Marktübersicht und Untersuchungen an PVT-Kollektoren

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1 Workshop Projekt BiSolar-WP Emmerthal, Marktübersicht und Untersuchungen an PVT-Kollektoren E. Bertram

2 Übersicht 1. Aufbau PVT-Kollektoren 2. Marktübersicht PVT-Kollektoren 3. Messungen - Zuverlässigkeit - Leistungsfähigkeit 4. Thermischer Kontakt Uint

3 Unverglaster Photovoltaisch thermischer (PVT) Kollektor Glasabdeckung PV Zellen Rohrregister Projektgegenstand Flüssigkeitsgekühlt Unverglast / Unabgedeckt = kein Luftspalt zwischen Glasabdeckung und PV-Zelle Strom Wärme

4 Kennlinie Unverglaster thermischer Kollektor Wirkungsgrad TUmgebung 10 C Globalstrahlung 700 W/m² Unverglaster Kollektor Flachkollektor 0.4 Windgeschwindigkeit Fluidtemperatur in C

5 Einige PVT-Hersteller*) Eurosun2010 (D) GEFGA (D) = Verbundpartner Holtkamp Solar Energy Systems (D) MilleniumSolar (IL) ÖkoTech (A) Skysolar (D) Solarhybrid = Solarpur (D) Solarzentrum Allgäu (D) ZEN (ehem. PVTwins ) (BE) gefga.de solar-energy-systems.eu millenniumsolar.com ecotec-energy.com umweltchemie.org solarhybrid.ag sza-pv.de zenrenewables.com *) Flüssigkeitsgekühlte unverglaste PVT-Kollektoren und ohne Anspruch auf Vollständigkeit.

6 PVT-Kollektorhersteller im Projekt Zusätzlich zu Verbundpartner GEFGA 2008 Projektbeginn: 2 Hersteller lieferfähig 2008 Projektbeginn: 1 Hersteller lieferwillig Bis 2010: Teilnahme von 3 zusätzliche Herstellern Teilnahmebedingung: Anonymisierung Einige weitere Quellen von Herstellern: Internationalen Energie Agentur IEA SHC Task 35: Overview PVT-Products, ( Studie Zeitschrift Erneuerbare Energien Sonne Wind und Wärme Mit der Abwärme von Solarzellen Heizen

7 Konstruktiver Aufbau PVT-Kollektor Keine integrierte Fertigung PV-Modul mit Rohrregister - vollflächig hinterströmt - Kappillarrohrmatte - Mäanderverrohrung oder Harfenverrohrung mit Metallstreifen oder Blech -. Mit und ohne Rückseitendämmung

8 Untersuchungen an PVT-Kollektoren Prüfverfahren El. und th. Leistungsmessung Elektrolumineszenz Sichtkontrolle Belastungstests (IEC EN 12975): Sog- und Druckprüfung Alterungstests Klimakammer Thermische Belastung: Ausheizen, Schocks Exposition Weitere Messungen Stagnationstemperaturen Druckverlust

9 Zuverlässigkeit von 4 getesteten Modulen Untersuchung Sog- und Druckprüfung Alterungstests Klimakammer Thermische Belastung Exposition Druckverlust Elektrische Leistungsmessungen Ergebnis bis 1 mbar (bei 50 l/(m²h)) Entspricht Herstellerangaben Zuverlässigkeit bleibt K.O. Kriterium!

10 Stagnationstemperaturen Stagnationstemperatur gemessen in C Stagnationstemperatur berechnet (1000 W/m², Tumg 30 C) in C PVT-X PVT-X gedämmt PVT-Y PVT-Z Gemessene Stagnationstemperaturen ohne elektrische Leistungsabnahme (OC)

11 Messung Thermischer Leistungsfähigkeit Wirkungsgrad für unverglaste thermische Kollektoren nach EN Mehr Einflussgrößen 1 zus. Kollektorparameter Höhere Empfindlichkeit Windgeschwindigkeit = aufwändigere Messung als verglaster Kollektor 0 (1 b u u) (b Temperaturen: Kollektorfluid, Umgebung 1 b 2 (t u) m G t a ) Kollektorparameter Netto-Einstrahlung: Globalstrahlung - Infrarotstrahlungsbilanz

12 Messung indoor outdoor 2008 Indoor-Messung zur Vorbereitung und Qualitätskontrolle für die Pilotanlage 2009 Outdoor-Messungen

13 Beispiel Wirkungsgradmessung Starke Windabhängigkeit Nur Outdoor- Messungen sinnvoll Indoor-Ergebnisse nicht übertragbar

14 Thermische Leistungsmessungen an 5 PVT-Kollektoren Messung ohne elektrische Leistungsabnahme Große Leistungsunterschiede zwischen PVT-Kollektoren Rückseitendämmung führt zu flacheren Kennlinien Fluid Temperatur bei Tamb=20 C; 1000 W/m² Einstrahlung

15 Thermisches 2-Knoten-Kollektor- Modell Uloss T umgebung Qverlust T absorber Zelle * G η η 0 0 F U ( int U ) int U loss Aus thermischer Leistungsmessung 0 von ( ) U int T fluid Qkoll Interner thermischer Leitwert (U loss = konstant): Uint = W/(m²K)

16 Thermische Leistungsmessungen Messung ohne elektrische Leistungsabnahme an 5 Kollektoren Fluid Temperatur bei Tamb=20 C; 1000 W/m² Einstrahlung 0 durch F dominiert - Thermische Leistungsfähigkeit - PV-Kühlfähigkeit 0 erlaubt überschlägigen Vergleich Genaue Bewertung im System mit dynamischen Simulationen

17 Zusammenfassung Trotz massiver Werbung sind unverglaste PVT Kollektoren schwer erhältlich Auf dem Markt sind PV-Module mit zusätzlichem Wärmetauscher zur Kühlung - Keine integrierten Lösungen Thermische Leistungsfähigkeit stark unterschiedlich ( 0 = ), bei ähnlichem Interner thermischer Leitwert Uint Indikator für Kühlfähigkeit des PVT Prüfung der Zuverlässigkeit ist essentiell

18 Danksagung Das Verbundvorhaben Solare Gebäude-Wärmeversorgung mit unverglasten photovoltaisch-thermischen Kollektoren, Erdsonden und Wärmepumpen für 100% Deckungsanteil -Kurzname BiSolar-WP. Förderkennzeichen: wird mit Mitteln des Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Die Projektpartner bedanken sich für die Unterstützung. Verbundpartner

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