Projekt 27375/01

Entwicklung eines Sonnenkollektors mit transparenter Wärmedämmung zur Steigerung des Wirkungsgrades bei hohen Betriebstemperaturen

Projektträger

Wacotech GmbH & Co. KG
Querstr. 7
33729 Bielefeld

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die Zielsetzung des Projekts lag in der Entwicklung eines hocheffizienten Flachkollektors mit einer transparenten Wärmedämmung (TWD) aus einer geeigneten Kunststofffolie zur Steigerung des Wirkungsgrads bei hohen Betriebstemperaturen. Die optischen Verluste sollten weniger als 30 % betragen und der Wärmeverlustkoeffizient bei einer Temperaturdifferenz von 60 K einen Wert von 3 W/(m²oK) unterschreiten. Gleichzeitig sollte die Gebrauchstauglichkeit des entwickelten Flachkollektors nachgewiesen werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methodeno Materialrecherche Kleber, Folien und Modifikationen am Produktionsverfahren (Wacotech)
o Herstellung unterschiedlicher Waben-Glasscheiben-Composites und TWD-Proben (Wacotech)
o Herstellung eines Musterkollektors mit höhenverstellbarem Rahmen zum Einbau unterschiedlich starker Rückseitendämmungen und transparenter Wärmedämmungen (KBB)
o Temperaturbelastung der TWD-Proben (ISFH)
o Leistungsmessungen (indoor und outdoor) unterschiedlicher Konfigurationen von Wabenkollektoren (ISFH)
o Gebrauchstauglichkeitsuntersuchungen (indoor und outdoor) unterschiedlicher Konfigurationen von Wabenkollektoren (ISFH)
o Diskussion der Ergebnisse (Wacotech, KBB, ISFH)


Ergebnisse und Diskussion

o Nach einer Materialrecherche mit anschließender Bewertung im Hinblick auf physikalische Eigenschaften, Kosten und Eignung für die Produktion wurde Celluloseacetat mit unterschiedlichem Weichmacheranteil als Wabenmaterial ausgewählt.
o Der an einem Musterkollektor gemessene optische Wirkungsgrad wird durch die Integration der TWD nur um etwa 3 4 %-Punkte reduziert
o Unterschiedliche Konfigurationen des Wabenkollektors hinsichtlich Wabenstärke, Luftspaltdicke und Dämmstärke der Rückseitendämmung erreichen einen Wärmeverlustkoeffizient bei 60 K von 3 W/(m²oK)
o Der Einstrahlwinkelkorrekturfaktor einer gemessenen Konfiguration mit 15 mm Wabenstärke beträgt für Direktstrahlung bei 50° 0,85 und für Diffusstrahlung 0,78.
o Die Waben weisen bereits bei niedriger Temperatur um 80 °C Ausgasung auf. Bei höherer Temperatur tritt leichte Vergilbung und Versprödung auf.
o Kombinierte Belastung von Temperatur und UV-Bestrahlung beschleunigt die Alterungsprozesse von Kleber und Wabe.

Bei der thermischen Leistungsfähigkeit wurden die Projektziele mit unterschiedlichen Konfigurationen von Wabenkollektoren erreicht.
Die Gebrauchstauglichkeit konnte für die vier untersuchten Varianten von Celluloseacetat nicht nachgewiesen werden. Insbesondere die Stabilität bei kombinierter Belastung von Temperatur und UV-Belastung war nicht gegeben.

Das Projekt wurde aufgrund der fehlenden Gebrauchstauglichkeit und Mangels an Lösungsmöglichkeiten einvernehmlich vorzeitig beendet.
Die transparente Wärmedämmung aus diesem Material ist nur in Flachkollektoranwendungen mit begrenzter Stagnationstemperatur zum Beispiel als Fassadenkollektor, als Speicherkollektor oder in Thermosiphonanwendungen geeignet.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Ergebnisse werden vom ISFH auf dem Solar World Congress 2011 der ISES in Kassel präsentiert.


Fazit

Für Wacotech ist das Ergebnis des gemeinsamen Projektes durchaus als positiv und wichtig für die weitere Geschäftsentwicklung zu bewerten, da es aufzeigt in welchen Marktsegmenten weiteres Engagement sinnvoll ist.