Kostengünstige und zuverlässige Solarsysteme durch neuartige Wärmerohr-Kollektoren

Ansprechpartner
Bert Schiebler,  Dipl.-Ing. (FH)
Tel.: +49 (0)5151-999 524
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Schema-Heatpipe-Kollektor

Schematische Darstellung eines solarthermischen Kollektors mit einem Wärmerohr im Nutzwärme­strompfad zwischen Absorberblech und Solarkreisfluid im Sammler

Prinzip Heatpipe-Kollektor mit Abschaltung

Typische Wirkungsgradkennlinie eines Wärmerohrkollektors mit Abschaltung im Vergleich zu einem Standardkollektor

Versuchsaufbau Heatpipe- und Direct-Flow-System

Experimentalanlage am ISFH mit Wärmerohr-Kollektor und Standard-Kollektor (oben) sowie jeweils auftretende Maximaltemperaturen im Solarkreis bei einem Systemüberdruck von 1 bar (unten).

Solarthermische Anlagen sind schon lange am Markt etabliert und können einen wesentlichen Beitrag zur Deckung des Wärmebedarfs von Gebäuden für Heizung und Warmwasserbereitung leisten. In der Praxis führen hohe thermische Lasten im Stagnationsfall (keine Durchströmung bei solarer Einstrahlung) zu einer aufwändigen Systemtechnik, der Beeinträchtigung der Betriebssicherheit und erfordern einen entsprechenden Wartungsaufwand, was die Wirtschaftlichkeit und allgemeine Attraktivität derartiger Anlagen mindert.

Zur Vermeidung von Stagnationslasten in Solarkreisen gibt es unterschiedliche Ansätze, die zumeist darauf basieren die überschüssige Wärme durch zusätzliche Rückkühlanlagen abzuführen oder den Solarkreis zu entleeren (Drain-Back), wobei jeweils aufwändige Anlagen- und Regeltechnik erforderlich ist. Durch den Einsatz von Wärmerohrkollektoren können Stagnationslasten direkt im Kollektor vermieden werden. Das Funktionsprinzip ist unabhängig von einer Regelung oder mechanisch beanspruchten Bauteilen, wie Ventilen, sodass die Anlagen- und Sicherheitstechnik deutlich vereinfacht werden kann. Die Begrenzung der Temperatur erfolgt unter Ausnutzung des physikalischen Effekts der sog. Austrocknungsgrenze von Wärmerohren und ist damit absolut eigensicher.

Im Rahmen des Forschungsvorhabens werden neuartige Wärmerohrlösungen mit Temperaturbegrenzung für die Integration in Vakuumröhren- und Flachkollektoren entwickelt, die im Anschluss als Basis für den Transfer in die industrielle Produktion dienen. Es wird eine möglichst hohe Reduktion der Stagnationstemperatur angestrebt, um die Verdampfung des Solarkreisfluids vollständig zu vermeiden. Gleichzeit wird ein Kollektorwirkungsgrad erreicht, der mit marktüblichen Technologien vergleichbar ist. Durch die Verwendung optimiert abschaltender Kollektoren kann in einer typischen Anlage durch einfachere Systemtechnik, einem geringeren Installations- und Wartungsaufwand ein gesamtes Kosteneinsparpotential 20 – 30 % erreicht werden.

Ein weiterer Schwerpunkt ist die Integration von Wärmerohrlösungen in sog. Thermosiphonsysteme (Naturumlaufsysteme). Damit kann die Maximaltemperatur des Trinkwarmwasserspeichers begrenzt, ein Sieden verhindert und die sonst erforderliche Sicherheitstechnik deutlich vereinfacht werden. Durch die Erhöhung der Lebensdauer und die Reduzierung der Anlagenwartung werden auch für den Betrieb von Thermosiphonsystemen mit Wärmerohren signifikante Kostensenkungen erwartet.


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Industriepartner:

NARVA Lichtquellen GmbH + Co. KG, Erzstraße 22, 09618 Brand-Erbisdorf, Deutschland NARVA-Logo
KBB Kollektorbau GmbH, Bruno-Bürgel-Weg 142-144, 12439 Berlin, Deutschland KBB-Logo


Laufzeit:

01.09.2014 – 31.12.2017


Förderung:

Das Projekt „Kostengünstige und zuverlässige Solarsysteme durch neuartige Wärmerohr-Kollektoren“ (FKZ 0325550A-C) wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt bei den Autoren.

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