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以基于用切断纤维增强的树脂复合材料形式的太阳光反射器及在太阳能站中的用途

阅读:461发布:2020-05-14

专利汇可以提供以基于用切断纤维增强的树脂复合材料形式的太阳光反射器及在太阳能站中的用途专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及用于聚光 太阳能 发电站的太阳光 反射器 ,其包括:以基于用切断 纤维 增强的 树脂 的 复合材料 形式的基底a),所述基底a)具有用于附着的装置b)而无需穿孔或胶合;和金属反射涂层c)。本发明的反射器用于太阳能收集器中和基于聚光太阳能运转的、更特别地用于产生电 力 、 蒸汽 和/或热的太阳能站中。,下面是以基于用切断纤维增强的树脂复合材料形式的太阳光反射器及在太阳能站中的用途专利的具体信息内容。

1.太阳光反射器,特征在于其包括:
a)弯曲或平坦的基底,所述基底是以基于用切断纤维增强的树脂复合材料模塑的部件,具有小于30nm的平均粗糙度,
b)仅通过模塑由模塑部件即基底a)一体承载而无需所述基底的任何穿孔和无需任何粘合剂或胶合装置的附着元件,这些附着元件b)是:
b1)用于将所述反射器附着至支持体的装置,所述装置被锚定或模塑在所述模塑部件即基底a)中,
和任选地是
b2)模塑的附着装置,所述模塑的附着装置为用于在模塑部件即基底a)之间通过所述模塑部件的边缘的互而组装的装置,
c)基金属涂层的反射层,其具有60-200nm的厚度,且具有根据标准ISO 9050的超过
94%的反射率。
2.根据权利要求1的反射器,特征在于:所述金属涂层直接施加到所述基底a)。
3.根据权利要求1的反射器,特征在于:层c)的所述金属涂层被施加到有机的、促进粘附的涂层的层d),d)是直接施加到所述基底a)的并且在所述层c)之前施加。
4.根据权利要求3的反射器,特征在于:层d)的所述涂层同时是起到降低模塑后获得的所述模塑部件的粗糙度的作用的涂层。
5.根据权利要求4的反射器,特征在于:所述层d)的厚度为0.1-20μm。
6.根据权利要求1的反射器,特征在于:所述模塑部件由包含至少一种热固性或热塑性树脂、增强用切断纤维和模塑添加剂的模塑组合物获得。
7.根据权利要求6的反射器,特征在于:所述树脂是热固性的并且选自不饱和聚酯树脂、环树脂、乙烯基酯树脂、树脂、聚酯树脂、或者这些树脂的衍生物或混合物。
8.根据权利要求6的反射器,特征在于:所述树脂是热塑性的,并且选自聚丙烯、聚酰胺、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯砜、聚酸酯、聚苯醚(PPO)、或者这些热塑性树脂的混合物或合金
9.根据权利要求6的反射器,特征在于:所述增强用切断纤维选自玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维、玄武岩纤维、亚麻纤维、大麻纤维、竹纤维。
10.根据权利要求3的反射器,特征在于:其进一步包括有机的促进粘附的涂层的层e),所述层e)具有0.1-20μm的厚度,被施加到所述层c)。
11.根据权利要求10的反射器,特征在于:其进一步包括用于防止所述反射层c)被腐蚀有机涂层的层f),所述层f)具有10-150μm的厚度,被施加到所述层e)或所述层c)。
12.根据权利要求11的反射器,特征在于:所述层e)的促进粘附的功能通过单独的层f)实现,所述层f)同时实现防止腐蚀的功能。
13.根据权利要求11的反射器,特征在于:其进一步包括用于保护层c)不遭受UV射线的有机涂层的层g),所述层g)具有10-150μm的厚度,所述层g)能够直接施加到所述层c)或施加到层e)或f),并且如果所述层e)或f)单独存在,直接施加到层c)。
14.根据权利要求13的反射器,特征在于:其进一步包括用于防止磨损的有机涂层的层h),所述层h)具有1-20μm的厚度,是以作为表面外层的最后一层的形式施加的。
15.根据权利要求14的反射器,特征在于:所述层h)包括选自纳米二氧化、银纳米颗粒和纳米管的防垢添加剂。
16.根据权利要求10的反射器,特征在于:有机的促进粘附的涂层的层d)或层e)基于包括如下的涂覆组合物:至少一种丙烯酸类树脂和至少一种能热交联的或能辐射交联的丙烯酸类单体
17.根据权利要求11的反射器,特征在于:用于防止层c)被腐蚀的涂层的所述层f)基于如下的有机涂覆组合物:所述有机涂覆组合物除了包括能交联的有机粘结剂之外还包括至少一种选自位阻酚和/或磷酸酯的抗氧化添加剂。
18.根据权利要求13的反射器,特征在于:用于保护层c)不遭受UV射线的涂层的所述层g)基于包括如下的有机涂覆组合物:至少一种脂族的能交联的有机粘结剂;和至少一种抗UV添加剂。
19.根据权利要求14的反射器,特征在于:用于防止磨损的涂层的所述层h)基于包括至少一种选自氧烷树脂、氨基甲酸酯树脂或丙烯酸类树脂的能交联的有机粘结剂的有机涂覆组合物。
20.根据权利要求15的反射器,特征在于纳米二氧化钛的尺寸低于200纳米。
21.根据权利要求17的反射器,特征在于用于防止层c)被腐蚀的涂层是抗腐蚀或抗氧化涂层。
22.根据权利要求7的反射器,特征在于:所述聚氨酯树脂是能交联的聚氨酯树脂。
23.用于制造根据权利要求14定义的太阳光反射器的方法,特征在于其包括以下相继步骤:
i)以基于用切断纤维增强的树脂的复合材料来模塑基底a),包括附着元件b),ii)任选地,直接向所述基底a)施加用于促进粘附和/或降低粗糙度的有机涂层的层d),
iii)通过湿法施加或真空施加而施加银基金属涂层的反射层c),包括洗涤和干燥所述层c),之后
iv)任选地,向所述层c)施加选自如下的一层或多层有机涂层:在层c)上的促进粘附的涂层e)和/或在层c)或e)上的用于防止腐蚀的涂层f),和/或在层c)或e)或f)上的用于保护不遭受UV射线的涂层g),和/或在层c)或e)或f)或g)上的防止磨损的涂层h),这取决于所述层e)、f)或g)的存在,其中一个层向另一层的施加是在支持层完全或部分交联之后进行的,v)如果在步骤iv)中存在所述层e)、f)、g)或h),则在施加下一层之前,取决于能交联的组合物,通过辐射和/或以热方式,使所述层e)、f)、g)或h)的每一个交联。
24.用于制造根据权利要求14定义的反射器的方法,特征在于其涉及通过模塑而整体地制造所述反射器,并且其包括以下步骤:
j)向用于以复合材料来模塑基底a)的模具的内表面施加反射性金属层c),其中,任选地,以如下的逆序,仅在将层e)-h)的至少一个施加至所述模具的所述内表面之后施加所述层c):从层h)开始并且以层e)结束,之后向如此施加的最后的层施加所述层c),所述最后的层可为e)或f)或g或h);并且任选地,之后
k)向所述层c)施加层d),
l)在所述层c)上或者如果存在所述层d)则在所述层d)上以复合材料模塑所述基底a),包括所述附着元件b),所述复合材料基于用切断纤维增强的树脂,
m)脱模并且获得作为整体的所述反射器,
其中所述层h)-c)的全部或一部分是通过如下而施加到所述模具的内表面、或者施加至后续层的:以液体形式喷射,之后辐射交联、或热交联;且其中所述层h)到c)的全部或一部分是以预成型的膜或预成型的片的形式施加的。
25.根据权利要求23的方法、特征在于:模塑所述基底a)的所述步骤i)通过选自如下的模塑工艺进行:片状模塑料(SMC)、团状模塑料(BMC)、树脂传递模塑(RTM)、拉挤成型、热塑性塑料压缩、热塑性塑料注射或真空导入。
26.根据权利要求24的方法、特征在于:模塑所述基底a)的所述步骤l)通过选自如下的模塑工艺进行:片状模塑料(SMC)、团状模塑料(BMC)、树脂传递模塑(RTM)、拉挤成型、热塑性塑料压缩、热塑性塑料注射或真空导入。
27.根据权利要求23的方法,特征在于:根据方法的步骤iii)施加所述反射层c)的所述步骤以两个子步骤进行:首先,湿法施加硝酸银溶液,随后,湿法施加还原剂,以形成金属银层。
28.根据权利要求23的方法,特征在于,向所述层c)施加选自如下的最高达四个不同层的有机涂层:在层c)上的促进粘附的涂层e)和/或在层c)或e)上的用于防止腐蚀的涂层f),和/或在层c)或e)或f)上的用于保护不遭受UV射线的涂层g),和/或在层c)或e)或f)或g)上的防止磨损的涂层h),这取决于所述层e)、f)或g)的存在,其中一个层向另一层的施加是在支持层完全或部分交联之后进行的。
29.太阳光反射器组件,特征在于:其包括至少两个根据权利要求1定义的反射器,所述反射器通过模塑的附着装置b2)彼此组装在一起。
30.太阳能收集器,特征在于:其包括至少一个根据权利要求1定义的反射器。
31.根据权利要求30的太阳能收集器,特征在于:其进一步包括至少一个通过所述反射器或反射器组件反射的太阳辐射的接收器。
32.根据权利要求1定义的太阳光反射器在制造太阳能收集器或能量产生站中的用途。
33.根据权利要求30定义的太阳能收集器的用途,特征在于其涉及制造能量产生站。
34.太阳能站,特征在于:其包括至少一个根据权利要求1定义的反射器。
35.根据权利要求34的站,特征在于:其是用于产生电或用于产生蒸汽的站。
36.根据权利要求34站,特征在于:其是用于产生热量、用于产生氢、用于对脱盐、用于产生用于化学工业或石油工业的能量、或用于空气调节的站。
37.根据权利要求34的站,特征在于其为聚光太阳能发电站。
38.根据权利要求32定义的太阳光反射器的用途,其中所述能量产生站是太阳能站。
39.根据权利要求33定义的太阳能收集器的用途,其中所述能量产生站是太阳能站。

说明书全文

以基于用切断纤维增强的树脂复合材料形式的太阳光反射

器及在太阳能站中的用途

[0001] 本发明涉及涂覆有使光反射的层的以基于用切断纤维(cut fibre)增强的热固性或热塑性树脂的复合材料(composite material)形式的太阳光反射器(solar reflector)、该反射器的制造方法以及该反射器在用于各种应用的太阳能收集器(solar collector)中例如在聚光(concentrated)太阳能发电站(solar power plant)中的用途。
[0002] 尽管地球的能源需要正在不断地增加,但容许产生能量的许多化石资源的储备在减少。而且,大多数工业化国家致于减少温室效应气体的排放并且致力于寻找新的、无污染的没有温室效应的能源。因此,非化石能源的开发是迫切必要的;然而,迄今为止,不存在对于对化石能源进行接班而言在经济上可行的解决方案。多种技术允许对在地球上免费且丰富的太阳光能量进行转化。在这些技术中,聚光太阳能具有大规模地供应热和电能的潜力,因为电能可用光伏式传感器直接产生,或用通过利用太阳辐射的热效应而运转的热太阳能系统间接产生。
[0003] 聚光太阳能发电站的目的是将太阳的能量转化成电或热。该技术在于:通过反射性表面俘获太阳的光线,然后将这些光线聚焦(focus)到由吸收该辐射并且将该聚光的光能(辐射)转化为热的材料组成的接收器的表面上。在该接收器内循环的传热流体容许将该热能(热)输送到如下系统:该系统将该热在回路内转化成电或转化成热而用于工业用途。
[0004] 聚光太阳能发电站可以是如下四种类型:抛物面(parabolic)槽式(trough)反射器电站、塔式电站、抛物面碟式(dish)反射器电站和菲涅尔(Fresnel)反射器电站。
[0005] 就成本、电站寿命、能量产率和维护而言,反射器是聚光太阳能发电站中的关键元件(element)。
[0006] 已知一定数量的可用于聚光太阳能发电站中的反射器技术。
[0007] 根据WO2009/66101和WO2009/106582,在聚光太阳能发电站中目前已知的技术使用由如下构成的反射器:四到五毫米厚度的低含量的玻璃,其涂覆有如下的5层各种涂层(coating)(有机和无机的),以确保太阳光线的反射和反射器随时间流逝的完整性:通过相继喷射硝酸的第一层、然后还原性盐的层而施加的反射性银层,用于防止银层被腐蚀层,和仍然用于保护银层的三个漆(paint)层,所述漆层的一些可以是基于铅的。
[0008] 然而,这种类型的反射器呈现出许多缺点。首先,玻璃的存在使反射器为脆性的,并且数百个反射器可能在生产期间、在安装期间和在聚光太阳能发电站的寿命期间被打碎。另外,玻璃的该显著厚度(由于机械强度的原因,为四到五毫米)不仅导致高的重量,而且吸收一些光能。该重量对保持(hold)该收集器的结构体和支持这些结构体的底座构成了强大制约。例如,聚光太阳能发电站中的整个收集器(包括反射器、接收器和结构体)可重为一个电站20000-30000公吨。由该低氧化铁含量的玻璃所引起的光能吸收为约3%-6%,并且因此降低电站的能量产率。这种通常类型的反射器具有小于94%的反射率。该玻璃反射器的另一问题是未被银层吸收或反射的UV射线使位于银层后面的保护性涂层退化。这些玻璃反射器还必须在其反面具有胶合附着件(glued attachment),以容许将它们附着(attach)至该结构体。与气候条件如UV、、热、冷、湿度和腐蚀性气氛有关的应力具有使所用的粘合剂(adhesive)退化(降解,degrade)的倾向。在塔式电站的情况中,该玻璃反射器必须是在安装位置上轻轻弯曲的,由此引起损坏并且引起使用坚固的(substantial)装置(means)以保证玻璃的曲率(电站的能量产率方面的关键要素)。最后,由于该玻璃反射器是由在热的作用下被弯曲的平板玻璃生产的,该制造工艺由于玻璃在550℃和1200℃之间的加热而消耗大量能量,并且在玻璃内产生残余应力,所述残余应力可改变反射器的曲率,并且引起光学缺陷并且引起反射率的降低。曲率的控制是保证光线聚焦在接收器上并且使电站的能量产率优化的关键要素。
[0009] WO2009/066101描述了用于通过如下而限制保护银层的涂层的UV退化的体系:使银层厚度从79-104nm显著增加到超过160nm并且优选地约260nm。然而,该文献中描述的发明没有解决与玻璃反射器有关的其它问题。实际上,该文献建议:增加将用于制造反射器的银的量(增加+60%~+325%),以限制该保护性涂层的UV退化。
[0010] WO2009/106582描述对玻璃进行预处理,以增强其抗冲击性,但是没有解决与玻璃反射器有关的其它问题;而且该处理在反射器的制造中增加了额外的步骤。
[0011] WO83/00064描述了使用复合物(composite)作为玻璃镜的支持体以改善镜的耐用性(坚固性,robustness)。该体系仅仅解决了玻璃反射器的单个问题,同时增加了反射器的重量,因为复合物支持体的重量被增加到玻璃重量上。
[0012] US6,989,924和WO2010/078105还描述了没有玻璃的柔性反射膜。不过,这些膜未构成反射器,因为它们必须被胶合至支持体以便呈现将光线反射到接收器上所必需的曲率,并且以便被保持至收集器的结构体。公知的是,胶合结合(glued bond)是制品在寿命期间破坏(breakdown)的原因。
[0013] US4,115,177描述了由经玻璃纤维增强的复合物组成的反射器。首先通过将树脂和玻璃纤维同时喷射到模具上,然后通过在真空下施加来制造该反射器的工艺没有提供对于需要每个电站几十万个反射器的聚光太阳能发电站所必需的部件(part)的大规模生产而言足够的生产率。而且,技术人员知道:通过同时喷射而制造复合物导致在完成的部件上显著的线性收缩,该收缩对尤其是平均粗糙度(平均Ra)远大于50nm的反射性表面的品质具有不利影响。
[0014] US5,428,483公开了在经纤维增强的塑料(CFRP)基底的正面(前表面)上形成的反射镜。
[0015] 因此,需要改善用于太阳能站(solar plant)的已知反射器以降低其重量和其脆性,同时增加太阳光线反射率。这样的改善使得可降低反射器的生产、安装与维护成本,并且因此降低收集器的成本和聚光太阳能发电站的成本,并且由此允许它们在更大规模上使用。
[0016] 现在已经发现:使用在特定条件下的、基于用切断纤维增强的热固性或热塑性树脂的复合材料容许解决该问题。
[0017] 因此,根据第一主题,本发明提供基于复合材料的、具有特定结构和组成的太阳光反射器。
[0018] 本发明的第二主题涉及用于制造如根据本发明第一主题定义的所述反射器的特定方法。
[0019] 本发明还涉及至少两个本发明反射器的特定组件。
[0020] 进一步地,本发明涉及包括至少一个根据本发明的反射器,并且更特别地,至少一个反射器和至少一个接收器的收集器。
[0021] 本发明还涉及根据本发明的反射器或收集器在聚光太阳能发电站中的用途。
[0022] 最后,本发明涉及以聚光太阳能运转的太阳能站,包括如根据本发明定义的至少一个反射器或至少一个收集器。
[0023] 因此,本发明的第一主题是太阳光反射器,其包括:
[0024] a)弯曲或平坦的基底,所述基底是以基于用切断纤维增强的树脂的复合材料模塑的部件,优选地具有小于30nm、更特别地小于20nm的粗糙度(平均Ra),
[0025] b)仅通过模塑由所述模塑部件即基底a)一体承载而无需所述基底的任何穿孔和无需任何粘合剂或胶合装置的附着元件,这些装置b)是:
[0026] b1)用于将所述反射器附着至支持体的装置,所述装置被锚定(anchor)或模塑在所述模塑部件即基底a)中,
[0027] 和任选地是
[0028] b2)模塑的附着装置,所述模塑的附着装置是用于在模塑部件即基底a)之间组装、优选地通过所述模塑部件的边缘的互而组装的装置,
[0029] c)银基金属涂层的反射层,其具有60-200nm、优选60-150nm的厚度,具有超过94%的反射率。所述反射率根据标准ISO9050测量。
[0030] 根据第一种可能性,将层c)的所述金属涂层直接施加至所述基底a)。根据另一优选的可能性,将其施加至促进粘附的(增粘用,adhesion promoting)有机涂层的层d),d)直接施加至所述基底a),且在所述层c)之前施加。所述层d)的厚度可从0.1到20μm变化。
[0031] 当形成所述基底a)的模塑部件具有比根据本发明优选的粗糙度大的在模塑之后的粗糙度(大于30nm或者甚至在更特别的情况中大于20nm)时,其可在施加d)和c)之前用具有起到堵塞任何孔或者使模塑之后获得的模塑部件的粗糙度降低的功能的特定涂覆组合物进行处理,以便将粗糙度降低到低于30nm的优选极限,并且更特别地低于20nm。作为适合用于本发明的这样的组合物的实例,可提及包括作为粘结剂(binder)的至少一种丙烯酸类树脂和丙烯酸类单体的组合物。
[0032] 根据更具体和优选的可能性,层d)的所述涂层同时是起到降低模塑后获得的所述模塑部件的粗糙度的作用的涂层。这种特定涂覆组合物可包括例如如下作为必要组分:至少一种丙烯酸类树脂和至少一种丙烯酸类单体,且优选地,丙烯酸聚酯树脂和至少一种多官能的丙烯酸类单体,并且更优选地,至少一种多官能的丙烯酸类单体和至少一种单官能的丙烯酸类单体的混合物和丙烯酸聚氨酯树脂。
[0033] 根据第二种可能性,并且取决于所使用的方法,在所述复合物基底的模塑之前,通过与向复合物施加凝胶涂层类似的技术,将所述金属层c)施加至用于模塑所述基底的模具的表面,其涉及通过以液相进行喷射或通过以片或膜的形式施加而施加所述金属层c)。
[0034] 根据本发明的所述反射器的一个任选变型,它包括模塑的附着装置b2)(与模塑的基底a)成为一),所述模塑的附着装置b2)是用于在模塑部件(基底a))之间组装且优选地用于通过在所述模塑部件的(外部)边缘之间的互锁而组装的装置。
[0035] 所述基底a)的以复合材料形式的所述模塑部件有利地从如下模塑组合物获得:所述模塑组合物包括至少一种热固性或热塑性树脂和增强用切断纤维,和任选地包括模塑添加剂,该模塑添加剂选自填料、用于热固定(thermoset)的抗收缩添加剂、颜料、抗静电添加剂、UV吸收剂、熟化(maturation)剂、或模塑组合物的任何其它常用添加剂。所述基底a)的以复合材料形式的所述模塑部件任选地包括芯材-即这样的材料:其位于所述复合材料内并且占所述复合材料的厚度的45%-95%,选自泡沫塑料(塑料泡沫体,plastic foam)并且更特别地选自PVC(聚氯乙烯)泡沫体、SAN(苯乙烯-丙烯腈)泡沫体、PEI(聚醚酰亚胺)泡沫体和PU(聚氨酯)泡沫体。
[0036] 适合用于本发明的热固性树脂可例如选自不饱和聚酯树脂、环氧树脂、乙烯基酯树脂、(能交联的)聚氨酯树脂、树脂、由这些树脂的至少一种通过化学改性而得到的树脂、或这些树脂的混合物(并且更特别地,这些树脂的至少两种的混合物)。通过化学改性得到的树脂的实例包括用多异氰酸酯改性的不饱和聚酯和/或乙烯基酯如不饱和的聚酯-氨基甲酸酯树脂,二环戊二烯(DCPD)改性的不饱和聚酯或胺改性的环氧化物如使用环氧化物能交联的环氧-胺预聚物。
[0037] 该基底a)的复合材料用树脂优选为热固性树脂。所述热固性树脂优选地选自不饱和聚酯树脂和/或乙烯基酯树脂和/或环氧树脂,并且更优选地选自不饱和聚酯和/或乙烯基酯。这些树脂具有足以允许该基底不被未被银层所吸收或反射的UV射线所退化(降解)的UV稳定性
[0038] 作为适合用于本发明的热塑性树脂,可选择,例如,聚丙烯树脂、聚酰胺树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚苯砜树脂、聚碳酸酯树酯、聚苯醚(PPO)树脂、或这些树脂的混合物或合金(更特别地,这些树脂的至少两种的混合物或合金)。所述热塑性树脂优选地选自聚酰胺树脂和/或聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂。
[0039] 所述纤维是切断纤维例如玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维、玄武岩纤维、亚麻纤维、大麻纤维、竹纤维、或这些纤维的至少两种的混合物,不包括碳纤维,因为它们最好作为织造或者非织造的织物使用,但是不适合用作本发明中的切断纤维。优选的增强用切断纤维选自玻璃纤维和芳族聚酰胺纤维,并且更优选地选自玻璃纤维。
[0040] 可在基于热固性或热塑性树脂的模塑组合物中存在的模塑添加剂包括,例如,填料、颜料、抗静电添加剂和UV吸收剂。适合的填料包括,例如,碳酸硫酸钙、三合铝、高岭土和铝酸盐。
[0041] 在本发明情况中防止吸引粉尘且有利于清洁的抗静电剂的实例包括如下:乙炔黑石墨和导电填料。
[0042] 适合的UV吸收剂包括如下:HALS类型的位阻胺、三嗪和苯并三唑。这样的UV吸收剂的实例是来自BASF的 328或来自Chemtura的 26。
[0043] 在基于能经由烯属不饱和度而交联的热固性树脂例如不饱和聚酯或乙烯基酯的模塑组合物中,为了限制通过由所述烯属不饱和度的消耗(打开)引起的线性收缩效应产生的表面缺陷和粗糙度,优选地期望存在至少一种抗收缩添加剂。这种抗收缩添加剂选自聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醋酸乙烯酯或饱和聚酯。
[0044] 作为在本发明情况中优选的抗收缩添加剂,可提及如下:聚甲基丙烯酸甲酯、饱和聚酯和聚醋酸乙烯酯。
[0045] 当所述热固性树脂是不饱和聚酯或包含不饱和聚酯时,可向模塑组合物添加熟化剂,并且所述熟化剂选自氧化镁(MgO)或氢氧化镁或氢氧化钙或异氰酸酯。该试剂允许模塑组合物的粘度方面的受控增加。在这种情况中,所述不饱和聚酯优选地携带对于该熟化而言足够的羧基,但通过异氰酸酯熟化的情况除外,在通过异氰酸酯熟化的情况下所述聚酯优选为羟基化的。
[0046] 根据另一具体实施方式,根据本发明的反射器除了包括如上定义的构件(component)a)、b、c)和任选的d)以外还可包括促进粘附的有机涂层的附加层e),其具有0.1-20μm的厚度,该层e)被直接施加至所述反射层c)。
[0047] 根据另一选择,其可进一步包括用于防止所述反射层c)被腐蚀的有机涂层的层f),所述层f)具有10-150μm的厚度,被施加至所述层e)(如果存在的话)或者如果不存在层e)的话,被施加至所述层c)。优选存在所述层f)。
[0048] 根据更具体和优选的选择,所述层e)的用于促进粘附的功能可通过单独的单个层f)实现,所述层f)同时实现防止腐蚀的功能。
[0049] 根据另一选择,本发明的反射器进一步包括用于保护层c)不遭受UV射线(抗UV)的有机涂层的层g),所述层g)具有10-150μm的厚度,可将所述层g)直接施加到所述层c)或施加到如上定义的层e)或f),并且优选地施加到层f)。
[0050] 本发明的反射器可进一步包括用于防止磨损的有机涂层的层h),所述层h)具有1-20μm的厚度,其是以作为表面外层的最后一层的形式施加的。根据本发明反射器的一种具体情况,至少存在表面层h)。根据本发明的优选反射器包括如上定义的所有层e)、f)、g)和h)。
[0051] 根据所述层h)的一个优选的变型,它包括选自纳米二氧化(尺寸低于200纳米)、银纳米颗粒和碳纳米管的防垢添加剂。
[0052] 如上定义的促进粘附的有机涂层d)或e)优选地基于包括至少一种丙烯酸类树脂和至少一种丙烯酸类单体并且通过辐射或以热方式能交联的涂覆组合物。根据本发明,热交联意味着使用自由基引发剂如过氧化物。
[0053] 用于防止层c)被腐蚀的涂层(抗腐蚀涂层)的所述层f)可基于如下有机涂覆组合物:其除了包括能交联的有机粘结剂之外还包括至少一种抗氧化添加剂,所述抗氧化添加剂选自:位阻酚,例如来自BASF的称为 1010的季戊四醇四(3-(3',5'-二叔丁基-4'-羟基苯基)丙酸酯;和/或磷酸酯,例如来自Chemtura的称为 626的双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯。
[0054] 用于保护层c)不遭受UV射线的涂层的所述层g)可基于如下有机涂覆组合物:其包括至少一种脂族的能交联的有机粘结剂,优选地,多官能的丙烯酸类粘结剂;和至少一种抗UV添加剂,所述抗UV添加剂优选地选自位阻胺(HALS)、苯并三唑和三嗪。在苯并三唑中,这样的抗UV添加剂的实例包括:来自BASF的 1130或 384或来自Chemtura的 28。在三嗪中,它们包括来自BASF的 400或 1577。这样的
位阻胺HALS的实例包括来自BASF的 292HP或 900或 944
或 123或 2020或来自Chemtura的 62。
[0055] 用于防止磨损的涂层的所述层h)可基于如下有机涂覆组合物:其包括至少一种选自硅氧烷树脂、氨基甲酸酯树脂或丙烯酸类树脂的能交联的有机粘结剂。
[0056] 本发明的第二主题涉及用于制造如根据以上发明定义的太阳光反射器的方法。
[0057] 第一制造方法包括以下相继步骤:
[0058] i)以基于用切断纤维增强的树脂的复合材料来模塑基底a),包括如上定义的附着元件b),
[0059] ii)任选地,直接向所述基底a)施加用于促进粘附和/或降低粗糙度的有机涂层的层d),
[0060] iii)通过湿法施加或真空施加而施加银基金属涂层的反射层c),包括洗涤和干燥所述层c),之后
[0061] iv)任选地,向所述层c)施加选自如下的一层或多层(最高达四个不同层)有机涂层:在层c)上的促进粘附的涂层e)和/或在层c)或e)上的用于防止腐蚀的涂层f),和/或在层c)或e)或f)上的用于保护不遭受UV射线的涂层g),和/或在层c)或e)或f)或g)上的防止磨损的涂层h),这取决于所述层e)、f)或g)的存在,其中一个层向另一层的施加是在支持层完全或部分交联之后进行的,
[0062] v)如果在步骤iv)中存在所述层e)、f)、g)或h),则在施加下一层之前,取决于能交联的组合物,通过辐射和/或以热方式,使所述层e)、f)、g)或h)的每一个交联。
[0063] 根据该第一方法,模塑所述基底a)的步骤i)可通过选自片状模塑料(SMC)、团状模塑料(BMC)、树脂传递模塑(RTM)、拉挤成型、热塑性塑料压缩、热塑性塑料注射或真空导入(灌注,infusion)的模塑工艺或通过由这些工艺的至少一种衍生的工艺来进行。
[0064] 所有这些工艺允许制造这样的反射器,该反射器包括集成在该材料中的两种或更多种功能元件(function):例如,所述反射器的到承载结构体的附着件,用于追踪太阳的集成传感器,用于对反射器的反射率进行实时监控的传感器,和用于镜的刚性的增强物(reinforcement)。根据本发明的一个优选的方面,复合材料即模塑部件基底a)是通过SMC或RTM模塑或通过真空导入而制造的,以产生:容许以短的周期时间生产所述反射器的显著提高的生产率,和可能最低的、可能最光滑的表面条件,和受控的收缩以及可接受的粗糙度。
[0065] 在通过RTM或真空导入或由这两种工艺衍生的任何工艺制造的基底的情况中,以复合材料形式的基底a)具有4-30mm并且优选10-28mm的厚度,0.2-1.6并且优选0.2-0.6的密度,和小于0.15%的线性收缩。在通过RTM或真空导入而制造的基底的情况中,周期时间大于通过SMC模塑工艺获得的周期时间,但是基底的尺寸也更大,可获得的基底表面积远大于十平方米。因此,每m2基底的周期时间是短的。优选地,并且在通过SMC模塑而制造基底的情况中,以复合材料形式的基底a)具有1.5-4mm的厚度,小于10平方米的表面积,1.2-2.4的密度,小于0.15%的线性收缩,100MPa-500MPa、优选150MPa-250MPa的挠曲应力,5GPa-20GPa的2
挠曲模量,60-200kJ/m的简支梁(却贝、沙尔皮,Charpy)冲击强度,和1%-3%的断裂伸长率。
以复合材料进行的该基底a)的SMC模塑可在120℃-180℃的温度下,在40巴-100巴的压力下,以1-5分钟的周期时间进行。由于其密度和其厚度,该基底a)容许相对于具有2.4-2.5的密度和4mm厚度的玻璃反射器在平均重量方面节省49%。而且,以复合材料形式的该基底a)涉及比现有技术的已知反射器少的制造步骤,特别是由于将各种附加的功能集成到一个模塑部件中(由于基底a)的所选择的性质,这些功能是可能的)以及通过模塑工艺制造其的可能性。该制造方法还是耗能更少的,该方法的温度为120℃-180℃,而不是玻璃的550℃-
1200℃。该复合材料的机械性能也大于玻璃的机械性能,因此使其成为耐冲击以及耐严酷的气候暴露条件的脆性小得多的材料。
[0066] 所述第一方法的涉及施加所述反射层c)的步骤iii)可以两个子步骤进行:首先,湿法施加硝酸银溶液,随后,湿法施加还原剂,以形成作为所述反射层的金属银层。
[0067] 所述反射层c)有利地由具有60-200nm、优选60-150nm的厚度的金属银层组成。也可通过真空施加且优选地通过湿法施加而施加该金属层。
[0068] 在适当的情况下,所述反射器可进一步在复合材料基底a)和反射层c)之间包括中间层d)。所述层d)的目的是改善金属层c)与复合材料基底a)的粘附,并且在施加银的金属层c)之前提供光滑的表面条件。通过例如施加包括丙烯酸类单体与丙烯酸类树脂和自由基引发剂的UV清漆可以获得几纳米的粗糙度。
[0069] 由于反射层c)是银层,因此还可在所述反射层c)上方向反射器加入一个或多个层,以随着时间的流逝而保护所述反射层不被腐蚀(抗腐蚀或抗氧化层)、不遭受UV射线(抗UV层)或不被磨损(抗磨损或抗磨耗)。这些任选层包括,例如,在该反射器的最外面的表面上的抗磨损层h),UV保护层g),用于防止腐蚀的层f)(抗腐蚀层),和在上述层之一和反射层c)之间的促进粘附的层e)。
[0070] 具有1-20μm厚度的该抗磨损层h)可由,例如,基于如下的配方组成:在基于丙烯酸类单体和低聚物的丙烯酸类树脂中的、或者在氨基甲酸酯或聚氨酯树脂中的、或者在硅氧烷树脂中的能交联的有机粘结剂。该层h)是湿法施加的,并且在辐射下或以热方式交联。层h)还可包含允许容易地清洁反射器表面的添加剂,如二氧化钛的纳米颗粒、银纳米颗粒和碳纳米管
[0071] 抗UV层和抗腐蚀层g)和f)分别具有10-150μm的厚度。层f)基于如下有机涂覆组合物:其除了包括基于丙烯酸类单体和低聚物或基于聚氨酯的能交联的有机粘结剂之外,还包括至少一种选自位阻酚和/或亚磷酸酯的抗氧化添加剂。该层是湿法施加的,并且在辐射下或以热方式交联。
[0072] 抗UV层g)的组合物基于包括如下的有机涂覆组合物:至少一种脂族的能交联的有机粘结剂,优选地,多官能的丙烯酸类粘结剂;和至少一种抗UV添加剂或UV吸收添加剂,其优选地选自位阻胺HALS、苯并三唑和三嗪,且对于苯并三唑和三嗪,优选地浓度为0.5%-10%。合适产品的实例包括来自BASF的市售UV吸收剂如 1577、 1130、
384和 400。
[0073] 与这种类型的UV吸收剂(一种或多种)组合,HALS型位阻胺可添加到该配方中。可以0.05%-4%的浓度添加的HALS型位阻胺的实例是来自BASF的市售产品 944、123、 292HP、 900和 2020。抗腐蚀层f)的配方包含
浓度为0.1%-10%的一种或多种酚类抗氧剂,如 1010、或亚磷酸酯抗氧化剂
626。
[0074] 具有0.1-20μm厚度的、在以上定义的保护层f)、g)和h)之一与反射层c)之间的任选的促进粘附的层e)基于通过辐射或以热方式能交联的包括至少一种丙烯酸类树脂和至少一种丙烯酸类单体的涂覆组合物。
[0075] 根据第二方法,所述太阳光反射器可在用于模塑所述基底a)的模具中整体(entirely)模塑,其中所有的层是相继呈现的,从如上定义的c)到h),这些层是逐一施加的并且一个施加至另一个,且最外层(优选地,h))被施加至用于模塑所述基底a)的模具的内表面,并且最内层(优选地,d))是最后施加的并且是在层c)之后施加,这在对所述基底a)的复合物进行模塑之前进行,并且各个层是通过以液相进行喷射,随后在以液相施加新层之前通过辐射或以热方式进行交联而施加的,并且最后将基底a)的所述复合材料在所呈现的所述最内层上模塑,以在脱模之后得到与其所有构件作为一个整体的本发明的所述太阳光反射器。该方法与以相同方式且完全通过模塑且以逆序制造的涂覆有凝胶涂层的经模塑的复合物的方法(换句话说,首先向模具的内表面施加凝胶涂层,并且随后在该凝胶涂层上模塑所述复合物)类似。如此模塑的部件(完整的(complete)太阳光反射器)的外表面是与用于模塑的模具的内表面接触的表面。
[0076] 根据该完整的太阳光反射器的模塑方法的一个变型,至少一层或所有层是以膜或片的形式施加的,对于层c)为金属膜或片和对于其它层为聚合物膜或片;当所有层以膜或片的形式施加时,该膜或片是用所述膜或片的所有层的预成型组件,所述所有层是如之前那样从模具的内表面开始以逆序施加的,换句话说,所述所有层是于在最内层(所述最内层为c),或者如果存在d)并且d)被施加至c),则所述最内层为d))上模塑所述复合物基底a)之前施加的。该太阳光反射器保持与以上定义的相同,唯一变化在于在层c)-h)和基底a)之间的制造步骤的次序,对于以上定义的,总是在将各层+基底组件脱模之后施加第一层。
[0077] 因此,作为通过模塑而制造本发明的完整反射器的方法的该第二方法可概括为包括以下相继步骤:
[0078] j)向用于以复合材料来模塑基底a)的模具的内表面施加反射性金属层c),其中,任选地,以如下的逆序,仅在将如以上根据本发明所定义的层e)-h)的至少一个施加至所述模具的所述内表面之后施加所述层c):首先从h)开始最后到e),之后向如此施加的最后的层施加所述层c),所述最后的层可为e)或f)或g或h),
[0079] k)任选地,向所述层c)施加以上根据本发明定义的层d),
[0080] l)在所述层c)上或者如果存在所述层d)则在所述层d)上以复合材料模塑所述基底a),包括如上定义的附着元件b),所述复合材料基于用切断纤维增强的树脂,[0081] m)使根据本发明的完整的反射器脱模
[0082] 其中所述层h)-c)的全部或一部分是通过如下而施加到所述模具的内表面、或者施加至后续(后成的,subsequent)层的:以液体形式喷射,之后辐射交联、优选地UV交联,或热交联;且其中所述层h)到c)的全部或一部分是以预成型的膜或预成型的片的形式施加的。
[0083] 技术人员在本发明说明书以及其常识的基础上能够根据上述的保护性能生产适合于所列举的各种有机层的有机涂层。
[0084] 图1显示根据本发明反射器的最简单形式的横截面。
[0085] 图2显示根据本发明反射器的更特别形式的横截面,其中存在层d)、e)、f)、g)和h)。
[0086] 根据图1,反射器由以复合材料形式的基底a)组成,在该基底a)上施加有金属涂层的反射层c)。
[0087] 本发明的另一主题涉及太阳光反射器的组件,该组件包括至少两个(两个或更多个)如以上根据本发明定义的反射器,所述反射器优选地通过如上定义的模塑的附着装置b2)彼此组装在一起,由此便于所述反射器容易地组装。所述模塑的附着装置位于形成基底a)的模塑部件的边缘(末端)处,并且可为允许所述末端进行互锁的装置,所述互锁例如通过沟槽和异型模塑末端的如下系统进行:其通过将一个部件简单滑入到另一个部件中而进行互锁。这种组件优选地在完成单个反射器(具有反射层和任何其它层)之后产生。这是根据本发明的反射器系统的进一步优点,其允许在模塑部件之间快速并且容易的组装,而无需如下步骤:穿孔或胶合,以便对部件进行组装,或者以便将其固定到承载反射器或反射器组件的支持体结构。这样的反射器组件可以用于建造太阳能收集器,所述太阳能收集器是太阳能站的基本单元。这样的组件的优点是:其紧凑、重量轻并且耐用,而不管用于反射太阳辐射的表面积是否显著增加,从而使得以降低的成本显著提高所反射的太阳能成为可能。
[0088] 实际上,本发明还涉及这样的太阳能收集器,其特征在于:其可包括至少一个本发明的反射器或通过本发明的方法制造的反射器,或其特征在于:其可包括至少一个根据上述发明的反射器组件。更特别地,这种太阳能收集器进一步包括至少一个用于被所述反射器或被所述反射器组件所反射的太阳辐射的接收器。所述接收器可为这样的管:其吸收太阳辐射,并且传热流体在其中循环,从而允许所产生的热被换热器系统所回收。
[0089] 因此,本发明还涉及本发明的反射器在收集器中的用途和该收集器在聚光太阳能发电站中的用途。特别地,所述收集器由如下组成:如以上定义的反射器组件或多个反射器,一个或多个接收器,和承载结构体。文献“Concentrating Solar Power,Global Outlook2009”(由Greenpeace International, SolarPACES and ESTELA出版)的第17-30页中描述了不同类型的收集器。可向这些收集器添加跟踪系统,使得所述反射器是可移动的,并且整天面向太阳光线排列(对齐,align)。
[0090] 因此,本发明还涵盖如根据本发明定义的或通过根据本发明定义的方法制造的太阳光反射器的如下用途,或者如根据如以上描述的发明所定义的反射器组件的如下用途,其用于制造:太阳能收集器,或太阳能站,或者用于产生能量、更特别地电能、或者用于产生蒸汽的站(plant)。本发明还涵盖如根据本发明定义的太阳能收集器用于制造如下的用途:太阳能站,或者用于产生能量、更特别地电能、或者用于产生蒸汽的站。
[0091] 本发明的最后主题涉及太阳能站,更特别地聚光太阳能发电站,其特征在于:其包括至少一个根据本发明定义的或通过根据本发明定义的方法制造的反射器,或其特征在于:其包括至少一个如根据本发明定义的反射器组件、或至少一个如根据上述发明定义的太阳能收集器。根据本发明的该类型的站可为用于产生电力或用于产生蒸汽的站。更特别地,其是用于产生热、用于产生氢、用于对水脱盐(除去盐分)、用于产生用于化学工业或石油工业的能量、或者用于空气调节的站。
[0092] 本发明通过以下实施例非限制性地说明。
[0093] 实施例1:基底a)的复合材料的SMC模塑用组合物的制备
[0094] 制备以下组合物:
[0095] 表1:用于基底a)的复合材料用模塑组合物
[0096]
[0097] 通过将Norsodyne M01510树脂与 A70091及 A74094添加剂、Millicarb OG填料、苯乙烯、W9010添加剂、C18Ca、PBQ以及 MC引发剂一起研磨而进行混合。然后添加MK35NV熟化剂,并且将该混合物施加到施加有切割成具有在
1.27和5.08cm(0.5和2英寸)之间变化的长度的玻璃纤维的热塑性膜。将该混合物(在20-25℃的温度下)调理(condition)15天使该混合物熟化,并且然后将这些片在来自Dieffenbacher的SMC Duroline压机中在150℃和80巴下进行模塑,以得到根据本发明的基底a),其具有15nm的平均Ra粗糙度。
[0098] 实施例2:在复合材料基底a)和反射性银层c)之间的UV能交联的清漆、粘附促进剂[0099] 将CN9010EU与SR341、SR285以及S350反应性稀释剂混合。在添加Darocure1173之后,通过喷枪将该清漆以约10μm的厚度施加至实施例1)中获得的复合物基底a),并且将如此涂覆的基底暴露于400W金属卤化物UV灯1分钟。
[0100]
[0101]
[0102] 实施例3:金属银反射层的施加
[0103] 通过喷射向如此涂覆的基底a)施加相当于每平方米900毫克元素银的硝酸银溶液层。随后,通过喷射施加二氯化锡溶液以将银盐还原成金属银。
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