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MidTempColl

Entwicklung von hocheffizienten und kostenoptimierten Mitteltemperaturkollektoren für solarthermische Großanlagen.


Im gegenständlichen Projektvorhaben wird eine Entwicklung für einen speziell in solarthermischen Großanlagen geeigneten Mittel­temp­er­atur­kollektor (Temperaturbereich 80 bis 120°C) verfolgt. Dabei soll ein gänzlich neuartiges Vakuumröhrenkollektorkonzept  mit besonderer Eignung für Serienschaltungen (große thermische Län­gen) in Verbindung mit einem neuartigen Verteil- und Sammler­konzept entwickelt werden.

Um den Markt für solarthermische Anlagen weiter zu steigern, besteht noch erhebliches Potenzial bei der Einbindung in Wärmenetze, in industrielle Prozesse sowie in gewerbliche An­wendungen. Da es sich bei diesen Anwendungen zumeist um große Kollektorfelder und Systemtemperaturen über 70°C handelt, werden dazu entsprechend großformatige Kollektoren mit hoher Effizienz im Temperaturbereich 80 bis 120°C benötigt. Darüber hinaus bestehen besondere Anforderungen hinsichtlich flexibler Kollektorhydraulik, einfacher Befestigungstechnik und hoher Kosteneffizienz.

In der aktuellen Umsetzungspraxis wird diesem Umstand nur teilweise Rechnung getragen, da zumeist herkömmliche Flach- bzw. Vakuumröhrenkollektoren verwendet werden. Handelsübliche Flachkollektoren werden zwar als großformatige Elemente ange­boten, weisen aber bereits am unteren Ende des geforderten Tem­peratur­bereichs (80 bis 120°C) geringe Wirkungsgrade auf. Von drei europäischen Herstellern werden aktuell modifizierte Kollektor­produkte mit zwei Abdeckungen (Glas/Glas bzw. Glas/Kunststoff­folie) zur Reduktion der konvektiven Wärmeverluste angeboten. Die dadurch erzielten energetischen Vorteile werden  aber aufgrund anderer Nachteile mehr als kompensiert. Kollektoren mit Zwei­scheiben­isolierverglasung sind zum einen kostenintensiv und steigern zum anderen das Kollektorgewicht erheblich. Kollektoren mit einer Kunststofffolie (im Wesentlichen Fluorpolymere) als zweite Abdeckung zeigen in der Praxis erhebliche Probleme im Zusammenspiel zwischen Langzeitstabilität des Folienmaterials und geeigneten Spanntechniken. Daraus resultieren erhebliche Quoten an Ausschusskollektoren (sowohl in der Produktion als auch im Betrieb), eine reduzierte Kollektoreffizienz sowie ein negatives optisches Erscheinungsbild (durch gerissene Folien bzw. im ungerissenen Zustand durch starkes Durchhängen bzw. Falten­bildung).

Marktübliche Vakuumröhrenkollektoren eignen sich hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit vorzüglich für den Einsatz im oben genannten Temperaturbereich. Da diese aber nicht für die speziellen Anforder­ungen in solarthermischen Großanlagen angepasst sind (Größe, Hydraulik, Befestigung, etc.), sind aufwendige technische Lösungen, erhöhte Wärmeverluste und unverhältnismäßig hohe Kosten die Folge. Zusätzlich zeigen zahlreiche Praxisbeispiele hydraulische Probleme (ungleiche Kollektordurchströmung, partielle Stagnation, etc.) infolge der notwendigen Verschaltung von einer Vielzahl an Kollektoreinzelelementen, was beim Ausfall einzelner Teilfelder zu erheblichen Ertragseinbußen führen kann.

Resultierend aus den oben genannten Gründen besteht aus der Sicht des Projektkonsortiums ein erhöhter Bedarf an speziell für den Einsatz in Großanlagen entwickelten und auch dauerhaft funktionie­renden Kollektorkonzepten im Temperaturbereich 80 bis 120°C. Genau hier setzt das gegenständliche Forschungsvorhaben an und beschäftigt sich mit der grundlegenden Neuentwicklung eines kostengünstigen, direkt durchströmten Vakuumröhrenkollektorkon­zeptes speziell für die Anwendung in großen solarthermischen Anlagen. Erklärte Zielsetzung ist dabei das Erreichen einer ange­passten Kollektorhydraulik  (quasi Endlosverrohrungen mit großen thermischen Längen in Verbindung mit einem neuartigen Verteil- und Sammlerkonzept; ein günstiges Stagnationsverhalten infolge gut entleerender Kollektorfelder), ein einfaches Befestigungssystem sowie eine erhebliche Reduktion der Produktionskosten je m² Kollektorfläche.

Abschließend erfolgt ein Transfer der Ergebnisse an die Zielgruppen sowie das Einbringen der Erkenntnisse in Arbeitsgruppen der IEA-SHC. Durch das Projekt soll ein erster wichtiger Baustein für die breite Umsetzung von solarthermischen Großanlagen in Wärmenetzen als auch bei industriellen Prozessen gelegt werden.


Auftraggeber

Klima und Energiefonds www.klimafonds.gv.at
Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft mbH (FFG) www.ffg.at

Projektpartner

Johannes Kepler University Linz (JKU-IPMT) www.jku.at
Sunlumo Technology GmbH www.sunlumo.at
ökoTech Produktionsgesellschaft für Umwelttechnik m.b.H. www.oekotech.biz
S.O.L.I.D. Gesellschaft für Solarinstallation und Design GmbH www.solid.at

Status

abgeschlossen