Kollektoren

Die Unterstützung von Wärmenetzten und industriellen Prozessen nimmt bei den solarthermischen Anwendungen an Bedeutung zu. Höhere Betriebstemperaturen, größere Felder und sehr differenzierte Lastprofile erfordern angepasste Lösungen für Komponenten und Systeme. Die Gruppe befasst sich hierzu mit der Erarbeitung und Erprobung neuer Konzepte sowie mit der Analyse und Optimierung des hydraulischen Verhaltens von Kollektorfeldern. Ein zentrales Thema ist dabei das Stagnationsverhalten von Solaranlagen und seine Auswirkung auf ihre langzeitige Funktionssicherheit sowie Wirtschaftlichkeit. Die Verdampfung des Kollektorwärmeträgers kann zu Schäden an temperaturempfindlichen Komponenten des Kollektorkreises führen und zusätzliche Kosten verursachen. Die Gruppe verfügt über eine langjährige Erfahrung mit der Analyse des Stagnationszustandes sowie mit der Erarbeitung von Strategien zur Risikominimierung. Ein Schwerpunkt liegt bei der Entwicklung neuartiger Kollektoren, die eine deutliche Senkung der Temperaturen im Solarkreis und einen dampffreien Betrieb der Anlagen eigensicher ermöglichen. Zwei erfolgreiche Konzepte und weiterverfolgte Konzepte stellen dabei die Steuerung des zweiphasigen Wärmetransportes in Gravitationswärmerohren (heat pipes) und der Einsatz von Solarabsorbern mit temperaturabhängigen optischen Eigenschaften (thermochrome Schichten) dar.

Die Integration von thermischen und hybriden, photovoltaisch-thermischen Kollektoren in die Gebäudehülle ermöglicht architektonisch attraktive Lösungen sowie Kostenersparnisse durch Synergieeffekte. Sie stellt damit eine wichtige Voraussetzung für eine höhere Akzeptanz und eine erfolgreiche Verbreitung der solaren Technologien in der Baupraxis dar. Die Gebäudeintegration bzw. die solare Aktivierung der Gebäudehülle verlangt neuartige Designs: Zusätzlich zu den Fragen der Systemleistung müssen hier auch konstruktive, bauphysikalische und gestalterische Aspekte beachtet werden. In Kooperation mit Bauindustrie, Architektur- und Planungsbüros erarbeiten wir Lösungen für die Fassaden von Wohn- und Nicht-Wohngebäuden sowie Konzepte zur Umgestaltung von Dächern als großflächige Sonnenkollektoren. Systemisch liegt der Schwerpunkt auf der Nutzung der Gebäudehülle als Wärmequelle in Wärmepumpensystemen. Bei der Entwicklung werden zudem die aktuellen Themen des seriellen Bauens und Sanierens sowie die Arbeitsmethode Building Information Modeling (BIM) adressiert.

Hybride, photovoltaisch-thermische (PVT) Anlagen können gleichzeitig Wärme und Strom aus Solarstrahlung erzeugen und somit eine sehr hohe flächenspezifische Effizienz erreichen. Dieser fast 50 Jahre alte Prinzip erlebt durch die starke Marktentwicklung von Wärmepumpen und Photovoltaik eine Renaissance und kann in verschiedenen Anwendungsgebieten zu signifikanten CO2-Einsparungen führen. Der Fokus der Gruppe richtet sich auf die Entwicklung nicht abgedeckter Module und Anlagen für eine effiziente Integration in Wärmepumpe-basierte Energieversorgungssysteme. Dabei profitieren wir von den Kompetenzen der weiteren Arbeitsgruppen beider Abteilungen Solare Systemtechnik und Photovoltaik. Ein weiterer Schwerpunkt liegt bei der Entwicklung praxistauglicher Tools zur Auslegung und Bewertung der Systeme.

Solarthermie kann nur in seltenen Fällen die komplette Wärmeversorgung von Gebäuden, Quartieren oder Industrieprozessen übernehmen. Sie lässt sich aber mit allen fossilen und erneuerbaren Wärmetechnologien sehr vorteilhaft kombinieren und bietet dabei ein großes, noch nicht erschlossenes Potential zur Schonung der Ressourcen und Senkung der Treibhausemissionen. Bei zunehmend multivalent werdenden Lösungen spielt ihre Systemintegration eine entscheidende Rolle. Ziel der Gruppe ist hierzu die Minimierung der Systemkomplexität und die Steigerung der Systemeffizienz durch eine systemorientierte Entwicklung von Komponenten, Verschaltungen und Regelungen. Dafür werden auch Hardware-in-the-Loop Methoden verwendet sowie reale Anlagen oder Teile davon durch digitale Zwillinge simulativ abgebildet und analysiert.