Entwicklung und Demonstration innovativer, stagnationssicherer solarthermischer Anlagen mit Heat-Pipes-Kollektoren

Ansprechpartner
Bert Schiebler, Dipl.-Ing. (FH)
Tel.: +49 (0)5151-999 524
E-Mail: schiebler@isfh.de

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Schematische Schnittdarstellung eines Wärmerohrs im Betriebsbereich und während Stagnation sowie eine mögliche Solarkreiskonfiguration eines optimierten Solarsystems mit Überhitzungsschutz

Solarthermische Anlagen sind als energieeffiziente erneuerbare Wärmeerzeuger schon lange am Markt etabliert. Hohe Kosten und Komplexität stellen aber wesentliche Barrieren zur Verbreitung dar und verhindern die Erschließung ihres großen Potentials. Neue technische Lösungen zur Verbesserung ihrer Wirtschaftlichkeit und allgemein zur Steigerung ihrer Akzeptanz sind dringend gefragt. Neuartige Sonnenkollektoren mit Wärmerohren (engl. heat pipes) bieten hierzu einen viel versprechenden Ansatz. Durch die gezielte Auslegung der Wärmerohre wird eine Begrenzung der Maximaltemperatur im Solarkreis auf 125°C erreicht ohne die Leistungsfähigkeit im Anwendungstemperaturbereich zu beeinträchtigen. Die Entschärfung der Stagnations- bzw. Überhitzungsproblematik ermöglicht günstigere Systemkonfigurationen mit Verrohrungen aus Kunststoff, kleiner dimensionierten Kompensationsgefäßen und preiswerten Solarstationen. Durch eine einfachere Installation und einen wartungsarmen Betrieb ist für diese Systeme eine deutlich höhere Kosteneffizienz zu erwarten.

Derartige Kollektoren wurden im Rahmen des Forschungsvorhabens „HP-Koll“ (BMWi, FKZ 325550 A-C) erfolgreich entwickelt und bewertet. Die Erkenntnisse über ihr Systemverhalten und ihre wirtschaftlichen Vorteile basieren auf Tests an konventionellen Trinkwarm-wasseranlagen unter Laborbedingungen, Simulationen und Kostenschätzungen. Zentrales Projektziel des aktuellen Forschungsvorhabens „HP-SYS“ ist die Konzeptionierung und Erprobung neuartiger solarthermischer Anlagen im Feld. Dabei sollen Flach- und Vakuumröhrenkollektoren mit Wärmerohren zum Einsatz kommen, die einen stagnationssicheren und dampffreien Betrieb gewährleisten. Durch günstigere Komponenten und geringeren Aufwand für Installation und Betrieb wird eine Senkung der Wärmegestehungskosten um 20-30 % im Vergleich zu Standardsystemen erwartet, was im Projekt geprüft werden soll.

Das Forschungsvorhaben gliedert sich in zwei wesentliche Phasen: In einer ersten Phase werden die neuen Komponenten (Rohrleitungssysteme, Solarstationen) im Labor untersucht sowie Systemkonfigurationen mit Flach- und Vakuumröhrenkollektoren erarbeitet und experimentell getestet. In einer zweiten Phase werden ausgewählte Konfigurationen in realen Demonstrationsanlagen realisiert und umfassend untersucht. Ziel des Anlagenmonitorings ist die Bewertung der Systemleistung, des Verhaltens im Stagnationsfall und der Gebrauchstauglichkeit neuer Komponenten in realen Solarkreisen sowie die Prüfung deren Wirtschaftlichkeit. Die experimentellen Labor- und Felduntersuchungen werden durch Simulationen begleitet, welche die Anlagen mit ihren thermohydraulischen Eigenschaften beschreiben.


Veröffentlichungen:


Industriepartner:

AKOTEC Produktionsgesellschaft mbH, Grundmühlenweg 3, 16278 Angermünde, Deutschland Logo AKOTEC
KBB Kollektorbau GmbH, Bruno-Bürgel-Weg 142-144, 12439 Berlin, Deutschland KBB-Logo


Laufzeit:

Gesamtvorhaben: 01.11.2018 – 31.10.2021

KBB-Teilvorhaben: 01.11.2018-29.02.2020


Förderung:

Das Projekt „Entwicklung und Demonstration innovativer, stagnationssicherer solarthermischer Anlagen mit Heat-Pipes-Kollektoren“ (FKZ 03ETW005A-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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