HP-Koll – Kostengünstige und zuverlässige Solarsysteme durch neuartige Wärmerohr-Kollektoren

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 wurden neuartige Wärmerohrlösungen mit Temperaturbegrenzung für die Integration in Vakuumröhren- und Flachkollektoren entwickelt, die als Basis für den Transfer in die industrielle Produktion dienen. Ziel war eine möglichst hohe Reduktion der Stagnationstemperatur, um die Verdampfung des Solarkreisfluids vollständig zu vermeiden. Gleichzeit wurde 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.

Downloads

• B. Schiebler, F. Giovannetti: Kostengünstige und zuverlässige Solarsysteme durch neuartige Wärmerohr-Kollektoren,  Abschlussbericht zum Vorhaben. Dezember 2018
• S. Föste, B. Schiebler, F. Giovannetti, G. Rockendorf G., S. Jack: Butane heat pipes for stagnation temperature reduction of solar thermal collectors, Energy Procedia 91 p. 35-41, 2015
• S Jack, J. Parzefall T. Luttmann, F. Giovannetti: Flat plate aluminium heat pipe collector with inherently limited stagnation temperature, Energy Procedia 48 p. 105-113, 2014