Entwicklung von hocheffizienten und kostenoptimierten Mitteltemperaturkollektoren für solarthermische Großanlagen (MidTempColl)

Description: Im gegenständlichen Projektvorhaben wird eine Entwicklung für einen speziell in solarthermischen Großanlagen geeigneten Mitteltemperaturkollektor (Temperaturbereich 80 bis 120 C) verfolgt. Dabei soll ein gänzlich neuartiges Vakuumröhrenkollektorkonzept mit besonderer Eignung für Serienschaltungen (große thermische Län­gen) in Verbindung mit einem neuartigen Verteil- und Sammlerkonzept entwickelt werden. Um den Markt für solarthermische Anlagen weiter zu steigern, besteht noch erhebliches Potenzial bei der Einbindung in Wärmenetze, in industrielle Prozesse sowie in gewerbliche An­wendungen. Da es sich bei diesen Anwendungen zumeist um große Kollektorfelder und Systemtemperaturen über 70 C handelt, werden dazu entsprechend großformatige Kollektoren mit hoher Effizienz im Temperaturbereich 80 bis 120 C benötigt. Darüber hinaus bestehen besondere Anforderungen hinsichtlich flexibler Kollektorhydraulik, einfacher Befestigungstechnik und hoher Kosteneffizienz. In der aktuellen Umsetzungspraxis wird diesem Umstand nur teilweise Rechnung getragen, da zumeist herkömmliche Flach- bzw. Vakuumröhrenkollektoren verwendet werden. Handelsübliche Flachkollektoren werden zwar als großformatige Elemente ange­boten, weisen aber bereits am unteren Ende des geforderten Temperaturbereichs (80 bis 120 C) geringe Wirkungsgrade auf. Von drei europäischen Herstellern werden aktuell modifizierte Kollektorprodukte mit zwei Abdeckungen (Glas/Glas bzw. Glas/Kunststoff­folie) zur Reduktion der konvektiven Wärmeverluste angeboten. Die dadurch erzielten energetischen Vorteile werden aber aufgrund anderer Nachteile mehr als kompensiert. Kollektoren mit Zweischeibenisolierverglasung sind zum einen kostenintensiv und steigern zum anderen das Kollektorgewicht erheblich. Kollektoren mit einer Kunststofffolie (im Wesentlichen Fluorpolymere) als zweite Abdeckung zeigen in der Praxis erhebliche Probleme im Zusammenspiel zwischen Langzeitstabilität des Folienmaterials und geeigneten Spanntechniken. Daraus resultieren erhebliche Quoten an Ausschusskollektoren (sowohl in der Produktion als auch im Betrieb), eine reduzierte Kollektoreffizienz sowie ein negatives optisches Erscheinungsbild (durch gerissene Folien bzw. im ungerissenen Zustand durch starkes Durchhängen bzw. Falten­bildung). Marktübliche Vakuumröhrenkollektoren eignen sich hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit vorzüglich für den Einsatz im oben genannten Temperaturbereich. Da diese aber nicht für die speziellen Anforder­ungen in solarthermischen Großanlagen angepasst sind (Größe, Hydraulik, Befestigung, etc.), sind aufwendige technische Lösungen, erhöhte Wärmeverluste und unverhältnismäßig hohe Kosten die Folge. Zusätzlich zeigen zahlreiche Praxisbeispiele hydraulische Probleme (ungleiche Kollektordurchströmung, partielle Stagnation, etc.) infolge der notwendigen Verschaltung von einer Vielzahl an Kollektoreinzelelementen, was beim Ausfall einzelner Teilfelder zu erheblichen Ertragseinbußen führen kann.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Solarthermie ? Solarkollektor ? Temperaturabhängigkeit ? Solarthermieanlage ? Fluorpolymer ? Anlagenoptimierung ? Hydraulik ? Kunststofffolie ? Großanlage ? Kostensenkung ? Produktionskosten ? Produktionstechnik ? Wirkungsgrad ? Kosteneffizienz ? Industrielles Verfahren ? Anlagenbemessung ? Effizienztechnologie ? Haltbarkeit ? Konvektion ? Mitteltemperaturkollektor ? Vakuumröhrenkollektor ? Wärmeverlust ?

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• AEE, Institut für Nachhaltige Technologien (Betreiber*in)
• S.O.L.I.D. Gesellschaft für Solarinstallation und Design mbH (Mitwirkende)
• Sunlumo Technology GmbH (Mitwirkende)
• Umweltbundesamt (Bereitsteller*in)
• Universität Linz, Institute of polymeric materials and testing (Mitwirkende)
• Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft mbH (FFG) (Geldgeber*in)
• ökoTech Produktionsgesellschaft für Umwelttechnik m.b.H. (Mitwirkende)

Time ranges: 2012-10-01 - 2015-09-30

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Development of highly efficient and cost-effective medium-temperature collectors for solar thermal large-scale installations (MidTempColl)
  Description: Within this project the development of a solar thermal collector for medium temperature (temperature range 80 to 120 deg C) and especially for large scale solar thermal applications is planned. Thereby a completely new concept of vacuum tube collectors in combination with conceptual new hydraulic junctions allowing easy connections of single tubes in series in order to get long thermal lengths will be developed. In order to increase the market of solar thermal systems the high potential of new applications like integration in district heating networks, industrial processes and other craft applications shall be used. In such cases typically large collector fields with operating temperatures above 70 deg C are installed. Therefore large dimensioned collector modules with high efficiency in the temperature range of 80 to 120 deg C are required. Additionally high flexibility for the hydraulic concept and mounting technology are needed in combination with high cost efficiency. Up to now typically standard flat plate or vacuum tube collectors are used which are not specifically designed for applications described before. Large scale flat plate collectors are available on the market, but already at the lower end of the design temperature range (80 to 120 deg C) the efficiency typically is rather low. Three European producers are known who offer modified double covered (glass/glass or glass/plastic foil) flat plate collectors in order to reduce convection heat losses. But the energetic advantages of these collectors are more than compensated by other disadvantages. Collectors with double glazing are significantly heavier and more expensive. Collectors with plastic foil (typically Fluor-polymer is used) as second cover in practice show significant problems in terms of long-term durability of the foil material itself and in context with the clamping of the foil. Due to these problems a remarkable percentage of collectors is in bad condition direct after production or after some time of operation resulting in reduced efficiency and bad appearance (cracks of the foil or strong sagging and contact to the absorber or crinkles of the foil). Market available vacuum tube collectors in principle suit perfect in terms of thermal performance at the mentioned operating conditions with increased temperature. Since these collectors are not specifically designed for large scale collector fields (module size, hydraulics, assembly technique, etc.) this leads to high effort for assembling, increased heat losses in the collector field and investment cost out of scale. Additionally practical examples show that hydraulic problems occur (bad distribution of collector flow, partial stagnation) due to the high number of single components which need to be connected. This can lead to significant reduction of solar gain of the entire solar heating system. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1047806

Status

Aktiv

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