some premodels for the possible form of concentrators and measurement results for this models are presented. Taking into account the costly production of the hard ceramic materials we tested linearized forms with and without zones with optical properties similar to ceramic.

Polished ceramic in uncoated form is partly useable, because it shows a specular reflection of about 9% with near normal incidence. But the 2π-reflection for white ceramic might be higher than 90%.

Only coatings increase the value of specular reflection clearly if the surface roughness is very small. With a coating of TiN on glass values higher than 90% are reachable, but this layer is not universal useable for the whole spectrum of sunlight. Besides this the coating has risk of oxidation. An additional gold coating might be a possible protection against it.

At the models (CPC, Trumpet) pictures of the intensity distribution in the exit aperture have been taken, partly with different angle of incidence. The intensification along some perpendicular lines and the flux in relation with and without a concentrator have been taken from this. With using of a ceramic-similar material next to the receiver area in a Trumpet model we found a reduction of the flux ratio compared with the model, only covered with mirror foil.