Kollektorverglasung aus Kunststoff Chancen und Risiken Stefan Brunold Institutsleiter Stv. SPF Institut für Solartechnik Hochschule für Technik HSR Rapperswil 1
Preis & Leistung Klassifizierung Polymere > 260 C Hochleistungs Kunststoffe (0.25 Mio t/a) 150 C FEP PEEK ETFE PTFE PES PVF PPS PPSU Preise (pro kg) > 50 /kg 7 /kg Technische Kunststoffe (6 Mio t/a) 100 C Standard Kunststoffe (130 Mio t/a) PPO ABS PS PVC amorph PA PC PMMA UP SAN PET POM PP PA PBT PE-HD PE-LD (teil-)kristallin 3 /kg < 1 /kg 2
Preis & Leistung transparente Polymere > 260 C Hochleistungs Kunststoffe (0.25 Mio t/a) 150 C FEP ETFE PVF Preise (pro kg) > 50 /kg 7 /kg Technische Kunststoffe (6 Mio t/a) PC PET 100 C PMMA 3 /kg Standard Kunststoffe (130 Mio t/a) PVC amorph UP (teil-)kristallin < 1 /kg 3
Preis & Leistung transparente Polymere > 260 C Hochleistungs Kunststoffe (0.25 Mio t/a) 150 C FEP ETFE PVF Preise (pro kg) > 50 /kg 7 /kg Technische Kunststoffe (6 Mio t/a) PC PET 100 C PMMA 3 /kg Standard Kunststoffe (130 Mio t/a) PVC amorph UP (teil-)kristallin < 1 /kg Glas 4
Preis / Leistung Material Dicke [mm] Gewicht [kg/m 2 ] Kosten [ /m 2 ] sol. Trans. [1] Glas (lo Fe) 3.2 8 8 0.91 100% Glas 3.2 8 5 0.84 105% spez. Kosten (Kollektor) FEP 0.05 0.11 10 0.96 97% ETFE 0.1 0.18 10 0.93 100% PVF 0.1 0.18 6 0.89 100% 5
Preis / Leistung Material Dicke [mm] Gewicht [kg/m 2 ] Kosten [ /m 2 ] sol. Trans. [1] Glas (lo Fe) 3.2 8 8 0.91 100% Glas 3.2 8 5 0.84 105% spez. Kosten (Kollektor) FEP 0.05 0.11 10 0.96 97% ETFE 0.1 0.18 10 0.93 100% PVF 0.1 0.18 6 0.89 100% 6
Preis / Leistung Material Dicke [mm] Gewicht [kg/m 2 ] Kosten [ /m 2 ] sol. Trans. [1] Glas (lo Fe) 3.2 8 8 0.91 100% Glas 3.2 8 5 0.84 105% spez. Kosten (Kollektor) PC 4 4.8 12 0.79 120% PC (SdP) 1 + 1 2.5 7 0.71 121% PMMA 4 4.8 8 0.84 108% PMMA (SdP) 1 + 1 2.5 5 0.78 108% 7
Preis / Leistung Material Dicke [mm] Gewicht [kg/m 2 ] Kosten [ /m 2 ] sol. Trans. [1] Glas (lo Fe) 3.2 8 8 0.91 100% Glas 3.2 8 5 0.84 105% spez. Kosten (Kollektor) UP 1 1.2 2 0.78 110% PET 0.1 0.14 0.5 0.82 103% PVC 1 1.4 1 0.83 102% 8
20 Jahre Freibewitterung Gläser: (16) -strukturierte Oberfläche (low Fe,Fensterglas) -glatte Oberfläche PMMA: (15) -flache Platten -Stegdoppelplatten -faserverstärkt PC: (13) -flache Platten -Stegdoppelplatten -Folien Fluoropolymere (6) -Folien (PVF, FEP, ETFE) Andere Polymere (8) -flache Platten (PVC, PET, UP) -Folien -faserverstärkt 9
Präparation Proben 700 Minikollektoren Aufständerung: 60, Süd 10
Standorte Rapperswil 417 m ü.m. Standort SPF Klima des Schweizer Mittellandes Suburban Bahnhof und wenig Industrie Davos 1556 m ü.m. Alpiner Standort Ländlich Charakter Geringe Luftverschmutzung Tiefere Temperaturen Höhere Einstrahlung 11
Glas (lo Fe) Glas PMMA PC PVF FEP ETFE PET UP PVC Solare Transmission Resultate im Überblick 1 Davos 0.95 0.9 0.85 0.8 0.75 0.7 0.65 0.6 0.55 Ref 3 Jahre 10 Jahre 20 Jahre 0.5 2 4 5 7 8 1 3 6 7 1 2 3 4 5 1 2 3 4 1 1 2 1 2 3 1 1 2 1 2 12
Glas (lo Fe) Glas PMMA PC PVF FEP ETFE PET UP PVC Solare Transmission Resultate im Überblick 1 Rapperswil 0.95 0.9 0.85 0.8 0.75 0.7 0.65 0.6 0.55 0.5 Ref 3 Jahre 10 Jahre 20 Jahre 2 4 5 7 8 1 3 6 7 1 2 3 4 5 1 2 3 4 1 1 2 1 2 3 1 1 2 1 2 13
Als Glasersatz. in Frage kommen: Fluorpolymere (in Form von Folien) PMMA (bedingt) PC (mit Schutzschicht) nicht in Frage kommen: PVC PET UP PMMA faserverstärkt 14
Folie als Aussenabdeckung - Hagelschaden 15
Folie als Aussenabdeckung - Vogelschaden 16
Folie als Aussenabdeckung - Vogelschaden 17
Folie als Konvektionsbremse - Einbaumängel 18
Folie als Konvektionsbremse - Einbaumängel 19
Folie als Konvektionsbremse - Einbaumängel 20
Folie als Konvektionsbremse - Einbaumängel 21
Folie als Konvektionsbremse - Einbaumängel 22
Folie als Konvektionsbremse - Einbaumängel 23
Folie als Konvektionsbremse - Einbaumängel 24
PC Scheibe - Einbaumängel 25
PC Scheibe - Einbaumängel 26
Stegdoppelplatte Einbaumängel (Rand) 27
Stegdoppelplatte Einbaumängel (Rand) 28
Stegdoppelplatte Einbaumängel (Rand) 29
Zusammenfassung Es existieren Polymere die hinreichend Langzeitstabil sind Polymere bieten Vorteile bzgl. Gewicht und Flexibilität der Grösse Den mechanischen Eigenschaften der Polymere ist beim Einbau unbedingt Rechnung zu tragen, d.h. es müssen angepasste Befestigungstechniken entwickelt werden 30
Schlussfolgerung Ein einfacher Ersatz des Glases durch Kunststoffe bietet beim Kollektorbau keine wesentlichen Vorteile. Nur bei einer konsequenten Nutzung polymerspezifischer Vorteile in der Kollektorproduktion kann der Einsatz von Kunststoffen Vorteile bieten. 31
Vorteil Polymer (Beispiel) unterschiedliche Materialien & Bauteile = komplexe Produktion = hohe Kosten 32
Vorteil Polymer (Beispiel) minimierte Materialien & Bauteile =einfache Produktion = geringe Kosten unterschiedliche Materialien & Bauteile = komplexe Produktion = hohe Kosten 33
http://eu-scoop.org Danke. Stefan Brunold, Stv. Institutsleiter SPF stefan.brunold@solarenergy.ch 34