Konstruktion und Fertigung von Kollektoren

Unser Entwicklungsschwerpunkt liegt bei innovativen Komponenten für die Niedertemperatur-Solarthermie und für die kombinierte Solarstrom- und -Wärmeerzeugung (PVT).

Wir verbessern konzentrierende und nicht-konzentrierende Kollektoren und entwickeln neue Produktkonzepte für die Solarthermie. Alternative Fertigungsverfahren und Materialien bieten die Möglichkeit, innovative Absorber-Bauarten zu realisieren. Mit dem von uns entwickelten bionischen FracTherm®-Verfahren ist es möglich, Kanalstrukturen auf nahezu beliebigen Flächen zu erstellen und dabei geringe Druckverluste und eine gleichmäßige Durchströmung zu erreichen. Dabei stellen Heatpipes (Wärmerohre) einen neuen Ansatz zur effizienten Wärmeübertragung von Absorber zu Wärmeträgermedium dar.

Multifunktionale Kollektoren bieten neue Chancen im Solarthermie-Markt. So entwickeln wir bereichsübergreifend Kollektoren mit Zusatzfunktionen wie Teiltransparenz, Sonnenschutz, Blendschutz, Statik oder architektonischer Gestaltung.

Photovoltaisch-thermische Kollektoren ermöglichen gleichzeitige Strom- und Wärmeerzeugung in einem Bauteil. Auch hier nutzen wir die Expertise zu Solarzellen, Modul- und Kollektortechnologie sowie thermischer und elektrischer Vermessung. Solarluftkollektoren stellen eine interessante Alternative zu wasserbasierten Systemen dar, die wir durch Messung und Simulation vergleichen und optimieren. Darüber hinaus setzen wir optische Simulationen zur Verbesserung und Entwicklung statischer und nachgeführter konzentrierender Kollektoren ein.

Analyse des Ist-Zustands, theoretische Optimierung in der Simulation, Musterentwicklung, Prototypenbau und Serienprodukt

Bei der Verbesserung bestehender Absorber, Kollektoren, Speicher und Wärmeübertrager, sowie bei der Entwicklung neuer Konzepte, begleiten wir unsere Kunden von der Analyse des Ist-Zustands, über theoretische Optimierung in der Simulation, Musterentwicklung und Prototypenbau bis zum Serienprodukt. Dabei nutzen wir physikalische Modelle zur thermischen und hydraulischen Simulation sowie Teststände zur experimentellen Validierung. Mit Hilfe des Solarsimulators können Messungen zum Vergleich mit dem Stand der Technik mit hoher Wiederholgenauigkeit durchgeführt werden. Bei photovoltaisch-thermischen Kollektoren nutzen wir die bereichsübergreifende Expertise, um den Anforderungen aus Photovoltaik und Solarthermie gleichermaßen gerecht zu werden und hieraus marktfähige Produkte zu entwickeln. Prototypen und Kleinserien können am Fraunhofer ISE spektralselektiv beschichtet werden. Hier kann auf langjährige Erfahrung in der Beschichtungstechnologie zurückgegriffen werden.

Klassische solarthermische Absorber sind Konstruktionen aus Absorberblech und Rohrregister in Mäander- oder Harfenbauweise. Diese Bauweise wurde seit Jahren weiterentwickelt und ist mittlerweile zu großen Teilen automatisiert. Die eingesetzten Materialien sind Kupfer und/oder Aluminium. Die am Markt verfügbaren Kollektoren haben sehr gute thermische Effizienzen, sind langlebig und zuverlässig.

Neue Fertigungsverfahren

Mit Hilfe neuer Fertigungsverfahren besteht die Möglichkeit, die Kosten von Kollektoren zu reduzieren und/oder ihre Effizienz zu erhöhen. Dazu entwickeln, testen und bewerten wir neue Absorberkonzepte gemeinsam mit unseren Kunden.

Produktionsverfahren, Solarabsorberfertigung und neue Materialien

Sowohl Produktionsverfahren, die oft aus anderen Branchen bekannt sind und an die Anforderungen der Solarabsorberfertigung angepasst werden müssen, als auch neue Materialien wie Stahl, Polymere oder Ultrahochleistungsbeton stehen hier im Fokus. Prototypen und Kleinserien können am Fraunhofer ISE spektralselektiv beschichtet werden. Hier kann auf langjährige Erfahrung in der Beschichtungstechnologie zurückgegriffen werden.

Durch Produktionsverfahren wie z. B. Rollbonding, Hydroforming oder Tiefziehen ändert sich die Kanalgeometrie: Einzeln zu verschweißende Rohre werden durch Kanäle mit flexiblen Querschnittsgeometrien und Kanalführungen ersetzt. Wir analysieren anhand von Modellen und Messungen, wie sich dies auf die thermische Effizienz und den Druckverlust auswirkt. Mit Hilfe unseres FracTherm®-Verfahrens lassen sich solche der Natur entlehnten Kanalstrukturen auf nahezu beliebigen Flächen generieren.