AG Kollektoren
Die Arbeitsgruppe Kollektor führt Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zu Sonnenkollektoren und zum Kollektorkreis durch. Die Kriterien Leistungssteigerung, Kostensenkung und Qualitätssicherung bei den Produkten und Systemen sind Ziele unserer Arbeit. Mit unseren Tätigkeiten innerhalb dieser Felder wollen wir die Erschließung neuer solarthermischer Anwendungen sowie die langfristige Funktionssicherheit von Kollektoranlagen und damit den weiteren Ausbau der Solarthermie unterstützen.
Hocheffizienzkollektoren
Wir sind der Überzeugung, dass für die weitere Verbreitung solarthermischer Anwendungen Kollektoren mit hohem Wirkungsgrad im Temperaturbereich von 70 bis 120°C vonnöten sind. Diese finden Verwendung in solar unterstützten Prozesswärmeanwendungen und Raumheizungsanlagen mit hohem Deckungsanteil. Daher verfolgen wir verschiedene Ansätze zur weiteren Steigerung der Leistungsfähigkeit für die genannten Temperaturbereiche. So erarbeiten wir die Grundlagen für Flachkollektoren auf Basis von Zweischeibenverglasungen mit niedrig emittierender Beschichtung und konzentrieren uns dabei auf die Optimierung der Leistungsfähigkeit bei gleichzeitiger Sicherstellung der Gebrauchstauglichkeit.
Grundlagen und Kostenminimierung
Die Untersuchung der Wärmetransportvorgänge im Sonnenkollektor ist ein wichtiges grundlegendes Arbeitsgebiet. Dies gilt sowohl für die Wärmeverluste als auch die thermischen Widerstände im Nutzwärmepfad. Ein Kollektor- Optimierungsziel ist es, mit einem möglichst geringen Aufwand einerseits die thermischen Verluste zu begrenzen und andererseits den Wärmeübergang an den Wärmeträger zu verbessern. Dabei muss der Einsatz von teuren Materialien ohne Einbußen an Funktion und Leistung reduziert werden und gleichzeitig der Fertigungsaufwand minimiert werden. In Kooperation mit unseren Industriepartnern setzen wir unsere Erfahrung und unsere umfassenden apparative Ausstattung für Kollektoroptimierungsprojekte ein.
Gebäudeintegration
Die Integration von Kollektoren in die Gebäudehülle ermöglicht architektonisch attraktive Lösungen und Kostenersparnisse durch Synergieeffekte. Die Gebäudeintegration verlangt besondere Kollektorkonstruktionen, bei denen neben Fragen der Systemleistung auch mechanische und bauphysikalische Integration beachtet werden müssen. Neben Lösungen für Fassadenkollektoren wurden in bisherigen Projekten auch Konzepte zur Umgestaltung von Metalldächern als großflächige Sonnenkollektoren bearbeitet.
Verglasungselemente
Mit multifunktionalen Verglasungen kann die Sonnenstrahlung für Beleuchtungszwecke oder vor opaken Außenwänden zur solar-passiven Raumheizung (Transparente Wärmedämmung) genutzt werden. Unser Schwerpunkt ist dabei die Entwicklung von Licht lenkenden Mikrostrukturen und ihre Integration in hoch wärmedämmende Isolierverglasungen, die durch die strukturimmanente Wirkung zur sonnenstandsabhängigen Abschattung der Direktstrahlung einen hohen Nutzen im Winter bei deutlich reduzierter Überhitzungsproblematik im Sommer aufweisen.
Betriebssicherheit und Stagnation im Solarkreis
Von höchster Bedeutung für Solarthermieanlagen ist die langfristige Funktionssicherheit. Daher ist ein wichtiger Fokus unserer Arbeiten das Stagnationsverhalten von Kollektorkreisen. Im Stagnationsfall kommt es zur Verdampfung des Kollektorwärmeträgers, und in der Folge können Schäden an temperaturempfindlichen Komponenten des Kollektorkreises entstehen. Wir haben experimentelle Verfahren zur Analyse des Stagnationszustands, Strategien zur Risikominderung und Vorhersagemodelle für Dampfreichweiten und Dampfproduktionsleistungen entwickelt.
Lokale Verdampfung kann auch in durchströmten Kollektorfeldern auftreten, und zwar dann, wenn durch ungleichmäßige Durchströmung örtlich begrenzt Temperaturen oberhalb der Verdampfungstemperatur auftreten. In welchen Fällen solche Situationen entstehen und wie sie zu beherrschen sind, wird in einem aktuellen Forschungsprojekt untersucht.
Diese Erkenntnisse zur sicheren Funktion von Kollektorkreisen werden für die Bearbeitung weiterer Fragestellungen genutzt, z. B. um die Belastung von Pumpen oder die Alterung von Membranausdehnungsgefäßen zu ermitteln bzw. die Entlüftung oder das Strömungsverhalten in realen Anwendungen zu bewerten.
Gruppenleiter
Dr. Federico Giovannetti
Tel.: +49 (0) 5151-999 501
E-Mail: f.giovannetti@isfh.de
