Energie mit Zukunft

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.
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