Plasma-Solarthermie: Was hat Plasma mit Solarthermie-Kollektoren zu tun?

Ich gehe den Dingen und ihren Namen gerne auf den Grund. Daher berichte ich euch heute, warum der Aqua-Plasma-Solarthermie-Kollektor von Paradigma so heißt, wie er heißt.

Der Name ist Programm: Aqua plus Plasma

Die Aqua-Plasma-Solarthermie-Kollektoren sind offensichtlich so benannt worden, weil ihr Wesen maßgeblich von Aqua und Plasma bestimmt ist. Inwiefern, das habe ich herausgefunden.

Aqua-Plasma-Kollektor: Aqua steht für Wasser

Aqua ist der lateinische Begriff für Wasser. Der Paradigma-Kollektor hat das Aqua als Vornamen. Das passt schon mal gut. In Griechenland ist Aqua ein Vorname, allerdings ein weiblicher. Das Aqua steht für das Solarfluid, auch Solarflüssigkeit genannt, das durch den Solarheizkreis strömt und als Wärmeüberträger fungiert. In Paradigma-Solarthermie-Anlagen ist das Solarfluid nicht wie in vielen anderen Anlagen ein Frostschutzmittel-Wasser-Gemisch (Glykol-Wasser-Gemisch), sondern klares Wasser: Aqua eben. Welche Vorteile das hat, haben wir hier auf dem Blog schon ausführlich erklärt, unter anderem hier:

Warum für hohe Kollektortemperaturen Wasser der bessere Wärmeträger ist

Aqua-Plasma-Kollektor: Plasma steht für Plasmabeschichtung auf der Innenseite der Vakuumröhrenkollektoren

Den Begriff Plasma kennen viele im Zusammenhang mit Blut als dessen Grundsubstanz: Blutplasma. In der Physik stehe Plasma, also „Gebilde“, laut der Wiki für „ein Teilchengemisch auf atomar-molekularer Ebene, dessen Bestandteile teilweise geladene Komponenten, Ionen und Elektronen sind. Das bedeutet, dass ein Plasma freie Ladungsträger enthält. Der Ionisationsgrad eines Plasmas kann weniger als 1 % betragen, aber auch 100 % (vollständige Ionisation). Eine für das Verhalten von Plasmen, aber auch für die technische Nutzung wesentliche Eigenschaft von Plasmen ist deren elektrische Leitfähigkeit.“

So ein Aqua-Plasma-Kollektor ist ein ziemlich ausgeklügeltes Bauteil. Nicht umsonst sei er laut seinen Machern der leistungsstärkste Kollektor auf dem Markt. Über den grundlegenden Aufbau eines solchen Kollektors lest ihr hier auf dem Blog weiter.

Paradigma beschreibt den Hochleistungskollektor so: „Zur Leistungssteigerung der AQUA-PLASMA-Kollektor-Baureihe wurde ein neuartiges Verfahren zur Beschichtung der Röhren eingesetzt. Mittels der Plasma-Technologie werden die Oberflächen der Röhren so behandelt, dass eine maximale Umwandlung von Licht/Strahlung in Wärme erfolgen kann. Eine neue Spiegelbeschichtung erhöht den Schutz des Spiegels vor korrosiven Angriffen und gewährleistet so eine enorm lange Lebensdauer.“

Damit bin ich dem Plasma im Produktnamen schon sehr nahe gekommen. Es steht demnach für „ein neuartiges Verfahren zur Beschichtung der Röhren“. Das hat Paradigma gemeinsam mit der Dr. Laure Plasmatechnologie GmbH entwickelt, die sich nach eigenen Angaben „seit Jahren mit der Effizienzsteigerung von Vakuumröhrenkollektoren“ beschäftige. Dazu verfolge das Unternehmen zwei Konzepte:

• „Das Aufbringen von Antireflexschichten zur Reduzierung von Reflexionsverlusten“
• und „Die Verbesserung des Korrosionsschutzes der Spiegelbleche“

Die genaue Verfahrensweise der Beschichtung ist abhängig vom Hersteller, die Beschichtungsrezepturen sind streng gehütete Betriebsgeheimnisse. Offensichtlich gibt es mehrere Beschichtungsverfahren, die ich euch hier nacheinander vorstelle:

IBA – Innenbeschichtungsanlage

Auf der Internetseite der Dr. Laure Plasmatechnologie GmbH steht, was die IBA, die sogenannte Innenbeschichtungsanlage, die „zur Aufbringung einer Antireflexschicht auf der Innenseite von Vakuumkollektorröhren für die solare Warmwasser-Erzeugung“ diene, könne: Demnach werde mit der Beschichtung, dafür gesorgt, dass weniger Sonnenlicht auf der Glasoberfläche reflektiert werde. Man könne sich das demzufolge ähnlich wie bei sogenannten Entspiegelungen bei Brillengläsern vorstellen. Die „Entspiegelung“ erhöhe den Wirkungsgrad der Solarthermie-Kollektoren.

Laut der Dr. Laure Plasmatechnologie GmbH funktioniere die IBA so: Sobald die Vakuumröhre in die Anlage eingelegt und diese gestartet worden sei, werde die Röhre von einem pneumatisch funktionierenden Kupplungsstutzen kontaktiert. Zwei aufblasbare Dichtungen würden die Röhre daraufhin abdichten, so dass sie von der Umgebungsluft angeschlossen sei. Anschließend werde die Luft aus der Röhre gepumpt und „Sauerstoff sowie der Siliziumalkohol Hexamethyldisiloxan (HMDSO, chemische Summenformel: C6H18OSi2) zugeführt und anschließend mittels eines Hochfrequenz-Generators im Inneren des Glasrohrs ein Plasma gezündet“. Infolgedessen reagiere das HMDSO/Sauerstoff-Gemisch ab und es entstehe auf der Rohrinnenseite eine Siliziumdioxidschicht.

Die IBA verbrauche bei diesem Verfahren laut der Dr. Laue Plasmatechnologie GmbH ausschließlich Sauerstoff und HMDSO. Als Abfallstoffe entstünden demnach geringe Mengen an Kohlenwasserstoffverbindungen und CO2. Jede Vakuumkollektorröhre erhalte nach dem Beschichtungsprozess via eine integrierte Beschriftungseinrichtung eine eindeutige Kennzeichnung: Datum, laufende Nummer und das Ergebnis der Online-Kontrollmessung würden auf die Röhre aufgedruckt. Würden Produktionsfehler auftreten, erhielte der Maschinenbediener Anweisungen dazu, wie er die Fehler beseitigen könne.

Die IBA verfüge über eine Internetanbindung. Trete ein Fehler auf, werde automatisch eine E-Mail an zuvor festgelegte Adressen versendet. Über die integrierte Hardware sei auch die Fernwartung der Anlage möglich.

Das Video verschafft euch einen Eindruck von der IBA-Anlage und ihrer Funktionsweise:

ISPB – Induktive Spiegelbeschichtungsanlage

Die Induktive Spiegelbeschichtungsanlage diene laut der Dr. Laue Plasmatechnologie GmbH zur Aufbringung einer Beschichtung auf komplexen, dreidimensionalen Bauteilen.

So funktioniere die Anlage demnach: Die Bauteile würden chargenweise in ein spezielles Belademodul eingelegt und über eine Hubeinrichtung in die Vakuumkammer gefahren. Nach dem Evakuieren der Kammer würden jeweils ein Bauteil über ein eigens entwickeltes Transportsystem durch das Plasma gefahren und dabei beschichtet und anschließend in ein Speichermodul gestapelt. Nach der Belüftung der Kammer werde das Modul automatisch heraus gefahren und auf einer speziellen Vorrichtung entladen. Die Beschichtung erfolge demnach in einem großflächigen, induktiv beheizten Plasma. Der Schichtaufbau käme infolge der Reaktion des Plasmagases mit einem geeigneten Precursor zustande. Damit ließen sich zum Beispiel SiO2-Schichten aus HMDSO im O2-Plasma erzeugen. Nach Testverfahren wüsste man, dass diese SiO2–Schicht einen sehr guten Korrosionsschutz auf Aluminiumblechen aufweise.
Zum quantitativen Output der Anlage schreibt das Unternehmen, dass in einer Pilotproduktionsphase etwa 2.500 Bleche mit einer 300 Nanometer dicken SiO2-Schicht beschichtet worden seien, wobei der Vorschub bei 50 Millimeter pro Sekunde gelegen habe. Dies entspreche einer Beschichtungsfläche von 108 Quadratmetern pro Stunde. An einer Erweiterung des Verfahrens für die Rolle-zu-Rolle Beschichtung von Aluminiumcoils werde derzeit gearbeitet, heißt es weiter.

Hier könnt ihr euch das Verfahren in einem Video anschauen:

SBA – Solarröhrenbeschichtungsanlage

Die Solarröhrenbeschichtungsanlage diene der Dr. Laue Plasmatechnologie GmbH zufolge dem Aufbringen einer Antireflexschicht auf der Außenseite der Vakuumkollektorröhren.

Sie arbeite wie folgt: Die Vakuumröhren würden in Paaren auf das Vormodul aufgelegt und über ein eigens entwickeltes Transportsystem in die Vorkammer transportiert. Die Vorkammer werde auf das Druckniveau der Prozesskammer evakuiert und nach dem Öffnen des Prozesskammerschiebers in die Beschichtungskammer gefahren. Während die Röhren den Beschichtungsvorgang durchliefen, könnten bereits zwei neue eingeschleust werden. Beschichtet würde mit einem Ar-O2-HMDSO-Plasma. Dieses Plasma werde von einem Lichtbogenplasmagenerator erzeugt. Dabei werde das Werkstück durch den Plasmastrahl hindurch transportiert. Der Beschichtungsvorgang werde demnach permanent mittels eines Plasmaspektrometers überwacht. Anschließend würden die Röhren über eine Nachkammer aus der Anlage geschleust: Direkt hinter der Nachkammer befände sich eine Reinigungseinheit, die die Röhren von lose anhaftenden SiO2-Partikeln befreie.

Derzeit sei die Anlage im Stande, eine Transmissionsverbesserung von 2,5 Prozent-Punkten zu erzielen. Der durchschnittliche Röhrendurchsatz betrage 180 Stück pro Stunde. Diese Beschichtung mache den späteren Solarkollektor zu einem der effektivsten am Markt.

Wer sich die Anlage mal in Betrieb ansehen möchte, guckt sich das Video an:

Ich finde, das sind eine Menge Hintergrundinfos zur Plasma-Solarthermie und der Bedeutung des Kollektornamens Aqua Plasma – was denkt Ihr?

Foto: Paradigma