Konstruktion und Fertigung von PVT-Kollektoren, Solarthermie-Kollektoren und -Systemen

Teiltransparenter Solarkollektor mit winkelselektivem Sonnenschutz.
© Fraunhofer ISE
Teiltransparenter Solarkollektor mit winkelselektivem Sonnenschutz.
Innen-Teststand mit Solarsimulator.
© Fraunhofer ISE
Innen-Teststand mit Solarsimulator.

Wir entwickeln, konstruieren und fertigen auf Nachfrage verschiedene Systemanwendungen von Kollektoren. Unsere Anwendungen zur Bereitstellung von Quellentemperatur für die Verdampfer von Wärmepumpen sowie konzentrierende Kollektoren für höhere Anwendungstemperaturen sind lediglich zwei Beispiele für die Tätigkeiten eines breiten Forschungsfeldes.

Der Fokus unserer Expertise liegt dabei vor allem bei photovoltaisch-thermischen (PVT-) Kollektoren. Darüber hinaus sind wir auf lufterwärmende Kollektoren, fassadenintegrierte Kollektoren und konzentrierende Kollektoren spezialisiert.

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 allen beliebigen Flächen zu erstellen und dabei geringe Druckverluste und eine gleichmäßige Durchströmung zu erreichen. Auch die Arbeit an Heat Pipes (Wärmerohre) stellt einen spannenden Ansatz zur effizienten Wärmeübertragung vom Absorber zum Wärmeträgermedium dar.

Durch multifunktionale Kollektoren ergeben sich neue Möglichkeiten auf dem Solarthermie-Markt. So entwickeln wir bereichsübergreifend Kollektoren mit Zusatzfunktionen wie Teiltransparenz, Sonnenschutz, Blendschutz, Statik oder architektonischer Gestaltungsmöglichkeit. Photovoltaisch-thermische Kollektoren ermöglichen gleichzeitige Strom- und Wärmeerzeugung innerhalb eines Bauteils.

Für die Technologieentwicklung nutzen wir unsere Expertise zu Solarzellen, zur Modul- und Kollektortechnologie sowie zu 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.

FuE-Leistungen

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

      Ziele unserer Arbeit sind die Verbesserung bestehender Absorber, Kollektoren, Speicher und Wärmeübertrager sowie die Entwicklung neuer Konzepte. Um diese Ziele zu erreichen begleiten wir unsere Kundinnen und Kunden von der Analyse des Ist-Zustands, über die theoretische Optimierung in der Simulation, über Musterentwicklung und Prototypenbau, hin zum Serienprodukt. Dabei nutzen wir physikalische Modelle zur thermischen und hydraulischen Simulation sowie Teststände zur experimentellen Validierung. Bei photovoltaisch-thermischen Kollektoren ermöglicht unsere bereichsübergreifende Expertise, 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. Klassische solarthermische Absorber sind Konstruktionen aus Absorberblech und Rohrregister in Mäander- oder Harfenbauweise. Diese Bauweise wird seit Jahren weiterentwickelt und ist mittlerweile zu großen Teilen automatisiert. Die eingesetzten Materialien sind Kupfer und/oder Aluminium.

    Produktionsverfahren, Solarabsorberfertigung und neue Materialien

      Sowohl Produktionsverfahren, die häufig aus benachbarten Forschunsgbereichen übernommen und angepasst werden können, als auch neue Materialien wie Stahl, Polymere oder Ultrahochleistungsbeton stehen im Fokus unserer Forschungsarbeit. Durch Produktionsverfahren wie 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, für nahezu alle beliebigen Flächen generieren.

Weitere Informationen zu diesem Forschungsthema:

 

Blogbeitrag

PVT – nachhaltige Energietechnologie mit viel Effizienz

 

Akkreditiertes Lab

TestLab Solar Thermal Systems

Wir prüfen Sonnenkollektoren, Wärme­speicher sowie Komplettsysteme und unterstützen unsere Kunden bei der Ent­wicklung solarthermischer Energie­systeme.