CPC - Leichtbaukollektor

Status

abgeschlossen

Kurzfassung

Motivation

Moderne Sonnenkollektoren zur Warmwasserbereitung oder Heizungsunterstützung bestehen meist aus Kollektorgehäusen aus Metall, Mineralwolle als Dämmaterial, Kupferrohren bzw. -absorbern und Glasabdeckungen.

Dieser Kollektoraufbau bringt großes Gewicht sowie hohen Material- und Energieeinsatz in der Produktionskette mit sich. Aus dem hohen Gewicht der Module resultieren erhöhte Produktions-, Transport- und Montagekosten.

Eine Gewichtsreduktion, einhergehend mit einer Verbesserung der Ökobilanz des Kollektors, soll in erster Linie dadurch erreicht werden, dass die Kollektorwanne aus neuen Materialien wie Kunststoff oder nachwachsenden Rohstoffen hergestellt wird.

Diesem Ziel kommt man auch durch Änderung des Kollektoraufbaus näher, wenn man beispielsweise die Kollektorwanne und die Reflektoren eines CPC-Kollektors in einem Bauteil integriert. Einerseits ergeben sich dadurch Einsparungen im Materialeinsatz, andererseits werden aber auch in der Herstellung des Kollektors Kosten gespart, weil etliche Montageschritte entfallen können. Auch die Präzision der Reflektoren kann durch eine exakte Formgebung wesentlich verbessert werden.

Eine Absorbermaterial - Einsparung um 50 % wird dadurch erreicht, dass man die derzeit einseitig beschichteten Absorber in beidseitig beschichteter Ausführung herstellt.

Neben den verbreitet und mit großem Erfolg angewendeten solaren Systemen zur Warmwassererzeugung und teilsolaren Raumheizung, die Endenergie in einem Temperaturbereich zwischen 30 und 60 °C zur Verfügung stellen, liegt ein sehr großes Potential zur Einsparung fossiler Energieträger in der solaren Bereitstellung von Prozesswärme bis 150 °C. Derartige Energie könnte zum Beispiel in der Lebensmittel- und Textilindustrie oder zur Gebäudeklimatisierung Anwendung finden. Durch allumfassende, leistungssteigernde Optimierung des CPC-Leichtbaukollektors wird versucht, in das Segment der Prozesswärme-Bereitstellung vorzudringen, auch ohne den Einsatz einer aufwendigen Vakuumkollektor-Technik. Allem voran geschieht das durch Optimierung der optischen Eigenschaften des CPC Kollektors. Das erhöht den "Nutzen des Produktes", was nach der Senkung des Gewichtes und der "Ressourcenintensität" auch Ziel des vorliegenden Projektes ist.

Ergebnisse

Ein in den optischen Eigenschaften optimierter Kollektor wurde entwickelt, gebaut und vermessen. Die Kollektorwanne bestand nach wie vor aus Aluminium. Zur Formgebung der Reflektoren wurde die neue Geometrie aus Isolationsmaterial heraus gefräst.

Kollektorwannen aus verschiedenen Kunststoffen wurden tiefgezogen. Polycarbonat kristallisierte sich als temperaturbeständigster thermoplastischer Kunststoff heraus. Eine preislich und technisch interessante Variante stellt die Kollektorwanne aus glasfaserverstärktem Kunststoff dar (GFK).

In einem Testkollektor wurden Versuche mit einer Verbundplatte durchgeführt (Polycarbonat-Aluminum-Polyethylen-Verbund). Dabei zeigte sich, dass Polyethylen zu wenig temperaturbeständig ist.

Ein Register aus doppelseitig beschichtetem Solarabsorber-Blech wurde gefertigt und im Testkollektor vermessen. Die energetischen Ergebnisse sind zufriedenstellend, die Dauerhaftigkeit der Schweißverbindung zwischen Absorberblech und Kupferrohr ist in Frage zu stellen.

Der Transmissionsgrad des neuen Solarglases (3mm dick) wurde gemessen. Dieser ist niedriger als der des 4 mm starken Glases.

Kontakt

Johann Kalkgruber
Kalkgruber Solar- und Umwelttechnik GmbH
Werkstraße 1
A 4451 St. Ulrich / Steyr
Tel.: +43 7252 50002 0
Fax: +43 7252 50002 10
E-Mail: kalkgruber@kalkgruber.at