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Untersuchungen zum Stagnationsverhalten von thermischen Solarsystemen

Untersuchungen zum Einfluss von Kollektorverschaltung, Rohrführung und Armaturenanordnung auf das Stagnationsverhalten von thermischen Solarsystemen.

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.


Auftraggeber

Europäische Kommission, GDXII, CRAFT-JOULE Programm

Projektpartner

Fraunhofer Institut für Solare Energie Systeme (FhG-ISE), Freiburg, Deutschland
Sonnenkraft Vertriebs-GesmbH, Klagenfurt, Österreich
Technische Alternative, Amaliendorf, Österreich Solvis, Braunschweig, Deutschland
Tyforop, Hamburg, Deutschland
Pumpenfabrik Scherzinger, Furtwangen, Deutschland

Publikationen

Vermessung des Stagnationsverhaltens von Kombi-Systemen

Tagungsbeitrag Zehntes Symposium Thermische Solarenergie, Staffelstein, Deutschland, 2000 (3 Seiten), R. Hausner, C. Fink

Stagnation behaviour of thermal solar systems

2001 (8 Seiten), R. Hausner, C. Fink

Strategien zur Vermeidung von unzulässigen Temperaturbelastungen an Anlagenkomponenten im Stagnationsfall

Tagungsbeitrag, Gleisdorf 2001 (10 Seiten), C. Fink, R. Hausner

Das Verhalten von Solarsystemen im Stagnationsfall

Ein günstiges Stillstandsverhalten ist für einen langjährigen, zuverlässigen und möglichst wartungsfreien Betrieb von thermischen Solaranlagen von großer Bedeutung.
Insbesondere bei Anwendungen zur solarthermischen Heizungsunterstützung rückt das Thema Stillstandsverhalten in das Blickfeld von Herstellern und Betreibern, denn diese Anlagen befinden sich im Sommer aufgrund fehlender Last sehr häufig im Stillstand.

Stagnation behaviour of thermal solar systems

The standstill behaviour of three thermal solar combi-systems was measured during a summer period. On the basis of the measurements performed, the stagnation procedure generally can be divided into five typical phases, apart from differences arising from differences in the type of plant.

Status

abgeschlossen