DSTTP: Aktuelles

26.06.2018 DSTTP präsent im Forschungsnetztwerke EnergieWendeBauen des BMWi

Die DSTTP wird im Forschungsnetzwerk EnergieWendeBauen des BMWi durch die Arbeitsgruppe 10...

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25.05.2018 Berliner Energietage - Präsentationen der DSTTP-Vorträge

Die Vorträge zu den Berliner Energietagen vom 9 Mai sind jetzt veröffentlicht.

Anbei finden Sie...

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Neue Werkstoffe und Materialien f√ľr Solarkollektoren

Der Einsatz von Aluminium und Kupfer in Form von Profilen, Blechen und Rohren hat sich in den Solarkollektoren bew√§hrt, diese bieten jedoch nur eingeschr√§nkte M√∂glichkeiten zur konstruktiven Gestaltung. Da diese Materialen einen hohen Anteil an den Kollektorkosten haben und ihre Preise potenziell stark steigen, spielen Materialeinsparungen und der Ersatz durch g√ľnstigere Materialien eine Schl√ľsselrolle bei der Kostensenkung und der Erschlie√üung neuer Anwendungsgebiete von Solarkollektoren. Die Auswahl der einsetzbaren Materialien h√§ngt stark von den durchschnittlichen Arbeitstemperaturen und den maximal erreichbaren Temperaturen (Stagnationstemperaturen) ab, deshalb m√ľssen bei der Materialauswahl deren Anwendungsbereich und die Systemkonfiguration mit betrachtet werden.

Kosteng√ľnstige Kunststoffe sind problemlos einsetzbar bei Arbeitstemperaturen bis 90 ¬įC. Allerdings ist das Problem zu l√∂sen, dass im Stagnationsfall bei heutigen Kollektoren Temperaturen von √ľber 200 ¬įC erreicht werden, denen diese Kunststoffe nicht widerstehen. Voraussetzung ist also bei jeglicher Materialoptimierung die sichere Beherrschung der am Kollektor auftretenden thermischen und mechanischen Beanspruchungen durch die Entwicklung eigensicherer Bauteile und Systemkonzepte. Funktionale, leichte, unempfindliche und bruchfeste Materialien zur transparenten Abdeckung, als Geh√§usematerial, W√§rmed√§mmung oder Absorber haben ein gro√ües Potenzial, Kosten, Bauvolumen und Gewicht zu verringern.

Angepasste, funktionale, kosteng√ľnstige, langlebige und umweltvertr√§gliche Beschichtungstechnologien m√ľssen entwickelt werden, um den Einsatz von Kunststoffen, Keramiken oder anderen anorganischen Materialien als Absorber-Materialien zu erm√∂glichen. Bei unabgedeckten Kollektoren f√ľr den Niedertemperaturbereich m√ľssen die Absorberbeschichtungen dauerhaft einer direkten Bewitterung standhalten.

Beschichtungen und Konstruktionen f√ľr hocheffiziente, kosteng√ľnstige und langzeitbest√§ndige Reflektoren und Konzentratoren werden ben√∂tigt f√ľr neue Kollektorkonzepte, die Mittel- und Hochtemperatur-Prozessw√§rme bis zu 250 ¬įC bereitstellen.

Konzepte f√ľr Niedrigtemperatur- und Prozessw√§rmekollektoren

Neue Kollektoren, speziell f√ľr niedrige und sehr hohe Betriebstemperaturen, m√ľssen in Bezug auf die eingesetzten Materialien und den jeweiligen Einsatzbereich hin entwickelt und optimiert werden, wobei neue Bauformen auch str√∂mungsmechanische, thermische und mechanische Aspekte ber√ľcksichtigen m√ľssen. Prozessw√§rmekollektoren erfordern neue W√§rmed√§mmkonzepte und neue Systeme zur Strahlungskonzentration.Die Problematik der Kollektor√ľberhitzung muss durch hochtemperaturfeste Materialien und durch neue konzeptionelle Ans√§tze gel√∂st werden.

Kollektoren zur Gebäudeintegration, Groß-, Luft- und Hybridkollektoren

Die Integration der Solarthermiesysteme in die Heiz- und Haustechnik bei gleichzeitiger Erh√∂hung des solarthermischen Anteils an der W√§rmebereitstellung einerseits sowie die vollst√§ndige bauliche Integration gr√∂√üerer Kollektorfl√§chen in die Geb√§udeh√ľlle andererseits f√ľhrt zu einer Vielzahl heute noch nicht vollst√§ndig vorhersehbarer Anwendungen, Funktionen, Technologiekombinationen, Synergieeffekten und Mehrfachnutzungen. Gleichwohl ist absehbar, dass die Solarthermie zu einem festen Bestandteil der Planungs- und Entwicklungsprozesse der Bauwirtschaft wird. Die Solarkollektoren werden zum integralen Bestandteil der Geb√§udeh√ľlle und ihre fortschreitende Standardisierung erlaubt eine kosteng√ľnstige Herstellung von Solard√§chern und -fassaden. Gleichzeitig sind neue, individualisierbare Bauformen f√ľr fassaden- und dachintegrierte Kollektoren zu entwickeln, um bislang nicht erschlossene Geb√§udeh√ľllfl√§chen zu erreichen. In Solarkollektoren k√∂nnen aber auch weitere Funktionen integriert werden, wie z. B. W√§rmespeicherfunktionen durch innovative W√§rmespeichermaterialien und -konzepte im Kollektor selbst oder die thermische Ankopplung des Kollektors an das Geb√§ude zur Nutzung vorhandener Geb√§udemassen als W√§rmespeicher. Eine andere Form des zuk√ľnftigen Einsatzes von Solarkollektoren ist deren Integration in multifunktionale Fassadensysteme, die in der standardisierten, kostenoptimierten und geringinvestiven Modernisierung des Geb√§udebestands eine wichtige Rolle spielen werden. Solarkollektoren werden somit zum Modul des Fassadensystems und dienen gleichzeitig der W√§rmed√§mmung des Geb√§udes.

Gro√ükollektoren f√ľr gro√üe thermische Anlagen auf Mehrfamilienh√§usern, Industrie, Gewerbe und √∂ffentliche Bauten sowie im Freiland f√ľr solare Nahw√§rmeanlagen unterscheiden sich funktionell wenig von den kleinen Modulkollektoren, haben aber das Potenzial zur zus√§tzlichen Kostenreduktion aufgrund der gr√∂√üeren Einheiten.

Luftkollektoren werden heute nur in Nischen eingesetzt, obwohl sie Vorteile aufweisen wie z. B. Frost- und Stagnationssicherheit. Allerdings weisen sie auch Nachteile auf, wie z. B. die geringe W√§rmekapazit√§t der Luft. Mit neuen Luftkollektortypen und zunehmenden aktiven L√ľftungssystemen in den Geb√§uden ergeben sich neue Chancen f√ľr die Luftkollektortechnik, die deshalb entsprechend weiterentwickelt werden muss. Dabei sind auch Konzepte vorstellbar, bei denen luftbasierte W√§rmetr√§ger eingesetzt werden, deren W√§rmekapazit√§t z. B. durch zus√§tzliche Stoffe im Luftstrom erh√∂ht wurde.

Die W√§rme- und Stromproduktion in photovoltaisch-thermischen Hybridkollektoren (PVT) ist in Zukunft eine sehr vielversprechende Anwendungsoption. Die Photovoltaik nutzt je nach Zelltyp nur 10 bis 20% der eingestrahlten Sonnenenergie, der Rest steht im PVT-Kollektor weiterhin zur W√§rmegewinnung zur Verf√ľgung. In getrennten Systemen stehen Photovoltaik und Solarthermie im Wettbewerb um geeignete Dach und Fassadenfl√§chen, dieses Problem wird durch PVT-Kollektoren gel√∂st. Voraussetzung ist, dass die Nachteile bei der Kombination beider Technologien weitestgehend reduziert werden. Die Solarthemie- und Photovoltaikanteile k√∂nnen deshalb nicht einfach addiert werden, sondern beide Technologien m√ľssen so angepasst werden, dass der resultierende PVT-Kollektor in einem entsprechenden System signifikante Vorteile gegen√ľber der Addition der Einzeltechnologien aufweist.

Optimierung von Produktions- und Logistikprozessen

Optimierte und neue Fertigungstechnologien und Produktionsverfahren sind ein wichtiger Baustein bei der Kostensenkung von Kollektoren. Neue Fertigungsverfahren, wie beispielsweise das Kleben, bergen bei allen strukturellen Verbindungen am Gehäuse, zwischen Gehäuse und transparenter Abdeckung sowie am Absorber die Chance der konstruktiven Verbesserung und Kostensenkung und ermöglichen optimierte Produktionsmethoden. Kosten können auch durch die Optimierung der Logistik entlang der gesamten Wertschöpfungskette gesenkt werden.

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