Solarthermische Kunststoffkollektoren mit integriertem 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.

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.