Obwohl in den letzten Jahren vermehrt auf dem Gebiet der Latentwärmespeicherung und deren Anwendung in den unterschiedlichsten Bereichen geforscht wird, liegen bislang kaum Arbeiten über die Implementierung dieser Speichertechnik in Solartrocknungsanlagen für landwirtschaftliche Produkte vor. Durch die Realisierung einer solchen Speicherung der stark fluktuierenden Solarstrahlung würde eine weitere Erschließung der Solarenergienutzung für die landwirtschaftliche Trocknungstechnik ermöglicht. Latentwärmespeicher können die unvermeidlichen Tag/Nacht-Unterschiede der Trocknungstemperaturen reduzieren, die aus Sicht einer gleichmäßigen Prozessführung unerwünscht sind und in der Regel negative Auswirkungen auf die Produktqualität haben. Im Rahmen des Forschungsvorhabens soll modelliert werden, wie sich ein mit Latentwärmespeicher ausgestatteter Solartrockner im Vergleich zu einem konventionellen System verhält, welches nur aus einem Luftkollektor und einer Trocknereinheit besteht. Eine Simulationsrechnung erlaubt dabei die Bestimmung des Einflusses der verschiedensten Designparameter auf die Gesamtsystemleistung.Es werden dazu zunächst numerische Modelle für die Hauptsystemkomponenten Luftkollektor, Latentwärmespeicher und Trockner in Simulationsprogramme in einer MATLAB Umgebung implementiert. Mit diesen können anschließend parametrische Studien der unterschiedlichen Konfigurationen durchgeführt werden und deren Kenndaten etwa hinsichtlich der erwarteten Trocknungsdauer, des spezifischen Energiebedarfs, des solaren Deckungsgrades und der Produktqualität verglichen werden. Die erwarteten Forschungsergebnisse und die zu entwickelnden Simulationsprogramme ermöglichen eine wesentliche Erweiterung des Wissensstandes zur Nutzung von Solarenergie in der landwirtschaftlichen Trocknungstechnik und bilden zudem die Grundlage der technischen und ökonomischen Bewertung von Latentwärmespeichern bei Trocknungsprozessen.
Im Projekt lnnoFlaG sollen neuartige oberflächennahe Wärmetauscherelemente in Kombination mit Latentwärmespeichern, Energiespeichern und Hydraulikmodulen als funktionsfähige Einheit vom Firmenkonsortium entwickelt, getestet und in Wechselwirkung mit dem oberflächennahen Erdreich (inkl. Feuchtetransport und Gefrierprozessen) sowie multimodaler Regenerierung modelliert werden. Hierbei geht es um erhöhte Planungssicherheit bezüglich der Erträge, aber auch um Schadensvermeidung, denn gerade bei flachen Geo-Kollektoren sind in der Vergangenheit durch Gefrieren des Bodens Schäden entstanden. In diesem Teilvorhaben wird von der GeoCollect GmbH untersucht, wie der Einsatz von 100 % Recyclingmaterialien für die kunststoffbasierten Absorber und verbindenden Rohrleitungen ermöglicht werden kann. Neben einer Materialoptimierung von gängigem Polypropylen in Richtung Polyethylen wird die GeoCollect GmbH insbesondere die Eignung und Zertifizierbarkeit von Recycling-Granulaten und daraus hergestellten Komponenten für die Anwendung im Rahmen der oberflächennahen Geothermie untersuchen. Desweiteren werden von der GeoCollect GmbH die Absorberform und die Gesamtgeometrie bezüglich der thermischen Performance und der Langzeitbeständigkeit optimiert. Dabei wird ein besonderes Augenmerk auf die Gesamt-Ökobilanz des Systems gelegt. Entsprechende Optimierungsrechnungen werden in Zusammenarbeit mit dem SIJ der FH Aachen durchgeführt, wobei die C02- Emissionen als Leitparameter der Ökobilanzierung gewählt werden. Zudem führt die GeoCollect GmbH in enger Zusammenarbeit mit dem SIJ und der WKG Energietechnik GmbH die Neuentwicklung eines zwangsdurchströmten Trennwärmetauschers zur Wärmerückgewinnung aus Oberflächen-, Ab- und Grundwasser bis zu einem Funktionsmuster durch. Basis der Neuentwicklung ist der Plattenabsorber der GeoCollect GmbH. Die für die Versuche an der FH Aachen benötigten Kollektor-Elemente und Anschlussmaterialien werden von der GeoCollect GmbH bereitgestellt.
Im Projekt lnnoFlaG sollen neuartige oberflächennahe Wärmetauscherelemente in Kombination mit Latentwärmespeichern, Energiespeichern und Hydraulikmodulen als funktionsfähige Einheit vom Firmenkonsortium entwickelt, getestet und in Wechselwirkung mit dem oberflächennahen Erdreich modelliert werden. Hierbei geht es um erhöhte Planungssicherheit bezüglich der Erträge, aber auch um Schadensvermeidung, denn gerade bei flachen Geo-Kollektoren sind in der Vergangenheit durch Gefrieren des Bodens Schäden entstanden. Ein Herzstück der Neuentwicklung der WKG Energietechnik GmbH ist ein zertifizierter, erdeinbaufähiger, doppelwandiger, wärmegedämmter, skalierbarer und in der Handhabung unkomplizierter Latentwärmespeicher, der gegenüber handelsüblichen Fabrikaten 30 % mehr Leistungskapazität aufweist. Als zusätzliche Komponente wird hierzu auch ein neuartiger Erdwärmemanteltauscher konzipiert, der um die erdeinbaufähige Außenwand des Latentwärmespeichers angebracht wird. Als weitere Komponente zur Optimierung des Gesamtsystems wird von der WKG Energietechnik GmbH zur Leistungsoptimierung über verbesserte Wärmeleiteigenschaften des Bodens und zur Verhinderung starker Geländeveränderungen im Zuge einer möglichen Eisbildung bei zu hohem Wärmeentzug aus dem Boden ein kostengünstiges Be- und Entwässerungssystem entwickelt werden. Zudem übernimmt die WKG Energietechnik GmbH in enger Zusammenarbeit mit dem SIJ und der GeoCollect GmbH die Neuentwicklung eines zwangsdurchströmten Trennwärmetauschers zur Wärmerückgewinnung aus Oberflächen-, Ab- und Grundwasser bis zu einem Funktionsmuster. Eine weitere Neuentwicklung stellt der vertikale WKG-Rohrschlangenabsorber dar, der als Rollenware mäanderförmig im Erdreich ohne Schweißverbindungen verlegt werden kann. Dieses System wird von der WKG Energietechnik GmbH an einem noch festzulegenden Standort eingebaut und getestet.