Study on stagnation behaviour of solar thermal system

Die in den letzten Jahren stetig verbesserte Effizienz von Sonnenkollektoren ist zwar in Bezug auf höhere Solarerträge zu begrüßen, stellt aber aufgrund der hohen erreichbaren Kollektortemperaturen bei einem möglichen Anlagenstillstand eine enorme thermische Belastung für das gesamte Anlagensystem dar. Stagnation tritt auf, wenn die Umwälzpumpe trotz entsprechender Einstrahlung stillsteht, dem Kollektor also keine Energie entzogen werden kann. Die Ursache hierfür kann auf die Anwendung bzw. die Dimensionierung, auf einen technischen Defekt oder auf einen Stromausfall zurückgeführt werden. Verschiedene technische Phänomene (Kondensationsschläge, Abblasen durch das Sicherheitsventil trotz korrekt dimensionierter Ausdehnungsgefäße), wie auch zahlreiche Schäden (Lecks und defekte Anlagenkomponenten) an Anlagen infolge von Stagnation zeigen die Notwendigkeit der Berücksichtigung der Vorgänge im Zustand der Stagnation bei der Planung von thermischen Solaranlagen deutlich auf.

Im Zuge von durchgeführten Laboruntersuchungen sowie Untersuchungen an drei Feldanlagen konnten in der ersten Phase des Projektes die Vorgänge während des gesamten Stagnationszeitraumes erfasst und in fünf typische Phasen untergliedert werden. Um eine möglichst geringe thermische Belastung des gesamten Anlagensystems zu erreichen, gilt es die Kollektorhydraulik so zu wählen, dass schon in Phase 2 (Ausdrücken der Flüssigkeit aus dem Kollektor durch erste Dampfbildung) eine nahezu vollständige Entleerung des Kollektors erfolgt und somit die kritische Phase 3 (Leersieden des Kollektors – Phase mit Sattdampf) möglichst schnell durchlaufen werden kann. Zusätzlich zu Untersuchungen zum Entleerungsverhalten wurden mittels Drucksensoren bzw. Mikrofonen Kondensationsschläge erfasst und analysiert.

In der zweiten Projektphase wurden Lösungsvorschläge für den kontrollierten Ablauf der Anlagenstagnation erarbeitet und an den Feldanlagen erprobt. Praxistaugliche Lösungen wurden definiert und den partizipierenden Unternehmen zur Verfügung gestellt. Kontinuierliche Messungen sowie Alterungstests an Wärmeträgermedien vervollständigten die Arbeiten innerhalb dieses CRAFT-JOULE Projektes.