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Solarthermische Kunststoffkollektoren mit integriertem Überhitzungsschutz

Bildquelle: Solarnor, N

Vor dem Hintergrund stark steigender Rohstoffpreise für thermische Solarkollektoren stellen Vollpolymerkollektoren eine viel versprechende preisgünstige Alternative für einen breiten Einsatz im Niedertemperaturbereich dar. Allerdings muss bei preisgünstigen Polymermaterialien deren eingeschränkter Arbeitstemperaturbereich berücksichtigt werden und deshalb müssen Maßnahmen zur Temperaturbegrenzung getroffen werden. Eine Möglichkeit dazu stellen bei verglasten Kollektoren thermotrope Schichten dar, die ihre solare Transparenz temperaturabhängig ändern. Mittels theoretischer Modellierung wurden Entwicklungsziele für solche Schichten errechnet.

Das wesentliche Ziel dieser Arbeit war es, das Potenzial thermotroper Schichten für den Überhitzungsschutz von Vollkunststoff-Flachkollektoren mittels theoretischer Modellierung zu ermitteln. Dafür wurden Berechnungen durchgeführt, die den Einfluss thermotroper Schichten auf die allgemeine Kollektorleistungsfähigkeit aufzeigten und die notwendigen optischen Eigenschaften der thermotropen Schichten wie ihre solare Transmission im klaren und im opaken Zustand und die Schalttemperaturen bzw. Schaltcharakteristiken ableiten ließen.

Die Untersuchungen zeigten, dass die maximalen Absorbertemperaturen mit thermotropen Verglasungssystemen geeignet begrenzt werden können. Allgemein ist der Einfluss der thermotropen Schicht auf den Normalbetrieb eines Kollektors gering, solange ihre Transparenz im klaren Zustand einen Wert von 85% nicht unterschreitet. Kollektoren mit Doppelverglasung und nicht selektiv beschichtetem Absorber sind in Kombination mit einer thermotropen Verglasung am besten geeignet. Für diese Konfiguration ist die Entwicklung und Auslegung der thermotropen Schicht mit einer hemisphärischen solaren Resttransmission von etwa 25% notwendig um Stagnationstemperaturen des Kollektors von etwa 85 °C zu erreichen; bei eine Resttransmission von etwa 60% hingegen steigt die Stagnationstemperatur auf etwa 130 °C an.

Für einen guten Wirkungsgrad des Kollektors im Normalbetriebszustand ist ein rascher und steil verlaufender Schaltprozess notwendig. Um z. B. eine Stagnationstemperatur von etwa 85 °C zu erreichen, muss für die angeführte Kollektorkonfiguration das Schaltintervall bei etwa 50 – 60 °C liegen (thermotrope Schicht an der Innenseite der Verglasung), bzw. bei etwa 80 - 85 °C (thermotrope Schicht am Absorber). Für höhere zulässige Stagnationstemperaturen sollte es entsprechend höher liegen.


Projektleitung:

DI. Robert Hausner

Auftraggeber:

Polymer Competence Center Leoben GmbH (PCCL)

Status:

laufend

Publikationen:

Solarthermische Kunststoffkollektoren mit integriertem Überhitzungsschutz

Kunststoffkollektoren besitzen aufgrund eines einfachen und weitgehend automatisierbaren
Fertigungsablaufs signifikante Kostenreduktionspotentiale. Allerdings ist bei Kollektoren aus kostengünstigen Polymerwerkstoffen ein kunststoffgerechtes Design vorzusehen, das auch eine Begrenzung der maximalen Kollektortemperaturen erfordert.

Modellierung von Kunststoffkollektoren mit Überhitzungsschutz

Das wesentliche Ziel dieser Arbeit war es, das Potenzial thermotroper Schichten für den
Überhitzungsschutz von Vollkunststoff-Flachkollektoren mittels theoretischer Modellierung,
zu ermitteln. Dafür wurden Berechnungen durchgeführt, die den Einfluss thermotroper
Schichten auf die allgemeine Kollektorleistungsfähigkeit aufzeigten und die notwendigen optischen Eigenschaften der thermotropen Schichten wie ihre solare Transmission im klaren und im opaken Zustand und die Schalttemperaturen bzw. Schaltcharakteristiken ableiten ließen.

 
 
 
 

 
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6. - 7. Nov. 14

International Conference on Solar Energy Technology in Development Cooperation

Ort: mainhaus Stadthotel Frankfurt, Germany

Veranstalter: Otti