Solarthermie. Vom warmen Gartenschlauch zum High-Tech-Produkt. Dr.-Ing. Michael Hermann. Tag der offenen Tür Freiburg,

Transkript

1 Solarthermie Vom warmen Gartenschlauch zum High-Tech-Produkt Dr.-Ing. Michael Hermann Teamleiter Innovation und Modellierung Arbeitsgruppe Thermische Kollektoren und Anwendungen Tag der offenen Tür Freiburg,

2 Erste Erfahrungen zur Solarthermie Quelle:

3 Erste Erfahrungen zur Solarthermie Helle Oberfläche Reflektiert viel Absorbiert wenig Wasser im Schlauch erwärmt sich nur wenig

4 Erste Erfahrungen zur Solarthermie Dunkle Oberfläche Reflektiert wenig Absorbiert viel Wasser im Schlauch erwärmt sich stark

5 Spektralselektive Beschichtung Schwarze Farbe nimmt zwar viel Sonnenlicht auf, gibt aber auch viel Wärmestrahlung ab Lösung: Spektralselektive Schichten nehmen viel Sonnenlicht (kurzwelliger) auf, geben aber wenig Wärmestrahlung (langwelligere Infrarotstrahlung) ab Sputteranlage des Fraunhofer ISE Spektralselektive Schichten sind heute Stand der Technik; das Fraunhofer ISE war maßgeblich an deren Entwicklung beteiligt Kommerzielles Absorberblech Quelle:

6 Kollektorgehäuse und Verglasung Solarabsorber werden in wärmegedämmte Gehäuse eingebaut, um thermische Verluste zu minimieren Die der Sonne zugewandte Seite benötigt eine transparente Abdeckung, meist aus Glas Die transparente Abdeckung soll so viel Sonnenlicht wie möglich hindurchlassen (hoher solarer Transmissionsgrad) Reflexionsverluste können durch Antireflexbeschichtung reduziert werden Ulbricht-Kugel zur Messung der solaren Transmission Mikrostruktur einer Antireflexschicht auf Glas

7 Flachkollektoren und Vakuumröhrenkollektoren Flachkollektor Vakuumröhrenkollektor Quelle: Vaillant

8 Solarthermische Systeme Solaranlage zur Trinkwassererwärmung Solaranlagen zur Trinkwassererwärmung und Raumheizungsunterstützung (Kombisysteme)

9 TestLab Solar Thermal Systems Akkreditiertes TestLab zur Vermessung, Charakterisierung und Zertifizierung (DIN Certco, SRCC, u. a.) von solarthermischen Produkten Beratung und Inspektionen in der produzierenden Industrie

10 TestLab Solar Thermal Systems Freilandteststand Innen-Teststand mit Solarsimulator

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12 Ziele für hohe Energieeffizienz: Gleichmäßige Durchströmung Geringer Druckverlust

13 Stand der Technik bei Solarabsorbern Quelle: Mäanderabsorber Harfenabsorber Durchströmung gleichmäßig kann ungleichmäßig sein Druckverlust hoch gering

14 Stand der Technik bei Solarabsorbern Quelle: Mäanderabsorber Harfenabsorber Durchströmung gleichmäßig kann ungleichmäßig sein Druckverlust hoch gering

15 Die Natur als Vorbild - BIONIK Adiantum aethiopicum Adiantum-Blatt Quelle: commons.wikimedia.org Quelle:

16 Die Natur als Vorbild - BIONIK Lunge (Mensch) Lunge (Hund) Quelle: classes.yale.edu

17 Die Natur als Vorbild - BIONIK Netzhaut Hand Fuß Quelle: depts.washington.edu Quelle:

18 Der FracTherm -Algorithmus

19 Flexibilität durch Parametervariationen

20 EU-Projekt BIONICOL Aluminium-Rollbond-Absorber mit FracTherm -Kanalstruktur Erste Prototypen von Kollektoren marktüblicher Größe gefertigt und vermessen Kollektorwirkungsgradfaktor F = 0,96 Druckverlust niedriger als bei Rollbond-Harfenabsorber Projektpartner:

21 EU-Projekt BIONICOL Strömungssimulation durch CFD (Computational Fluid Dynamics) Thermografie Druckverlust Strömungsvisualisierung und Druckverlustmessung Wasserstoffbläschen

22 FOSTA-Projekt STAHLABS Entwicklung von Solarabsorbern in Stahlbauweise auf Basis partiell plattierter Hybridhalbzeuge Herstellung durch Walzplattieren und Innenhochdruckumformen (IHU) Aufgaben ISE: Auslegung, Absorberkonzept und Bewertung Projektpartner: Institut für Umformtechnik und Leichtbau (IUL) der TU Dortmund mehrere Industriepartner F P Aufgedruckte Trennschicht F P Kaltwalzplattieren Partiell plattiertes Blechpaar F S Bauteil p i F S IHU Andocksystem

23 BMU-Projekt RefleC Entwicklung und Vermessung von Prozesswärmekollektoren mit externen Reflektoren Installation und Monitoring einer Demonstrationsanlage auf dem Dach der Wäscherei Laguna in Marburg In den ersten vier Monaten bei Eintrittstemperaturen über 80 C im Mittel 92 % mehr Ertrag als von doppelt abgedecktem Basiskollektor Projektpartner:

24 BMU-Projekt RefleC Optimierung der Spiegelgeometrie durch Raytracing (Strahlverfolgung) Installation auf dem Dach der Wäscherei Laguna

25 Photovoltaisch-Thermische Kollektoren (PVT-Kollektoren) Gleichzeitige Erzeugung von elektrischem Strom und Wärme Abwärme der Solarzelle wird genutzt Kommerzielle PVT-Kollektoren sind noch nicht überzeugend Glasabdeckung Luftraum Kollektorgehäuse Wärmedämmung Polymerfolie EVA Solarzelle EVA Beschichtung Absorber Verbesserungen durch Neuartige Zellverkapselung Standard therm. Koll. Kommerzieller PV-T Koll. Optimierter PV-T Koll. Direktlamination der Solarzellen auf Aluminium- Rollbondabsorber mit FracTherm -Kanalstruktur

26 Photovoltaisch-Thermische Kollektoren (PVT-Kollektoren) Bau eines Prototyps

27 Solare Meerwasserentsalzung Herstellerverfahren für Membran-Destillations-Module am ISE entwickelt Kompaktanlagen (150 l/tag) in Marokko, Jordanien, Gran Canaria und am Fraunhofer ISE seit 2005 im erfolgreichen Dauerbetrieb Zweikreisanlagen (1000 l/tag) in Jordanien und Gran Canaria seit Anfang 2006 Kompaktsystem Marokko Zweikreissystem Gran Canaria mit 5 MD-Modulen

28 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE Dr.-Ing. Michael Hermann