Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Derzeitig am Markt verf\u00fcgbare Flachkollektoren zur thermischen Nutzung solarer Energie sind einerseits teuer und besitzen andererseits kaum noch Potenzial zur Leistungssteigerung oder Kostensenkung. Um die Verbreitung der Solarthermie zu f\u00f6rdern, m\u00fcssen daher neue Konzepte f\u00fcr Solarkollektoren entwickelt werden. An einem solchen Konzept soll in diesem Projekt gearbeitet werden. Hierbei besteht die Idee da-rin, ein Glas als Absorber einzusetzen. Dieses Glas wird nahezu vollst\u00e4ndig aus Reststoffen hergestellt, was besonders ressourcenschonend und kosteng\u00fcnstig ist. Au\u00dferdem soll der gesamte Kollektor aus nur wenigen Komponenten aufgebaut sein und dadurch sehr einfach sowie kosteng\u00fcnstig hergestellt werden k\u00f6nnen. Die Senkung der Herstellkosten gegen\u00fcber markt\u00fcblicher Flachkollektoren soll die thermische Nutzung der Solarenergie f\u00fcr Investoren attraktiver gestalten. Ziel des Vorhabens ist es, Fertigungstechnologien zu entwickeln, mit denen eine sowohl \u00f6kologisch als auch \u00f6konomisch sinnvolle Herstellung solcher Glaskollektoren m\u00f6glich wird.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZu Beginn des Projektes wurden die verfahrenstechnischen Grundlagen f\u00fcr die Herstellung der Haupt-komponente des Glaskollektors \u0096 die Glasschaumplatte \u0096 erarbeitet. Hierf\u00fcr wurden zun\u00e4chst das Sch\u00e4umungsverhalten und relevante Eigenschaften verschiedener industrieller Reststoffe sowie die Bl\u00e4hcharakteristik geeigneter Bl\u00e4hmittel untersucht. Anhand der daraus gewonnenen Eigenschaftsprofile wurden Gemengezusammensetzungen erstellt und ein optimales Temperaturregime f\u00fcr die Glassch\u00e4u-mung erarbeitet. Weiterhin wurden M\u00f6glichkeiten zur Verbesserung von Verfahren und Schaumqualit\u00e4t durch verschiedene Formenwerkstoffe und -geometrien, Trenn- oder auch Armierungsmittel untersucht. Im weiteren Projektverlauf wurden diverse M\u00f6glichkeiten zur Verbindung des Schaumglases mit dem Abdeckglas und mit den Rohrleitungsanschl\u00fcssen untersucht. Die verschiedenen Verfahrenstechniken wurden hinsichtlich der mechanischen und chemischen Best\u00e4ndigkeit der erzielbaren Verbindungen ge-pr\u00fcft. Zum Ende des Projektes hin wurden oberfl\u00e4chig profilierte Schaumglasgrundk\u00f6rper im Ma\u00df 600 mm x 600 mm x 125 mm hergestellt und daran verschiedene Verbindungstechnologien getestet, um laborma\u00dfst\u00e4blich gefertigte Prototypen herstellen zu k\u00f6nnen<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Das Ziel des Projektes war es, f\u00fcr die Konzeptidee eines neuen solarthermischen Kollektors die Ferti-gungstechnologien zu entwickeln. Die Fertigung dieses Kollektors besteht aus zwei Hauptschritten: der Herstellung des Kollektorgrundk\u00f6rpers aus Schaumglas und dem Verbinden des Grundk\u00f6rpers mit zwei Deckgl\u00e4sern und zwei Rohrleitungsanschl\u00fcssen. Zu Beginn des Projektes wurden verschiedene Rohstof-fe untersucht, die zur Glassch\u00e4umung verwendet werden k\u00f6nnten. Vor der Evaluierung ihrer Eignung f\u00fcr den Prozess wurden die daf\u00fcr relevanten Eigenschaften untersucht. Ein Glasrohstoff, der aus industriel-len Reststoffen gewonnen wird, erschien dabei als besonders gut geeignet. Er l\u00e4sst sich ausgezeichnet sch\u00e4umen, ergibt gute Schaumeigenschaften und da er bislang deponiert wird, ist er sehr g\u00fcnstig zu be-kommen. Als Bl\u00e4hmittel hat sich Ru\u00df als sehr wirksam sowohl hinsichtlich der Sch\u00e4umung als auch der schwarzen F\u00e4rbung des Schaumglases erwiesen. Aus einem Vergleich verschiedener Ru\u00dfe zeigte sich, dass derjenige mit der geringsten spezifischen Oberfl\u00e4che die beste Bl\u00e4hung bewirkt. Zur Formgebung des Schaumglases soll der Grundk\u00f6rper fertig in einer Form gesch\u00e4umt werden. Aufgrund hoher Anfor-derungen an die Form bei der Entformung einer komplexen Schaumgeometrie musste ein geeignetes Formmaterial gefunden werden. Gusseisen mit einer Trennmittelschicht aus Kaolin erf\u00fcllten am besten diese Anspr\u00fcche. Aus den Erkenntnissen der Laborversuche heraus, ist es gelungen, den Schaumk\u00f6rper f\u00fcr einen Prototypen in der Gr\u00f6\u00dfe 600 mm x 600 mm x 125 mm herzustellen. F\u00fcr den zweiten Haupt-schritt der Fertigung wurden F\u00fcgetechnologien zur Verbindung des Schaumglasgrundk\u00f6rpers mit den Deckgl\u00e4sern und den Rohrleitungsanschl\u00fcssen untersucht und entwickelt. Dabei wurden direkte Ver-schmelzungen, Verbindungen mittels anorganischer Zwischenschichten und mittels organischer Stoffe gepr\u00fcft. Als aussichtsreich erscheint demnach die Verbindung mittels Aluminium. Eine weitere M\u00f6glich-keit ist die Verwendung von Dichtungen, wobei die Anpresskraft durch eine Rahmenkonstruktion gel\u00f6st wird. Die Rohrleitungsanschl\u00fcsse k\u00f6nnen direkt in die Kollektorplatte eingesch\u00e4umt werden. Sie beste-hen aus Gusseisen und werden zur besseren Anbindung an das Schaumglas emailliert. Die Verbindung mittels Dichtung und Rahmenkonstruktion war f\u00fcr den Prototyp nicht erfolgreich, da bei dieser L\u00f6sung das Deckglas eine zu hohe Last durch den Kollektorinnendruck halten m\u00fcsste. Die Verbindung mittels Aluminium bedarf aufgrund umfassender Wechselwirkungen zwischen den Materialien einer weiterge-henden Entwicklung und konnte aus technischen Gr\u00fcnden noch nicht am Prototyp umgesetzt werden. <\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Im Laufe des Projektes wurden die Konzepte und die Projektergebnisse auf folgenden Messen und Me-dien publiziert: 10.08.2011: \u0093Neue Solarthermiekonzepte\u0093, Vortrag bei der 9. Sitzung des IAK Photovoltaik und Solarthermie des VDMA, Frankfurt; 04.-08.04.2011: \u0084Gr\u00fcne Module aus Schwarzglas\u0093 (Standbetreuung mit Posterbeitrag), Hannover Messe; 18.-20.10.2011: \u0084Helsta \u0096 complete glass. Gr\u00fcne Solarkollektoren aus Schwarzglas\u0093 (Standbetreuung mit Posterbeitrag), Messe Materialica, M\u00fcnchen; Dez. 2011:\u0084Neue Solarkollektoren aus schwarzem Glas\u0093, Lasermagazin, Ausgabe 4, S. 55-57; 23.-27.04.2012 \u0084Gr\u00fcne Solarkollektoren aus schwarzem Glas\u0093 (Standbetreuung mit Posterbeitrag), Hannover Messe; 08.05.2012 \u0084Neue Solarkollektoren aus Glas\u0093, Vortrag beim 28. Zwieseler Fachschulkolloquium, Zwiesel; 23.-25.10.2012 \u0084Glasschaum \u0096 Werkstoff f\u00fcr vielf\u00e4ltige Anwendungen\u0093 (Standbetreuung mit Posterbeitrag), Messe Materialica, M\u00fcnchen; 29.-31.01.2013 \u0084Gr\u00fcne Solarkollektoren aus schwarzem Glas\u0093 (Standbetreuung mit Posterbeitrag), Terratec\/ Enertec, Leipzig; 08.-12.04.2013 \u0084Gr\u00fcne Solarkollektoren aus schwarzem Glas\u0093 (Standbetreuung mit Posterbeitrag), Hannover Messe; 15.-17.10.2013 \u0084Innovative W\u00e4rme- und Schalld\u00e4mmung mit Glasschaum\u0093 (Standbetreuung mit Posterbeitrag), Messe Materialica, M\u00fcnchen<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Bez\u00fcglich des bevorzugten Glasrohstoffes GR 2 ist zu pr\u00fcfen, ob auch andere als die bislang verwendete Quelle gleichzeitig genutzt werden k\u00f6nnen, um die Abh\u00e4ngigkeit vom Versorger zu umgehen und um eine gro\u00dfe Produktion realisieren zu k\u00f6nnen. Daneben ist auch die Stabilit\u00e4t der Rohstoffeigenschaften zu untersuchen. Bei der Verbindung des Flachglases mit dem Schaumglas mittels Aluminium besteht noch gro\u00dfes Optimierungspotenzial, wie in Kapitel 3.5 beschrieben ist. Au\u00dferdem muss untersucht werden, ob sich auch gro\u00dfe Formate verbinden lassen und ob die Zugfestigkeit des Schaumglases f\u00fcr den Betrieb ausreicht oder ob \u00fcber au\u00dfen angelegte Druckkr\u00e4fte die Zugbelastung reduziert werden muss. Bei der Einsch\u00e4umung der Rohrleitungsanschl\u00fcsse muss \u00fcberpr\u00fcft werden, ob die Spannungen, die aufgrund der unterschiedlichen WAK von Gusseisenrohr und Schaumglasmatrix entstehen, auch bei gro\u00dfen Kollektoren noch gering genug sind, um eine rissfreie Verbindung zu gew\u00e4hrleisten. Au\u00dferdem muss untersucht werden, ob die Verbindung den Einsatz bei st\u00e4ndigen Temperaturver\u00e4nderungen \u00fcber Jahre hinweg rissfrei \u00fcbersteht. Die Str\u00f6mungsverteilung im Kollektor ist am Prototyp zu pr\u00fcfen. Dabei sind etwaige Totr\u00e4ume der Str\u00f6mung, der Druckverlust und die Homogenit\u00e4t der Str\u00f6mungsverteilung \u00fcber die Kollektorfl\u00e4che zu untersuchen und zu optimieren. Eine Str\u00f6mungsoptimierung mittels Simulation ist zu \u00fcberdenken. Der Prototyp sollte au\u00dferdem gefertigt werden, um die Leistungsf\u00e4higkeit des Kollektors ermitteln zu k\u00f6nnen. An dieser Messung ist schlie\u00dflich abzuleiten, an welchen Stellen Optimierungsbedarf besteht. Au\u00dferdem sollte im Laufe der weiteren Entwicklungen die Montagem\u00f6glichkeit des Kollektors auf D\u00e4chern und auch der Aspekt des Kollektorrecyclings betrachtet werden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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