Energie mit Zukunft

Energie mit Zukunft
Forschungsmag 2015

Inhaltsverzeichnis
TECHNOLOGIE-
FELDER

VORSTELLUNG InES 4
ANSPRECHPARTNER 5
Technologiefeld
Bioenergietechnik 8
Technologiefeld
Solarenergietechnik 14
Technologiefeld
Energiesystemtechnik 24
Regional & International 34
3

Das Team des Instituts für neue Energie-Systeme
Das InES
Das Institut für neue Energie-Systeme
(InES) ist eines von drei Instituten für
Angewandte Forschung der Technischen
Hochschule Ingolstadt. Bei InES
betreiben gegenwärtig vier Professoren
sowie achtzehn wissenschaftliche Mitarbeiter
und Doktoranden angewandte
Forschung im Bereich Technik Erneuerbarer
Energien.
Die Forschungsarbeiten des InES sind
innerhalb der Technologiefelder Bioenergietechnik,
Energiesystemtechnik
und Solarenergietechnik angesiedelt.
Die anwendungsorientierten Forschungs
vorhaben werden überwiegend in
Zusammen arbeit mit mittelständischen
Industriepartnern sowie mit Forschungs
einrichtungen und Partnerhochschulen
durchgeführt. Eine
Auswahl der bisherigen InES Forschungsprojekte
ist zu finden unter:
www.RegIN-plus.de/wissenslandkarte
Institut für neue Energie-Systeme
Bio
Bioenergietechnik
Flexibilisierung
der Energieproduktion
Biogas-
Anlagentechnik
BioErdgastechnik
Systeme
Energiesystemtechnik
Nahwärmesysteme
Energiekonzepte
Energieeffizienz
in der Industrie
Speichertechnik
Internationalisierung
Regionaler Knowhow-Transfer
Öffentlichkeitsarbeit
Solar
Solarenergietechnik
Solare Wärme
& Kälte
Solarkollektoren
Photovoltaik-
Anwendungen
4

Ihre Ansprechpartner
Institutsleitung
Themen: Solare Wärme und Kälte, dezentrale (off-grid)
Photovoltaik, Biogas und Holzheizkraftwerke,
internationale Projekte
Prof. Dr.-Ing. Wilfried Zörner
(0841) 9348-2270
wilfried.zoerner@thi.de
Themen: Energiesystemtechnik, Solare Wärme und Kälte,
Netzwerkmanagement
Dr. Christoph Trinkl
(0841) 9348-3720
christoph.trinkl@thi.de
Professoren
Themen: Biogas, Verbrennung und Vergasung von Biomasse,
Anlagenoptimierung, Simulation, Methanisierung
Prof. Dr.-Ing. Markus Goldbrunner
(0841) 9348-3420
markus.goldbrunner@thi.de
Themen: Gebäudeenergietechnik, Gebäudesimulation,
Nahwärmenetze, Solares Bauen, Lebenszyklusanalyse
Prof. Dr.-Ing. Tobias Schrag
(0841) 9348-2820
tobias.schrag@thi.de
Themen: Windkraftanlagen, Inselnetze, Regelungs- und
Umrichtertechnik
Prof. Dr.-Ing. Daniel Navarro
(0841) 9348-2761
daniel.navarro@thi.de
Technologiefeldleitung Solarenergietechnik
Dr.-Ing. Michael Klärner
(0841) 9348-6310
michael.klaerner@thi.de
Technologiefeldleitung Bioenergietechnik
Matthias Sonnleitner M.Phil.
(0841) 9348-6490
matthias.sonnleitner@thi.de
5

Prof. Dr.-Ing. Wilfried Zörner
Institutsleitung
Woran forscht das Institut für neue Energie-Systeme im Bereich erneuerbare Energien?
Wir forschen für die Energiewende, und zwar ganz konkret. Aktuell gehen wir zum Beispiel der Frage nach, wie Solarwärme und
Solarstrom gemeinsam in einem Einfamilienhaus eingesetzt werden können. Außerdem forschen wir im Bereich Bioenergie. Hier
überlegen wir, wie Stromerzeugung aus biogenen Grundstoffen nach Bedarf funktionieren kann, damit Lücken in der Stromversorgung
aus Solar­ und Windenergie ausgeglichen werden können.
Warum ist die Forschung gerade in diesem Bereich so wichtig?
Der Klimawandel lässt sich nicht verschieben. Wir müssen seine Folgen lindern. Und: Die Preise für die immer knapper werdenden
Energierohstoffe ziehen in Zukunft massiv an. Die Menschen brauchen zeitnah praktikable Alternativen. Die deutsche
Industrie hat in erneuerbaren Energien einen Spitzenruf. Diesen Ruf gilt es, aufrecht zu erhalten. Wir als Forschungspartner der
Unternehmen können daran mitwirken.
Welche Ziele sind mit Ihren Forschungsaktivitäten verbunden?
Wir wollen einen nachhaltigen, zukunftsfähigen Beitrag dafür leisten, dass sich der Standort Bayern weiter im Bereich erneuerbare
Energien profiliert. Wir bilden höchstqualifizierte Nachwuchskräfte für Unternehmen aus und unterstützen die vorrangig
mittelständische Industrie mit unserer Forschung.
Sie planen auf dem THI-Campus ein hochmodernes Prüfzentrum für Solarsysteme und -komponenten.
Was ist das Besondere daran?
Das Prüfzentrum wird auf dem Dach unseres Erweiterungsbaus eingerichtet. So etwas in dieser Dimension gibt es an bayerischen
Forschungseinrichtungen noch nicht. Mit dem Prüfzentrum für Solarsysteme und ­komponenten wird Ingolstadt zum
Zentrum der Solarenergieforschung in Bayern.
Wie geht es weiter?
Die Energiewende wird kommen und muss kommen. Die ganze Welt hat dabei hohe Erwartungen an Deutschland. Wir unterstützen
mit unserer Forschung den Fortschritt in unserem Land, wollen unsere Forschungsergebnisse aber auch international
nutzbar machen. Dafür stehen wir in engem Kontakt zu unseren Forschungspartnern, z.B. im südlichen Afrika, aber auch in
Nordost­Europa.
6

Prüfzentrum für Solarsysteme und ­komponenten
Der Atriumbau der Technischen Hochschule Ingolstadt mit dem neuen Prüfzentrum für Solarsysteme und -komponenten,
welches unter Anderem einen Teil der Dachfläche des Gebäudes nutzen wird.
Die Outdoor-Prüffläche mit insgesamt 360 Quadratmeter wird folgende Einrichtungen aufweisen: Solarthermie-Tracker (blau), Hybrid-Inselanlage
(grün), Beregnungsprüfstand (rot), Prüfflächen für Thermosiphon-Anlagen (gelb), sowie PV-Tracker und Prüfflächen für thermische Solarkollektoren
und PV-Anlagen.
7

„DER EFFIZIENTE UND FLEXIBLE EINSATZ
BIOGENER ROHSTOFFE MUSS IM
VORDERGRUND STEHEN“
PROF. DR.-ING. MARKUS GOLDBRUNNER
8

Technologiefeld Bioenergietechnik
Forschungsprojekte des Technologiefelds
Bioenergietechnik widmen sich der
nachhaltigen Bereitstellung von Energie
aus nachwachsenden Rohstoffe. Die Anlagentechnik
von Holzheizkraftwerken
und Biogasanlagen bilden dabei den
Schwerpunkt.
Durch Simulationen und Vor­Ort­
Messungen an solchen Anlagen werden
unterschiedliche Fragestellungen zur
Komponenten­ und Systemoptimierung
sowie steuerbaren Stromerzeugung
bearbeitet.
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Projektumfeld
Mit dem Ausbau der erneuerbaren
Strom erzeugung durch Wind­ und Solarenergie
steigen die Anforderungen an die
Versorgungssicherheit. Je nach Wetterlage
schwankt die Stromproduktion
erheblich. Um die Netzstabilität in
Zu kunft sicherzustellen, müssen Potenziale
im Bereich des Lastmanagements
und neuer Speichertechnologien
erschlos sen werden. Hierbei bietet die
steuerbare Stromerzeugung aus Biogas
große Vorteile. Im Vergleich zu der Stromspeicherung
durch Druckluft­, Wasserstoff­,
oder Pumpspeicherkraftwerken
kann Biogas bis zu seiner Nutzung ohne
Wirkungsgradverringerung vorgehalten
werden. Ein weiterer Pluspunkt: Viele
Biogasanlagen in Deutschland sind auf
Grund der Anlagenkonfiguration bereits
technisch geeignet auf steuerbare
Strom erzeugung umzusteigen.
10

Projektbeispiel:
Steuerbare Stromerzeugung durch Biogas
Bei dem Forschungsprojekt wurde
der Stand der Technik erfasst und die
Potenziale der steuerbaren Stromerzeugung
heraus gearbeitet. Es wurde
festgestellt, dass durch den hohen Anteil
fluktuierender Stromerzeuger die
Stromerzeugung zukünftig zu großen
Teilen dargebotsabhängig stattfinden
wird. Der Strommarkt sowie das EEG
2012 wurden hinsichtlich der Anreize
zur Direktvermarktung mit steuerbarer
Stromerzeugung analysiert.
ct/kWh
EEG-VERGÜTUNG
DIREKTVERMARKTUNG
STEUERBARE
STROMERZEUGUNG
FLEXIBILITÄTSPRÄMIE
MANAGEMENTPRÄMIE
EEG-VERGÜTUNG
MARKTPRÄMIE
ZUSÄTZLICHER MARKTERLÖS
DURCH STEUERBARE STROM-
ERZEUGUNG
MARKTERLÖSE
MONATSMITTELWERTE
EEG 2012 –
Direktvermarktung
mit steuerbarer
Stromerzeugung
Abbildung 1 zeigt die Zusammensetzung
möglicher Vergütungen, Prämien und
Markterlöse je nach Betriebsmodus der
Anlage und Art der Stromvermarktung.
Die Marktprämie soll außerhalb des EEG,
also im Falle der Stromdirektvermarktung,
das Marktpreisrisiko abdecken.
Sie gleicht den Unterschied zwischen
dem monatlichen Referenzmarktwert,
sprich dem Monatsmittelwert der erzielten
Markterlöse an der Strombörse EPEX
Spot, und der regulären EEG­Vergütung
aus. Liegt beispielsweise der Referenzmarktwert
bei 4,5 Cent je Kilowattstunde,
so erhält der Biogasanlagenbetreiber
bei einer angenommenen EEG­Vergütung
von 20 Cent die Differenz von 15,5
Cent als Marktprämie. Als zusätzlichen
Anreiz für die Stromdirektvermarktung
hat der Gesetzgeber die so genannte
Managementprämie eingeführt. Diese
dient zur Abdeckung des Vermarktungsaufwands
und lag 2013 bei 0,275 Cent/
kWhel. Bis zum Jahr 2015 sinkt diese ab
auf ein Niveau von 0,225 Cent/kWhel.
Das Ziel der Marktprämie besteht zusammen
mit der Managementprämie
darin etwaige Vergütungsnachteile bei
einer flexiblen Fahrweise im Vergleich
zur ursprünglichen EEG­Vergütung
auszugleichen. Den größten Förderfaktor
für die Umstellung einer Anlage auf
steuerbare Stromerzeugung stellt die
Flexibilitätsprämie dar. Hier wird eine
Prämie von 130 €/kWel für die zusätzlich
installierte BHKW­Leistung gewährt
(vereinfachte Darstellung). Bei einer
Durchschnittsleistung von 500 kWel
Abbildung 1
und einer installierten Leistung von 1
MWel ergibt sich beispielsweise eine
Flexibilitätsprämie von 58.500 € pro Jahr
über einen Zeitraum von 10 Jahren.
Hat der Biogasanlagenbetreiber zusätzliche
BHKW­Leistung installiert,
so kann er neben der Flexibilitätsprämie
auch zusätzliche Markterlöse
durch eine bedarfsgerechte Stromerzeugung
generieren, indem die Stromerzeugung
in hochpreisige Zeiten verlagert
wird. Diese Zusatzerlöse, sowie der Bezug
der oben genannten Prämien im EEG
2012 können zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit
einer bestehenden Biogasanlage
beitragen. Basierend darauf
wurden im Forschungsprojekt BioStrom
verschiedene Betriebsszenarien samt
Vergütungssituation ausgearbeitet.
Abbildung 2
Um bestehende Biogasanlagen in
die Lage zu versetzen steuerbar
Strom zu erzeugen sind verschiedene
Modifikationen erforderlich. Das
besondere Augenmerk dabei liegt auf
den Komponenten der Gaskondi­tionierung,
Gasspeicherung, Gasverwertung
und der Wärmeversorgung.
Hierbei wurde festgestellt, dass
grundsätzlich alle relevanten Komponenten
dazu in der Lage sind, Biogasanlagen
zur steuerbaren Stromerzeugung
umzurüsten. Jedoch bedarf
es intelligenter und kosteneffizienter
Anlagenkonzepte (Abbildung 2),
um letztlich einen wirtschaftlichen
Betrieb gewährleisten zu können.
ZUSÄTZLICHER
GASSPEICHER
GASKÜHLUNG
UND VERDICHTUNG
BHKW 1 BHKW 2
TRAFO
Anlagenkonzept
zur steuerbaren
Stromerzeugung
11

Projektrelevante Veröffentlichungen (Auszug)
HÄRING, G.; SONNLEITNER, M.; ZÖRNER, W.; HANBY, V. (2012)
Technical Modifications and Current Legal Framework for Controllable Electricity Production via Biogas Plants in Germany.
In: World Bioenergy 2012, Jönköping (Schweden), 29 – 31.05.2012
HÄRING, G.; SONNLEITNER, M.; ZÖRNER, W. (2012)
BioStrom – Steuerbare Stromerzeugung mit Biogas.
4. Statuskonferenz Energetische Biomassenutzung, Berlin, 05. – 06.11.2012
HÄRING, G.; SONNLEITNER, M.; ZÖRNER, W. (2013)
BioStrom: Steuerbare Stromerzeugung aus Biogasanlagen – Zwischenergebnisse.
BIOGAS 2013 6. Innovationskongress. Osnabrück (Germany), 23. – 24.05.2013
HÄRING, G.; SONNLEITNER, M.; ZÖRNER, W.; (2013)
Möglichkeiten und Herausforderungen bei der bedarfsgerechten Stromerzeugung – Erfahrungen aus Wissenschaft und Praxis.
FNR/KTBL-Kongress Biogas in der Landwirtschaft – Stand und Perspektiven, Kassel (Germany) , 10. – 11.09.2013, S. 123-133.
GOLDBRUNNER, M.; HÄRING, G.; HANBY, V.; SONNLEITNER, M.; WIEDEMANN, L.; ZÖRNER, W. (2014)
BioStrom – Steuerbare Stromerzeugung mit Biogasanlagen
DBFZ Jahrestagung 2014, Leipzig, 1. – 2.10.2014
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Projekt-Information
Projektstart:
Projektlaufzeit:
Fördermittelgeber:
Projektträger:
Förderprogramm:
Projektbudget:
Ansprechpartner:
Kooperationspartner:
2011
3 Jahre
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie
Projektträger Jülich (PTJ)
Optimierung der energetischen Biomassenutzung
473.853,00 €
Prof. Dr.-Ing. Wilfried Zörner (Projektleiter)
Tel: 0841 / 9348 – 2270
wilfried.zoerner@thi.de
Matthias Sonnleitner M.Phil.
(841) 9348-6490
matthias.sonnleitner@thi.de
UTS Biogastechnik GmbH
Abstract
With the expansion of renewable but
fluctuating power generation from wind
and solar energy, the demand placed on
the security and reliability of electricity
supply is increasing. To ensure grid stability
in the future, controllable power
production via biogas plants has a great
technical and economic potential
In this context, the Institute of new
Energy Systems at Ingolstadt University
of Applied Sciences and the biogas plant
manufacturer UTS Biogastechnik GmbH,
Hallbergmoos, Germany, are working on
the research project “BioStrom – Controllable
Electricity Production via Biogas
Plants”, funded by the German Federal
Ministry for the Environment, Nature
Conservation and Nuclear Safety
In this project, concepts are generated
and simulations carried out regarding
technical modifications for a controllable
electricity production via biogas plants
with special focus on raw biogas storage,
the CHP-units, the heat supply
for internal and external heat demands,
the controls regarding raw biogas and
electricity production and the monitoring
systems. Further-more, a biogas
plant is modified to produce electricity
on demand and it is optimised during its
operation.
13

„ DIE DEZENTRALE ENERGIEBEREITSTELLUNG MIT
SOLAREN SYSTEMEN BIRGT NOCH ENORMES
POTENZIAL - IN DEUTSCHLAND UND WELTWEIT“
PROF. DR.-ING. WILFRIED ZÖRNER
14

Technologiefeld
Solarenergietechnik
Dezentrale, regenerative Wärme- und
Strom bereitstellung sind zentrale Bausteine
der Energiewende. Daher fokussieren
sich InES-Wissenschaftler seit
mehr als zehn Jahren auf Forschungsfragen
in diesem Umfeld.
Im Technologie feld Solarenergietechnik
steht dabei die solare Wärme-, Kälteund
Stromversorgung, sowie die Optimierung
der Komponente Solarkollektor
im Zentrum der wissenschaftlichen
Arbeiten.
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Projektbeispiel: Fertigungstechnik und Kollektorkonstruktion
für Vollkunststoff-Kollektoren
Projektziele
Entwicklung und Untersuchung von
Konstruktionsprinzipien für Flachkollektoren
unter Abstimmung der erreichbaren
Kollektorleistung mit der maximalen
Temperaturbelastung der einzelnen
Bau teile und der Auswahl geeigneter
Kunststoffe
Untersuchung und Weiterentwicklung
bestehender Kunststoff­Fertigungsverfahren
der Fa. Roth Werke GmbH im
Hinblick auf Kunststoffkollektoren und
deren Konstruktion mit besonderem
Augenmerk auf die erreichbaren Fertigungskosten
Bewertung der Wärmegestehungskosten
(ct/kWh) von angepassten Solarsystemen
mit Vollkunststoff­Kollektoren
im Vergleich zu Solarsystemen mit
herkömmlichen Flachkollektoren
Herstellung von Funktionsmustern und
Verifikation der Ergebnisse in Prüfstandsmessungen
Foto: ROTH WERKE GMBH
16

Die Untersuchungen zur Fertigungstechnik
und Kollektorkonstruktion für
Vollkunststoff­Kollektoren erfordern
den Knowhow­Transfer aus den Technologiefeldern
Kollektortechnik, Werkstofftechnik
und Kunststoffverarbeitung
(Abbildung 1), die Hand in Hand
gehen müssen, um den erreichbaren
Kollektorertrag im Vergleich zu den
entstehenden Kosten abzustimmen
und damit ein Gesamtoptimum zu erreichen.
Dabei soll auf Basis der möglichen
Fertigungsverfahren eine Kollektorkonstruktion
entwickelt werden, die eine
auf die Komponentenanforderungen
abgestimmte Werkstoffauswahl enthält.
Auf Basis dieser drei Technologiefelder
wurden verschiedene Kollektorkonzepte
entwickelt. Hierfür erfolgte zuvor die
Definition der Anforderungen an die
zu entwickelnden Kollektoren für den
Einsatz in Solaranlagen für Zentraleuropa
gemäß den geforderten Teilzielen.
Ausgehend von den Vorarbeiten des
InES aus dem vom Bundesministerium
für Wirtschaft und Energie geförderten
Projektes „Solarthermie2000plus:
Kunststoffe in solarthermischen
Kollek toren – Anforderungsdefinition,
Konzept entwicklung und Machbarkeitsbewertung“
wurden Konzepte anhand
der möglichen Fertigungsverfahren und
Materialien definiert und durch Simulation
analysiert. Im ersten Schritt erfolgte
die Identifizierung der maximalen thermischen
Lasten der Bauteile. Dabei
wurden durch die Variation der Kollektorparameter
die auftretenden Temperaturen
reduziert, sodass diese für die vorgeschlagenen
Materialien vertretbar sind.
Anschließend wurde das Solarsystem
definiert bzw. an die Anforderungen der
Kunststoffkollektoren angepasst. Vor
allem die mechanische Absorberbelastung
durch den Fluiddruck sowie eine
mögliche Reduzierung der Systemkosten
erforderten eine einfache, offene
Drain­back­Lösung. Das heißt die
selbst entleerenden Kollektoren werden
Abbildung 1
WERKSTOFFF
●TEMPERATUR UND
● UV-STABILITÄT
● LANGZEITSTABILITÄT
● KOSTEN
KOLLEKTORTECHNIK
● KONSTRUKTION
● ERTRAG/LEISTUNG
● SPEZIELLE SOLARTECHNISCHE
ANFORDERUNGEN
nicht durch Systemdruck belastet und
mit Wasser als Wärmeträgermedium
betrieben. Das Ziel hierbei ist ein kosteneffizientes
Gesamtsystem mit einem
– im Vergleich zu Standard­Lösungen –
verbesserten Kosten­Nutzen­Potenzial.
Der Systemansatz wurde in Simulationen
detailliert untersucht. Dabei konnte
für die Systemvarianten eine Verringerung
der Systemeffizienz von ca. 20 %
festgestellt werden, welcher durch
die Reduzierung der Herstellkosten
mindestens ausgeglichen werden muss.
In weiteren Schritten soll der entwickelte
Kunststoffkollektor in Einzelsowie
Systemtests unter realen Bedingungen
vermessen werden. Diese
Tests sollen die ermittelten, theoretischen
Ergebnisse bezüglich der
thermischen Kollektor­ und Systemeigenschaften
widerspiegeln. Darüber
hinaus können Weitere technische
Parameter – wie zum Beispiel der Befüllvorgang
der Kollektoren ­ in der Untersuchung
variiert und getestet werden.
Der im Projekt entwickelte und
unter suchte Ansatz eines Kunststoffkollektors
mit dazugehörigem
Systemkreis soll nach Abschluss der
Arbeiten die Basis für ein marktfähiges
Produkt der Roth Werke GmbH darstellen.
Die durchgeführten Forschungsarbeiten
sind in die IEA­SHC Task 39 „Polymeric
Materials for Solar Thermal Applications“
eingebunden. In dieser internationalen
FERTIGUNG
● FERTIGUNGSVERFAHREN
● AUTOMATISIERUNG
● LOGISTIK
● QUALITÄT
● KOSTEN
Zusammenspiel
der Arbeitsfelder in
Bezug auf Kunststoffkollektoren
Forschungsplattform der Internationalen
Energieagentur arbeiten die Wissenschaftler
des InES an der Weiterentwicklung
des Kunststoffeinsatzes in
Solarsystemen.
Die Definition der fertigungstechnischen
Randbedingungen sowie die Umsetzung
des Konzeptes in ein testfähiges Muster
wird vom Kooperationspartner Roth
Werke GmbH durchgeführt.
Die Firma Roth ist ein innovatives Unternehmen
mit marktführender Stellung in
den Geschäftsbereichen Gebäudetechnik,
Kunststofftechnik und Industrietechnik.
Das international operierende
mittelständische Traditionsunternehmen
wurde 1947 gegründet und hat seine
Zentrale im hessischen Dautphetal. Mit
den Kernkompetenzen in den Feldern
Energie, Wasser und Kunststoff verfolgt
das Unternehmen die Entwicklung eines
Kunststoffkollektors mit ganzheitlichen
Systemansatz.
Für die Konzeptionierung des Kollektors
wurde dieser in einem ersten Schritt in
seine einzelnen Bauteile untergliedert
und deren Funktionen/Eigenschaften
betrachtet. Der Fokus lag hierbei auf
Herstellkosten, Fertigungsverfahren,
Stabilität, Haltbarkeit und thermischer
Belastbarkeit.
17

Kunststoffe bieten für die transparente
Abdeckung hinsichtlich des Designs
interessante Möglichkeiten. So kann
die Abdeckung als plane oder gebogene
Platte eingesetzt werden. Darüber
hinaus würde eine transparente Doppelstegplatte
die thermischen Verluste
durch die Vorderseite reduzieren. Jedoch
bieten konventionelle Solarglasscheiben
aufgrund der geringeren Herstellkosten
und der höheren Haltbarkeit ein höheres
Potenzial. Zusätzlich kann die Steifigkeit
der Glasscheibe zur Erhöhung der
Kollektorstabilität eingesetzt werden.
Abbildung 2
Die verminderten Wärmeleiteigenschaften
von Kunststoffen im Vergleich zu
metallischen Werkstoffen erfordern
neue Geometrien in der Absorberkonstruktion,
um hohe Absorberwirkungsgrade
zu erreichen. Eine vollflächig hinterströmte
Geometrie bietet durch eine
kurze Wärmeleitstrecke eine verbesserte
Wärmeübertragung im Vergleich
zum Blech-Rohr-Design konventioneller
Absorber trotz der ungünstigeren Materialeigenschaften.
Zur Erzeugung
eines Hohlkörpers mit Kanalstruktur
wurde das Twin-Sheet-Thermoforming
als Fertigungsverfahren favorisiert.
Zur Einsparung von Fertigungsschritten
und somit Herstellkosten sollte Gehäuse
und Isolierung als ein Teil realisiert
werden, sodass dieses zwei Funktionen
in sich vereint. Hierfür stehen
zwei mögiche Varianten zur zur Verfügung.
Einerseits kann das gesamte
Gehäuse geschäumt werden. Das
heißt das geschäumte Polymer bringt
dem Kollektor die nötige Stabilität für
Montage und Befestigung sowie die
wärmedämmenden Eigenschaften.
Ein weiteres Konzept ist eine mittels
Twin-Sheet-Thermoforming gefertigte
doppelwandige Wanne. Das in den
Hohlraum eingeschlossene Luftvolumen
wirkt hierbei isolierend und stellt einen
Ersatz zu konventionellen Dämmmaterialien
dar. (Abbildung 2) zeigt beispielhaft
eine doppelwandige Gehäusewanne
in Kombination mit einer Doppelstegplatte
als transparente Abdeckung.
Anschließend wurden die Konzepte
in der Simulationssoftware abgebildet
und analysiert. Hierbei lag der Fokus
ehungsweise 119°C und stellt somit
für den Einsatz von Polypropylen
(kurzzeitig bis 140°C) ein Potenzial dar.
Abbildung 3 zeigt die Häufigkeit von thermischen
Lasten bei dem ausgewählten
Kollektorkonzept in Abhängigkeit von
Termperatur und Dauer bei einjähiger Stagnation
(dient als Maximalreferenz unter
real auftretenden Wetterverhältnissen).
In weiteren Schritten wurde das gesamte
Heizungssystem eines Einfamilienhauses
inklusive Solaranlage und
Kunststoffkollektorkonzepten abgebildet
und eine Ertragssimulation durchgeführt.
Das favorisierte Konzept mit geschäumten
Gehäuse zeigt hierbei einen
nur um 15 % verringerten Systemertrag
im Vergleich zu Standardanlagen (13 m²
Kollektorfläche, 900 l Speichervolumen).
Der verringerte Systemertrag wirkt dem
Abbildung 3
Schnittdarstellung eines doppelwandigen
Kollektorgehäuses
mit einer Doppelstegplatte als
transparente Abdeckung
wirtschaftlichen Vorteil durch geringere
Anschaffungskosten entgegen. Zudem
zeigt sich der Systemdruck konventioneller
Solarkreisläufe als Stabilitätsproblem
für die Absorberkonstruktion. Ein
einfaches, druckloses System stellt für
den Absorber keine mechanische Belastung
dar und ermöglicht durch den Einsatz
von Kunststoffen im Systemkreis
zusätzliche Kosteneinsparungen. So
reduziert dieser Aufbau die Bauteil- und
Montagekosten. Des Weiteren werden
durch die Verwendung von Wasser als
Wärmeträgermedium in dem frostsicheren
Kreislauf die Wartungskosten gesenkt.
Häufigkeit von thermischen
Lasten bei dem ausgewählten
Kollektorkonzept in Abhängigkeit
von Temperatur und
Dauer.
18

Foto: ROTH WERKE GMBH
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20
Foto: ROTH WERKE GMBH

Neue Ansätze für solare Wärmeerzeugung
Foto: ROTH WERKE GMBH
Wolfgang Hoellenriegel, Roth Werke GmbH
Herr Hoellenriegel, welche Vorteile sehen Sie bei Solaranlagen mit Kunststoffen?
Einerseits können die Herstellkosten durch kosteneffektive Materialien und effiziente Herstellverfahren deutlich gesenkt
werden. Andererseits bieten Kunststoffkomponenten Vorteile bei der Montage durch geringes Gewicht, Flexibilität und einfache
Verbindungstechniken. Auf diese Weise kann das Gesamtpaket „Solaranlage“ dem Kunden interessante Kostenvorteile
gegenüber Standardsystemen bieten.
Welches Potenzial sehen Sie hierbei für die Roth Werke GmbH?
Die Roth Werke GmbH bietet ein breites Spektrum an Haustechnik aus Polymerwerkstoffen. Mit der Erweiterung der
Produktpalette im Solar energiebereich verbindet die Roth Werke GmbH ihre Kernkompetenz in Kunststoffverarbeitung und
Energieerzeugung/-verteilung und stellt dadurch ein umfangreiches Produktportfolio für Gebäudetechnik bereit. Hierbei
profitieren die Kunden von der jahrelangen Erfahrung der Roth Werke GmbH in diesen Geschäftsbereichen.
Wie schätzen Sie die Marktentwicklung für Solaranlagen aus Polymerwerkstoffen ein?
Die niedrigen Investitionskosten sollen die Bereitschaft zur Anschaffung solcher Anlagen vor allem im Neubaubereich steigern.
Dort arbeiten die Kollektoren beziehungsweise Anlagen in Kombination mit Flächenheizungen optimal. Des Weiteren kann die
Wartung des Fluidkreises einfach durchgeführt werden, sodass die Funktionalität der Solaranlage permanent sichergestellt
werden kann. Dadurch ist der Kosten-Nutzen-Effekt für den Endkunden besonders hoch.
21

Projektrelevante Veröffentlichungen (Auszug)
EHRENWIRTH, M.; REITER; C.; BRANDMAYR, S.; TRINKL, C.; ZÖRNER W. (2014)
Analysis of polymeric soar-thermal collectors in drain back systems by simulation.
In: EuroSun 2014, Conference Proceedings, Aix-Les Bains, 17. – 19.09.2014
REITER, C.; EHRENWIRTH, M.; BRANDMAYR, S.; TRINKL, C.; ZÖRNER, W. (2014)
Simulationsgestützte Leistungsanpassung von Kunststoffkollektoren.
24. Symposium Thermische Solarenergie, Bad Staffelstein, 07. – 09.05.2014
REITER, C.; BRANDMAYR, S.; TRINKL, C.; ZÖRNER, W.; HANBY, V. (2013)
Performance Optimisation of Polymeric Collectors by Means of Dynamic Simulation and Sensitivity Analysis.
SHC 2013 Conference, Freiburg, 23.-25.09.2013
22

Projekt­Information
Projektstart:
Projektlaufzeit:
Fördermittelgeber:
Projektträger:
Förderprogramm:
Projektbudget:
Ansprechpartner:
2012
3 Jahre
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie
Projektträger Jülich (PTJ)
Förderprogramm Solarthermie2000plus
370.734 €
Dr. Christoph Trinkl (Projektleiter)
Tel: 0841 / 9348 – 3720
christoph.trinkl@thi.de
Dr.-Ing. Michael Klärner
(841) 9348­6310
michael.klaerner@thi.de
Kooperationspartner:
Foto: ROTH WERKE GMBH
Abstract
How can solar collectors be built more
cheaply and still deliver the same
performance? The Institute of new Energy
Systems (InES) at the Technische Hochschule
Ingolstadt is investigating the
effectiveness of plastic designs. Solar
thermal systems used for the heat generation
in buildings have great potential
to replace conventional systems
employing fossil fuels. Despite the rising
costs of the fossil fuels (e.g. heating oil
and gas) solar collectors are frequently
ignored as a viable option due to high
investment costs. Solar collector producers
are therefore interested in reducing
their production costs, especially those
of solar thermal collectors, which remain
the main components in any solar
heating system. The use of plastics in
solar thermal collectors offers a number
of advantages. In addition to a reduction
in the use of expensive materials
such as aluminum and copper, polymerbased
collectors are lighter and easier
to handle than conventional collectors.
Modern production techniques mean
that polymer constructions for solar
collectors can be made by automated
manufacturing systems and production
costs reduced. Of course, the introduction
of plastic building elements in
high­performance solar thermal collectors
presents a whole range of additional
challenges. Limits on temperature,
pressure, and ultraviolet light must all
be carefully considered. Furthermore
other factors such as the life expectancy
of new collectors and the lower thermal
conductivity of polymers relative
to copper will be significant obstacles
to the widespread introduction of solar
thermal collectors.
23

„DIE GESTALTUNG INTELLIGENTER
ENERGIESYSTEME IST EINER DER SCHLÜSSEL
ZUR ERFOLGREICHEN UMSETZUNG
DER ENERGIEWENDE“ DR. CHRISTOPH TRINKL
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Technologiefeld
Energiesystemtechnik
Das Technologiefeld versteht sich als
Schnittstelle zwischen Energiebereitstellung
und -nutzung. Die Forschungsprojekte
konzentrieren sich auf systemische
Fragestellungen wie etwa
Nahwärmesysteme, Speichertechnik
oder Energieeffizienz in der Industrie.
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Projektumfeld
Wärmerückgewinnung ist eine der
effektivsten Maßnahmen zur Verbesserung
der betrieblichen Energieeffizienz.
In Verbindung mit solarthermischer
Prozess wärme kann damit eine deutliche
Reduzierung des fossilen Energiebedarfs
erreicht werden. Hierbei spielen vor allem
Niedertemperatur­Wärmenetze
eine grund legende Rolle. Prozesse mit
einem Temperatur niveau bis 80 °C sind
für diese Versorgungs trukturen besonders
geeignet und bieten vor allem
solar thermischen Systemen äußerst
günstige Betriebs bedingungen. Eine
der zentralen Heraus forderungen bei
Nieder temperatur­Wärmenetzen ist die
energetisch optimale Kombination der
verschiedenen Wärmequellen, da die
Versorgungssicherheit trotz der Nutzung
verschiedener, nicht kontinuierlich
zur Verfügung stehender Wärmequellen
sichergestellt werden muss.
26

Projektbeispiel:
Regenerative Prozesswärme
Ziel des Vorhabens „Solare Wärme in
der bayerischen Lebensmittelindustrie“
war es, mit realen Betriebsdaten der
Projektpartner Brauerei Herrnbräu und
Molkerei Zott, Konzepte für eine effiziente
solarthermisch unterstützte Wärmeversorgung
zu entwickeln. Den wesentlichen
Bestandteil bildete dabei die
Integration von ungenutzter Abwärme in
bestehende Strukturen der Wärmeversorgung
auf niedrigem Temperaturniveau.
Mit Hilfe von Simulationen wurde
das Zusammenspiel solarthermischer
Systeme mit weiteren Wärmequellen
sowie die bedarfsgerechte Versorgung
der Wärmeverbraucher untersucht.
Um ein Gesamtbild der energetischen
Ist-Situation der beiden Partnerbetriebe
zu erhalten, wurden in einem ersten
Schritt Vor-Ort-Untersuchungen durchgeführt
und Bestandsunterlagen analysiert.
Auf Basis der vorliegenden
Energiedaten wurden spezifische Kennzahlen
des Energieverbrauchs sowie
des CO2-Ausstoßes entwickelt. Anhand
dieser konnte die energetische Effizienz
der einzelnen Betriebe im Branchenvergleich
(Lebensmittelindustrie)
untersucht werden. Zudem bildeten sie
die Ausgangsgröße für die spätere
Bewertung der umgesetzten Effizienzmaßnahmen.
Abbildung 1 zeigt
die Gegenüberstellung der spezifischen
Kennzahlen eines Betriebs
im Verlauf mehrerer Bilanzjahre.
Schließlich wurden Prozesse und Anwendungen
bezüglich einer prinzipiellen
Eignung für die Versorgung mit
Wärme auf niedrigem Temperaturniveau
identifiziert (< 100°C). In Brauereien
liegen die meisten Prozess- und
Anwendungstemperaturen unter 100 °C.
Im Fall der Firma Zott entsprechen sie
ca. 90 % des Prozesswärmebedarfs.
Höhere Temperaturanforderungen haben
hier vor allem die Herstellung von
Molkepulver sowie Prozesse zur Haltbarmachung
von Milchprodukten. Neben
der Temperatur ist der zeitliche Verlauf
der Wärmeversorgung der Prozesse von
Bedeutung. Während Brauereien über­
SPEZ. CO 2
-EMISSIONEN [g CO2-Äquivalent
/l Rohstoff
]
SPEZ. WÄRMEBEDARF [kWh th
/l Rohstoff
]
0,18
0,16
0,14
0,12
0,10
0,08
0,06
0,04
0,02
0
Abbildung 1
wiegend einen diskontinuierlichen Wärmebedarf
mit einer Dauer von 1-2 Stunden
aufweisen, besitzen Molkereien
Produktionsprozesse mit sehr viel
kontinuierlicherem Wärmebedarf über
mehrere Stunden. Auf Basis dieser Informationen
wurden die Möglichkeiten
zur Integration von Wärmequellen
auf niedrigem Temperaturniveau (Wärmerückgewinnung,
Solarthermisches
System) untersucht. Dabei wurde auch
die Wärmerückgewinnung aus Druckluft-
und Kältesystemen berücksichtigt.
Aufbauend auf den analysierten Prozessstrukturen
wurden Anlagenkonzepte
entwickelt und diese mit Hilfe
von standortspezifischen Wetterdaten
und der Variation verschiedener Systemparameter
simuliert und optimiert.
So ist die Dimensionierung von Kollektorfeld
und Speicher ausschlaggebend
für die solarthermische Komponente
des Wärmenetzes. Auch die System­
Abbildung 2
2008
SOLARKREIS
T KOL
T BYP
T SP, OBEN
STEUERUNG
2009
SPEZ. WÄRMEBEDARF
SPEZ. CO 2
-EMISSIONEN
SPEICHER-
LADEKREEIS
JAHR
2010 2011
ROHSTOFFEINSATZ
PUFFERSPEICHER
T SP, UNTEN
ROHSTOFFEINSATZ [m³]
500.000
450.000
400.000
350.000
300.000
hydraulik sowie der günstigste Einspeisepunkt
für die Integration solarer
Energie konnten untersucht werden.
Abbildung 2 zeigt das Hydraulikschema
eines solarthermischen Prozesswärmesystems
mit großem Pufferspeicher.
Unter guten Bedingungen können diese
Systeme rund 400 kWh an thermischer
Energie je Quadratmeter Kollektorfläche
beitragen.
SYSTEMINTEGRATION
Spezifische Kennzahlen
eines Lebensmittelbetriebes
im mehrjährigen
Vergleich
VERBRAUCHER
NT-WÄRMENETZ
Solarthermisches
Prozesswärmesystem
27

Konzeptentwicklung und Simulation haben
gezeigt, dass solarthermische Systeme
große Potentiale zur Reduzierung
des konventionellen Energiebedarfs in
der Lebensmittelbranche besitzen. Allerdings
sind zuerst alle Abwärmepotenziale
zu prüfen und zu realisieren.
Niedertemperatur(NT)­Wärmenetze, basierend
auf Wärmerückgewinnung und
Solarthermie, sind energetisch sinnvoll
und technisch umsetzbar, allerdings
sind sie auf Grund der mehrstufigen
Wärmezufuhr sehr komplex. Der hohe
individuelle Planungsaufwand und eine
Amortisationszeit von meist mehreren
Jahren stellt für viele Betriebe ein Hindernis
für deren Einführung dar.
Im Rahmen einer Potenzialstudie wurden
schließlich die möglichen solaren
Deckungsbeiträge am Prozesswärmebedarf
der bayerischen Molkereien und
Brauereien ermittelt. Für Molkereien
können solare Deckungsbeiträge von
mehr als 8 % erreicht werden, für Brauereien
sogar bis 40 %. Die hohe solare
Deckung bei Brauereien im Gegensatz
zu Molkereien resultiert in erster Linie
aus der größeren Anzahl von Betrieben
und damit verbunden sehr viel geringeren
Energiebedarfen je Standort. Dies
führt im Umkehrschluss zu einem besseren
Verhältnis von Energiebedarf und
verfügbarer Fläche. Die Anwendungspotentiale
müssen deshalb als Maximum
angesehen werden. Entscheidend
für die Anwendung solarthermischer
Energie im Bereich der Prozesswärme
sind Prozesse mit einem Temperaturbedarf
kleiner 100°C sowie die verfügbare
Fläche zur Montage der Kollektoren.
Zukunftsweisende Technologien spielen
für die Genuss­Molkerei Zott mit
Hauptsitz in Mertingen und einer konzernweiten
Miclverarbeitungsmenge
von 951 Mio. kg im Jahr 2013 nicht nur
im Bereich der Produktion eine tragende
Rolle. Als einer der führenden Milchverarbeiter
in Deutschland sucht Zott
auch bei der Energieversorgung nachhaltige
Lösungen. So wird bereits seit
2009 ein Großteil des benötigten Prozessdampfs
von einem Biomasse­Heizkraftwerk
bereitgestellt. Zudem wurde
früh erkannt, dass Warmwassernetze
auf niedrigem Temperaturniveau eine
optimale Voraussetzung für die Wärmerückgewinnung
aus Prozessen bieten.
Das in der Molkerei Zott installierte
NT­Wärmenetzdeckt zurzeit rund 10 %
des Wärmebedarfs und wird zur Hälfte
aus Abwärme versorgt. Dennoch sind
Potentiale für eine weitere Optimierung
vorhanden. Ein wesentlicher Aspekt für
Zott sich am Forschungsprojekt „Solare
Wärme in der bayerischen Lebensmittelindustrie“
zu beteiligen.
Abbildung 3 skizziert die grundlegende
Vorgehensweise zur Optimierung der
Wärmeversorgung von Produktionsprozessen.
Abbildung 3
GRUNDLAGEN-, DETAIL-, UND
PROZESSANALYSE
900
800
700
600
500
400
300
200
0
OPTIMIERUNG UND
KONZEPTENTWICKLUNG
LEISTUNG [kW]
100
MO, 09.05.
SIMUALTION UND MACHBARKEIT
UMSETZUNG UND MASSNAHMEN
Für die Bilanzierung des Gesamtenergiebedarfs
sowie die detaillierte Analyse
der am Wärmenetz angeschlossenen
Verbraucher konnte bei Zott auf
umfassende Daten zurückgegriffen
Abbildung 4 zeigt ein beispielhaftes
Lastprofil für das NT­Wärmenetz bei Zott.
AIL- UND
YSE
Wiederkehrende Lastverläufe sowie die
Aufteilung von Energiebedarf und Versorgungseinheiten
können SIMULA damit unter­sucht
werden.
Abbildung 4
DI, 10.05. MI, 11.05. DO, 12.05. FR, 13.05. SA,14.05. SO,15.05.
KALENDERWOCHE 19 (2011)
ENERGIEBEDARF
WÄRMERÜCKGEWINNUNG
Einzelne Schritte der
Vorgehensweise
Wärmeleistungsbedarf
eines NT-Wärmenetzes
mit Wärmerückgewinnung
T
29

Ein erster wesentlicher Schritt zur
Optimierung des bestehenden NT-
Wärmenetzes war die Analyse weiterer
Möglichkeiten der Wärmerückgewinnung.
Gemeinsam mit Zott wurde
dazu das Potenzial der Nutzung von
Abwärme aus Druckluftkompressoren
und Kompressionskältesystemen untersucht.
Die Kompressorkühlung hat
dabei besonders großes Potential und
bietet Abwärme bei rund 70 °C. Eine
weitere Möglichkeit ist die Enthitzung
des Heißgases aus dem Kältemittelkreis
des Kältesystems (Abbildung 5).
Die Integration dieser Wärmequellen in
das bestehende Wärmenetz bildete die
Basis für ein erstes Konzept. Die verfügbare
Dachfläche und ein ungenutzter
Wärmespeicher mit einem Volumen von
160 m³ (siehe Abbildung 6) dienten als
weitere Grundlage für die Einbindung
eines solarthermischen Prozesswärmesystems
mit einer Kollektorfläche von
2.000 m². Mit Modellierungen und Simulationen
in der Simulationsumgebung
MATLAB/Simulink mit der Toolbox CARNOT
konnten verschiedene Konzeptvarianten
schließlich energetisch analysiert
werden. So können bei dem Einsatz einer
Solaranlage in Kombination mit einem
Wärmerückgewinnungssystem aus
Druckluft 20% der konventionellen Energie
eingespart werden.Das solarthermische
System erreicht dabei einen spez.
Kollektorertrag von 241 kWh/m² a.
Da die Wärmegestehungskosten für
das solarthermische System mit 8 bis
10 €-Cent/kWhth noch über den Kosten
für konventionelle Energieträger
liegen, konnten die Anforderungen der
Firma Zott an die Wirtschaftlichkeit des
Systems nicht erreicht werden. Werden
jedoch nicht nur die rein ökonomischen
Faktoren berücksichtigt, sondern z.B.
der Aspekt der Nachhaltigkeit, so kann
die Einführung eines solchen Systems
für einen Betrieb durchaus attraktiv
werden. Maßnahmen wie die Rückgewinnung
aus Druckluft wurden als sehr
positiv gewertet und sollen künftig in
verstärktem Maß umgesetzt werden.
Abbildung 5
Wärmerückgewinnung aus
einem Kompressionskältesystem
KONDENSATOR
WÄRMERÜCKGEWINNUNG KÄLTESYSTEM
KONDENSATION
HEIßGAS
KÜHLMITTELKREIS
KOMPRESSOR
SEPERATOR
KÄLTEMITTELPUMPE
VERDAMPFER
30

Erheblicher Forschungs- & Entwicklungsbedarf
Foto: Stefan Wildhirt
Martin Schweihofer
Leiter für Technik & Facility Management bei der Fa. Zott
Herr Schweihofer, welche Rolle spielt eine regenerative Wärmeversorgung für das Unternehmen Zott?
Den Anteilseignern unseres Unternehmens ist eine nachhaltige Energieversorgung außerordentlich wichtig. So benennt die
Energiepolitik bei Zott zwei Hauptziele: Erstens den Energieverbrauch kontinuierlich zu senken, und zweitens die Nutzung von
Erneuerbaren Energien im Rahmen wirtschaftlich vertretbarer Möglichkeiten zu forcieren. Beispielsweise werden zwei unserer
Werke fast vollständig mit Dampf durch Hackschnitzel-Heizkraftwerke versorgt.
Was war für Zott der Grund beim Thema Energieversorgung und Energieeffizienz mit einer Hochschule
zusammen zu arbeiten?
Das Thema nachhaltige Energieversorgung ist uns wie gesagt sehr wichtig. Deshalb hat für uns systematisches Vorgehen
dabei eine zentrale Bedeutung. Mit Hilfe des Instituts für neue Energie-Systeme der TH Ingolstadt konnten wir beim Thema
solare Prozesswärme die Gegebenheiten vor Ort fundiert analysieren, technologische Möglichkeiten zur Umsetzung belastbar
bewerten bis hin zu einer detaillierten Simulationsstudie zu verschiedenen Umsetzungsszenarien. Damit hatten wir eine belastbare
Entscheidungsgrundlage verfügbar und konnten über das Forschungsprojekt sogar zur Weiterentwicklung solcher
Solar-Anlagenkonzepte beitragen.
Obwohl die Untersuchungen gezeigt haben dass die technischen Voraussetzungen zur Umsetzung einer solchen
Anlage gegeben sind hat Zott diese in Mertingen bisher nicht realisiert. Welche Hindernisse sehen Sie?
Solare Prozesswärme ist sowohl technologisch als auch mit Blick auf das Thema Nachhaltigkeit gerade für die Lebensmittelindustrie
hochinteressant. In der Systemintegration sowie dem möglichen und vor allem gesicherten Beitrag zur Wärmeversorgung
sehen wir aber hohe Hürden. Und nicht zuletzt spielt die Wirtschaftlichkeit einer solchen Anlage natürlich eine
entscheidende Rolle. So sehen wir noch erheblichen Forschungs- und Entwicklungsbedarf für angepasste Anlagenkonzepte,
Sicherstellung von Wärmeerträgen zum Beispiel durch integrierte Anlagenüberwachung bis hin zu maßgeschneiderten Betreibermodellen.
31

Projektrelevante Veröffentlichungen (Auszug)
MÜLLER, H.; BRANDMAYR, S.; ZÖRNER, W. (2013)
Development of an evaluation methodology for the potential of solar-thermal energy use in the food industry.
SHC 2013, International Conference on Solar Heating and Cooling for Buildings and Industry, Freiburg, 23. – 25.09.2013
MÜLLER, H.; ZÖRNER, W. (2013)
Potentiale solar-thermischer Anwendungen in der bayerischen Lebensmittelindustrie.
23. Symposium Thermische Solarenergie, Bad Staffelstein, 24. – 26.04.2013
MÜLLER, H.; ZÖRNER, W.; HANBY, V. (2012)
Solar-thermal process heating systems – a low-temperature heating network in a dairy.
Gleisdorf SOLAR 2012 – 10. Internationale Konferenz für thermische Solarenergienutzung, Gleisdorf (A),
S. 372 – 382, 12. – 14.09.2012
32

Projekt-Information
Projektstart:
Projektlaufzeit:
Fördermittelgeber:
Förderprogramm:
Projektbudget:
Ansprechpartner:
2009
3 Jahre
Bayerisches Staatsministerium für
Wissenschaft, Forschung und Kunst
Bayerischer Forschungsverbund
energieeffiziente Technologien und
Anwendungen (BayFORETA)
317.154 €
Prof. Dr.-Ing. Wilfried Zörner (Projektleiter)
Tel: 0841 / 9348 – 2270
wilfried.zoerner@thi.de
Dr. Christoph Trinkl
Tel: 0841 / 9348 – 3720
christoph.trinkl@thi.de
Kooperationspartner:
Herrnbräu GmbH & Co. KG
Zott GmbH & Co. KG
Abstract
The focus of the research project
entitled “Solar Thermal Energy in the
Bavarian Food Industry“ was, with real
data from industry partners (in this
case the Ingolstadt brewery Herrnbräu
and Zott dairy), to develop tailored concepts
for solar thermal supported heat
supply. A significant part of the project
involved the integration of unused waste
heat into the heat energy supply at
low temperatures. Using simulations,
the interaction between the solar thermal
systems and other heat sources
in the facility were carefully examined
and matched through efficient delivery
to the heating demands. In order to
acquire an overall impression of the current
situation of both partner facilities,
an initial inspection of the brewery and
dairy was undertaken and the findings
analyzed. Based on the energy data,
specific key figures regarding energy
consumption and CO2 emissions were
calculated. Eventually appropriate processes
and applications regarding the
general suitability for a supply with heat
energy at lower temperatures (< 100°C)
were identified. In breweries, for example,
most processes and applications do
indeed take place below 100 °C. In the
dairy facility from the company Zott, this
corresponded to approximately 90% of
the heat energy demand of the process.
Higher temperature demand was found
in processes such as milk powder production
and the processing of sterilized,
long-life milk products, for example. Not
only the temperature, but also duration
of heating demand is a significant factor
in solar thermal energy production.
Based on the information gathered, the
possibilities for the integration of heat
sources at lower temperatures (e.g.
waste heat recovery, solar thermal systems)
could be properly investigated.
33

„DIE ENTWICKLUNG DER ERNEUERBAREN
ENERGIEN IST EIN LOKALES ABER AUCH
GLOBALES THEMA“ PROF. DR.-ING. WILFRIED ZÖRNER
34

Regional und International
Knowhow-Transfer und Vernetzung mit
regionalen ebenso wie internationalen
Akteuren ist ein wichtiger Baustein der
angewandten Forschung. Für die Region
treibt InES daher seit 2011 das von der
Europäischen Union geförderte Innovationsnetzwerk
RegIN+ voran. Unterstützt
werden dadurch Netzwerkarbeit
sowie zeitnaher Wissenstransfer zu den
relevan ten, mittelständisch geprägten
Branchen.
Auf internationaler Ebene koordiniert
InES das ebenfalls von der Europäischen
Union geförderte „Network of Energy Excellence
for Development“. Der Kerngedanke
des Projekts: die langfristige Etablierung
eines Forschungsnetzwerkes
im Bereich der Erneuerbaren Energien im
südlichen Afrika.
35

Das Innovationsnetzwerk RegIN++
Die Technische Hochschule Ingolstadt
sucht aktiv den Austausch und die Vernetzung
mit der regionalen Wirtschaft.
InES geht dabei neue Wege zum Aufbau
eines Expertennetzwerks. Mit dem
Regenerativen Energienetzwerk Region
Ingolstadt, kurz RegIN+, sind Fach- und
Führungskräfte einschlägiger regionaler
Unternehmen sowie Studierende eingeladen
sich auf den neuesten Stand
des Wissens zu bringen. „Bei uns an der
Hochschule haben wir in den vergangenen
Jahren umfangreiches Knowhow
im Bereich Regenerative Gebäudeenergietechnik
und Bioenergietechnik gesammelt
und werden diese Themen
auch zukünftig im Fokus behalten. Mit
RegIN++ holen wir lokale Anlagenhersteller,
Fachplaner, beteiligte Handwerker
und Anlagenbetreiber mit ins Boot und
erweitern im Dialog mit diesen Partnern
unseren gemeinsamen Wissenshorizont“,
so Professor Wilfried Zörner, Projektleiter
von RegIN+.
Unternehmen und Hochschule profitieren gleichermaßen
vom Knowhow-Transfer
Durch eigene Experten des Instituts sowie
externe Fachreferenten bietet das
Netzwerk RegIN+ der Zielgruppe die Möglichkeit,
sich auf Vorträgen und Exkursionen
weiterzubilden. Dabei ergibt sich
ganz selbstverständlich die Gelegenheit
zum Austausch mit Kollegen aus der
Branche, um Netzwerke zu knüpfen oder
neue Projektideen im Rahmen der Angewandten
Forschung und für das eigene
Unternehmen zu entwickeln. Durch die
aktive Teilnahme am Innovationsnetzwerk
RegIN+ ergeben sich für einschlägige
Unternehmen der angesprochenen
Branchen konkrete Vorteile:
• Fundierter Knowhow-Transfer von der
Hochschule zu den regionalen Unternehmen
• Entwicklung relevanter Vertriebskanäle
für die teilnehmenden Organisationen
• Stärkung der Branche der Regenerativen
Energien in der Region und damit
nachhaltige Sicherung von Fachkräften
Den sechs regionalen Förderunternehmen,
die das Projekt von Beginn an
unterstützen, kommt eine Vorreiterrolle
bei der Bildung des lokalen Innovationsnetzwerks
zu. So haben sich die Unternehmen
BioIN, CitrinSolar, Gebr. Peters
Gebäudetechnik, pbb Planung + Projektsteuerung,
Stadtwerke Ingolstadt und
WOLF Anlagen-Technik frühzeitig bereit
erklärt, den Aufbau des RegIN+-Netzwerks
aktiv zu fördern.
Bis Juni 2015 konnten so 26 abendliche
Fachforen, acht Fachexkursionen
und drei wissenschaftliche
Fachtagungen durchgeführt werden.
Insgesamt über 500 regionale Experten
der Bioenergie- und Gebäudeenergietechnikbranche
be such ten diese
Veranstaltungen und bestätigen damit
den Erfolg von RegIN+. Ausführliche
Informationen zu dem Projekt sind
unter www.RegIN-plus.de abrufbar. Das
Netzwerkprojekt RegIN+ wird vom Bayerischen
Staatsministerium für Arbeit
und Sozialordnung sowie aus dem Europäischen
Sozialfonds (ESF) gefördert.
36

Die Vertreter der RegIN+ Förderunternehmen v.l.n.r.: Reinhard Büchl, BioIN; Fritz Peters, Gebr. Peters Gebäudetechnik; Michael Ganslmeier,
CitrinSolar; Siegfried Vogl-Wolf, WOLF Anlagen-Technik; Franz Madl, pbb Planung + Projektsteuerung und Matthias Bolle, Stadtwerke Ingolstadt.
Abstract
The aim of the RegIN+ initiative is to
transfer research-based knowledge
and to establish a network between
local companies in the field of agricultural
biogas technology and renewable
energy building technologies. In recent
years the Institute of new Energy-Systems
has gathered profound knowledge
in the fields of renewable energy and
sustainable development. Nowadays
renewable energy research is one of the
university’s core competences. RegIN+
attracted plant manufacturers, consultants,
technicians, craftsmen, and
plant operators. Six medium-sized local
companies are supporting the project.
Networking activities focus on events
specific to persons responsible and
employees of companies in the field of
renewable energies.
Im Mai 2015 fand die zweite von
insgesamt drei wissenschaftlichen
Fachtagungen im Rahmen von RegIN+
statt. Entgegen des allgemeinen Branchentrends
herrschte auf der Tagung zum
Thema „Flexibilisierung der Biomasse“
eine gute Stimmung.
38

Projekt-Information
Projektstart:
Projektlaufzeit:
Fördermittelgeber:
Projektträger:
Förderprogramm:
Projektbudget:
Ansprechpartner:
2011
4 Jahre
Europäische Union, Bayerisches Staatsministerium
für Arbeit und Sozialordnung, Familie und Frauen
Zentrum Bayern, Familie, Soziales (ZBFS)
Europäischer Sozialfonds (ESF)
848.822 €
Prof. Dr.-Ing. Wilfried Zörner (Projektleiter)
Tel: 0841 / 9348 – 2270
wilfried.zoerner@thi.de
Dr. Christoph Trinkl
Tel: 0841 / 9348 – 3720
christoph.trinkl@thi.de
Förderunternehmen:
39

NEED – Network of Energy Excellence
for Development
Eine nachhaltige und sichere Energieversorgung
ist nach wie vor eine
Herausforderung in vielen Ländern des
südlichen Afrika, insbesondere in entlegenen
Gebieten. Ansätze dazu wurden
in den vergangenen Jahren zwar entwickelt.
Allerdings untergraben der Mangel
an Fachwissen und ausgebildeten Arbeitskräften
immer noch eine effektive
Nutzung von Erneuerbaren Energien für
eine nachhaltige wirtschaftliche Entwicklung.
Wenngleich in der Vergangenheit
begonnen wurde, Forschungs­ und
Demonstrationsprojekte umzusetzen,
so mangelt es weiterhin an einem umfassenden
und integrativen Ansatz zur
breitflächigen Nutzung der Erneuerbaren
Energien.
Insbesondere eine schwach ausgeprägte
Vernetzung zwischen Forschungsinstitutionen,
Bildungseinrichtungen und
der Privatwirtschaft sowie langwierige
Entscheidungsprozesse im öffentlichen
Sektor behindern weiterhin einen breiten
Einsatz von Erneuerbaren Energien.
Hier setzt das Projekt NEED an.
Über das Projekt NEED kooperiert das
Institut für neue Energie-Systeme der
THI mit vier Partnern aus Botswana,
Namibia und Sambia, wo die Sonneneinstrahlung
ein enormes Potenzial zur
Nutzung Erneuerbarer Energien birgt.
(Quelle: solargis)
Trotz Einzelinitiativen und Pilotprojekten
zur Nutzung Erneuerbarer Energien
mangelt es häufi g noch immer an
einer fl ächendeckenden, nachhaltigen
und sicheren Energieversorgung.
41

Zielsetzung des Projekts NEED
Das Akronym NEED steht für Network of
Energy Excellence for Development und
beschreibt den Kerngedanken des Projekts:
Die langfristige Etablierung eines
Forschungsnetzwerkes im Bereich der
Erneuerbaren Energien im südlichen
Afrika. Fünf Universitäten aus Botswana,
Deutschland, Namibia und Sambia
haben sich zum Ziel gesetzt, Strukturen
für den Aufbau technischen Knowhows
im Bereich der Erneuerbaren Energien
in den beteiligten Ländern zu schaffen,
wichtige Akteure vor Ort zu vernetzen
sowie Bewusstsein und Handlungsbereitschaft
für Erneuerbare Energien auf
politischer Ebene zu steigern. Zentrale
Ansatzpunkte hierfür sind die Entwicklung
von dualen Studienprogrammen, die
Vereinheitlichung von Industrienormen
sowie die Bündelung von Forschungsaktivitäten.
Neben diesen Maßnahmen
sollen beispielhaft Energiekonzepte für
zwei entlegene Regionen – ein Wüstengebiet
und eine Sumpfregion – entworfen
werden.
Maßnahmen und erwartete Ergebnisse
Jeder Projektpartner ist für mindestens
ein Teilprojekt des gemeinsamen NEED­
Projekts verantwortlich. Das Institut für
neue Energie­Systeme ist als Projektkoordinator
für das Management des
Netzwerks und die Öffentlichkeitsarbeit
zuständig, leistet Unterstützung im Bereich
der Technologie und gewährleistet
den Wissenstransfer zu und zwischen
den Projektpartnern sowie weiteren, lokalen
Akteuren.
Die NEED­Projektstruktur
42

Im südlichen Afrika fehlt vielerorts das
Wissen zur Instandhaltung von Anlagen
zur Erzeugung regenerativer Energien,
wie diese Abbildung eines beschädigten
Solarkollektors zeigt.
43

Das Teilprojekt “Research Policies” wird
von der University of Zambia koordiniert.
In enger Zusammenarbeit mit lokalen
Akteuren und Institutionen aus Politik
und Wirtschaft sollen Strategien zur
Förderung der Forschung im Bereich Erneuerbare
Energien erarbeitet werden.
Nach dem Vorbild entwickelter Industriestaaten
sollen diese in der nationalen
Forschungspolitik der jeweiligen Länder
der Zielregion verankert werden.
Das Teilprojekt “Industry Standards”
wird von der Botswana International
University of Science & Technology koordiniert
und befasst sich mit den Anforderungen
an Normen und technischen
Vorschriften im Bereich der Erneuerbaren
Energien sowie den Standardisierungsprozessen
in der Zielregion. Ein
Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung
von Ansätzen zur Vereinheitlichung von
Industrienormen, da Normen zwar verfügbar
sind, diese jedoch nicht über die
Grenzen hinweg kompatibel sind – und
somit ein potenzielles Hindernis für eine
breitere Anwendung von Erneuerbaren
Energien in der Region darstellen.
Im Rahmen des offiziellen NEED-Auftakttreffens wurden auch assoziierte
Partner und im Bereich Erneuerbare Energien tätigen Institutionen
zu einem Stakeholder-Meeting eingeladen.
44

Das Teilprojekt “Dual Studies” wird von
der Polytechnic of Namibia geleitet und
zielt auf die Förderung der praktischen
Ausbildung im Bereich Erneuerbare
Energien als Teil der akademischen Bildung
ab. Der Mangel an gut ausgebildeten
Wissenschaftlern, Ingenieuren und
Technikern mit praktisch anwendbarem
Wissen wird generell als Hindernis für
die breitere Nutzung Erneuerbarer Energien
gesehen. Daher sollen im Rahmen
dieses Teilprojektes Entwicklungsmöglichkeiten
zur Umsetzung von Trainingskonzepten
nach dem Vorbild des Dualen
Studiums in der Zielregion ausgelotet
werden.
Zwei Teilprojekte des NEED-Projekts
zielen auf die Etablierung von Modellregionen
zur praktischen Umsetzung
der Nutzung von Erneuerbaren Energien
im lokalen Kontext ab. Diese wurden
unter Berücksichtigung von typischen,
lokalen Gegebenheiten ausgewählt. So
umfasst die Modellregion „Fossil-Free
Wetlands“ das Gebiet eines Nationalparks
in Botswana mit einer Vielzahl von
Touristenunterkünften, so genannten
„Lodges“. Wie in diesem fragilen Ökosystem
die Nutzung Erneuerbarer Energien
vorangetrieben werden kann soll hierbei
untersucht und ausgearbeitet werden.
Leiter dieses Teilprojekts ist das Okavango
Research Institute der University
of Botswana.
Die Forschungseinrichtung Gobabeb in
der Wüste Namib in Namibia samt angeschlossener
Siedlungen stellt das
Areal der zweiten Modellregion, den
„Renewable Minigrid Drylands“, dar. Anhand
dieser entlegenen Region soll
auch hier exemplarisch ein System zur
Eigenenergieversorgung entwickelt beziehungsweise
optimiert werden. Der
Schwerpunkt liegt hierbei weniger auf
der Implementierung westlicher High-
Tech-Systeme. Stattdessen soll das
Energieversorgungskonzept unter Berücksichtigung
örtlicher Gegebenheiten
einfach nachzuahmen und zu betreiben
sein. Die Teilprojektleitung übernimmt
hier die Polytechnic of Namibia.
NEED Auftakt- und Projekttreffen
Vom 13. bis 17. April 2014 fand in Lusaka,
Sambia, an der University of Zambia das
offizielle Auftakttreffen des NEED-Projektteams
statt. Gleichzeitig wurde ein
erstes Stakeholder- Meeting mit assoziierten
Partnern und im Bereich Erneuerbare
Energien tätigen Unternehmen aus
Sambia veranstaltet.
Vom 14. bis 18. Oktober 2014 folgte das
zweite NEED-Projekttreffen in Ingolstadt.
Projektleiter Prof. Wilfried Zörner zeigte
sich dabei mit dem bisherigen Projektverlauf
zufrieden: „Unser internationales
Projektteam ist seit dem Startschuss
am 1. März 2014 spürbar zusammengewachsen
und arbeitet sehr motiviert an
der Umsetzung des ambitionierten Projekts.
Unser Ziel ist es dabei, für jedes
Land gezielt nach passgenauen Lösungen
zu suchen, die für die Bevölkerung
geeignet sind.“ Das ursprünglich aus
fünf Gründungsinstitutionen bestehende
NEED-Netzwerk ist offen für weitere
Partner aus dem südlichen Afrika, lokale
Institutionen aus dem Bereich Erneuerbare
Energien sind sehr willkommen.
45

46
Vom 14. bis 18. Oktober 2014 fand an der Technischen Hochschule Ingolstadt das erste Netzwerktreffen des NEED-Teams statt.

Projekt­Information
Projektstart:
Projektlaufzeit:
Fördermittelgeber:
Förderprogramm:
Projektbudget:
Ansprechpartner:
2014
3 Jahre
Secretary­General of the African, Caribbean
and Pacific Group of States (ACP)
ACP­EU Co­operation Programme in
Science and Technology (S&T II)
1.171.299 €
Prof. Dr.-Ing. Wilfried Zörner (Projektleiter)
Tel: 0841 / 9348 – 2270
wilfried.zoerner@thi.de
Kooperationspartner:
Abstract
NEED aims to set up and institutionalise
a ‘Network of Excellence’ inter­linking
existing and successful renewable
energy technology (RET) initiatives, institutions
and experts. The backbone
of the network is represented by local
as well as international energy­related
research/higher education institutions,
starting with the six members of
the project consortium. During the project
implementation period the network
will be active in three so­called ‘fields
of activity’. Those are 1) to formulate
research policies; 2) to develop industry
standards; 3) to enhance practical
education (‘Dual Studies’). Moreover the
project aims to demonstrate, based on
model regions, technical options of renewable
energies for typical local environments.
For this purpose, wetlands
in Botswana and drylands in Namibia
were selected. Each local member of
the project consortium is responsible
for one activity. Technische Hochschule
Ingolstadt as project coordinator offers
support in terms of technical and management
capacities, takes care of the
network itself and ensures knowledge
transfer between the project partners
and local activities.
47

Technische Hochschule Ingolstadt
Die Technische Hochschule Ingolstadt hat sich seit ihrer Gründung im Jahr 1994 rasant entwickelt. Aus damals vier Professoren
und 90 Studierenden sind mittlerweile 130 ProfessorInnen und 5.200 Studierende geworden. Aus einer ausschließlich auf die
Ausbildung von Studierenden konzentrierten Fachhochschule wurde eine Hochschule, die auch anwendungsbezogen forscht
und akademische Weiterbildung betreibt. Das Drittmittelvolumen in diesen beiden Feldern wuchs auf über 5,5 Mio. € p.a. Mit
diesen Geldern werden über 80 wissenschaftliche und nichtwissenschaftliche Mitarbeiter beschäftigt. Im Juni 2013 gab schließlich
die Bayerische Staatsregierung bekannt: Die Hochschule Ingolstadt wird zur Technischen Hochschule. Angewandte Forschung
im Bereich erneuerbare Energietechnik betreibt die THI bereits seit bald 15 Jahren. Im Wintersemester 2011/2012 wurde
schließlich der Bachelorstudiengang „Energietechnik und Erneuerbare Energien“ erstmals angeboten. Über 150 Studierende sind
derzeit in den siebensemestrigen Studiengang eingeschrieben, der an den aktuellsten Entwicklungen und Forschungsthemen
der Energieversorgung mit Erneuerbaren Energien ausgerichtet ist. Mehr Infos unter: www.thi.de/go/eee
Impressum
Herausgeber
Konzeption /
Redaktion
Gestaltung
Bezug als Download
Technische Hochschule Ingolstadt,
Institut für neue Energie-Systeme
Stefan Schneider, Iris Leonhardt
fourofakind GmbH
www.RegIN-plus.de
Stand Juni 2015
1. Auflage mit 2.500 Stück
www.thi.de/go/energie
Diese Broschüre wurde im Rahmen der Netzwerkinitiative RegIN+ gestaltet. RegIN+ wurde durch die Unterstützung
der nachfolgenden Unternehmen sowie der Europäischen Union ermöglicht:
EUROPÄISCHE UNION
EUROPÄISCHER SOZIALFONDS
ESF IN BAYERN
WIR INVESTIEREN IN MENSCHEN