Forschung: Solarthermiekollektoren der nächsten Generation
Auf einer Isolierglasfertigungslinie wurden in einem Forschungsprojekt Solarthermie-Kollektoren hergestellt, ebenfalls als Isolierglas-Flachkollektoren ausgeführt. Die Module erbringen je Quadratmeter mehr Leistung als vergleichbare Kollektoren.
11.06.2025 – Forschung zu Technologien und der dazugehörige Maschinenbau für die Photovoltaikmodulproduktion haben im letzten Jahrzehnt eine rasante Entwicklung genommen und damit wesentlich zu den sinkenden Produktionskosten beigetragen. Für die Solarthermie gilt das nicht in dem Maße, aber auch hier gibt es innovative Weiterentwicklungen, die Effizienz erhöhen und Kosten senken. Die seit Jahrzehnten bekannte und bewährte Technologie erlebt eine spannende Innovationsphase.
Großformatige Isolierglas-Kollektoren
Am Institut für neue Energie-Systeme (InES) der Technischen Hochschule Ingolstadt laufen solch produktionstechnische Forschungsprojekte. Im Projekt flexLAC ging es darum, großformatige Isolierglas-Kollektoren zu entwickeln, die auf herkömmlichen Isolierglasmaschinen gefertigt werden können. Die ersten dieser Solarthermiekollektoren befinden sich bereits im Feldtest. Sie wurden in einer Solarthermieanlage des Energieversorgers naturstrom im Marktschorgast installiert und werden dort jetzt monitort.
Während normale Solarthermiemodule, die auf dem privaten Hausdach montiert werden, im Schnitt eine Größe von zwei, zweieinhalb Quadratmetern haben, werden für die immer öfter gebauten Solarthermie Freiflächen-Projekte größere Kollektoren gebaut. „Ein Modul kann da schon die Größe von vier bis 15 Quadratmeter haben“, wie Thorsten Summ, Bereichsleiter Gebäudeenergiesysteme des InES berichtet. Es versteht sich von selbst, dass für diese neuen Größen auch spezielle Fertigungslinien- und Prozesse gebraucht werden. Im Projekt des InES geht es aber gerade darum, das Modul auf einer bestehenden Fertigungslinie für Isolierglas herstellen zu können.
Ein sogenannter Roll-Bond-Absorber befindet sich bei dem Isolierglaskollektor zwischen den beiden Glasscheiben und wandelt die Strahlungsenergie der Sonne in Wärme um. Hier ein Symbolbild. (Foto: InES)
Das Isolierglasmodul besteht wie eine Isolierglasfensterscheibe aus zwei Glasscheiben, die mit einem Kunststoffrahmen verbunden werden. Im Inneren befindet sich ein Absorber, ein flacher Metallkörper, der von einem Wasser-Glykol-Gemisch durchströmt wird. Er fängt die einfallende Strahlungsenergie der Sonne ein und übergibt sie in den Wärmekreislauf der Anlage. Wie bei Isolierglasscheiben auch ist zudem der Hohlraum mit dem Edelgas Argon gefüllt, das vor Wärmeverlusten schützt. Deshalb ist Dichtigkeit für den Kollektor ein wichtiges Kriterium.
Auch in konventionellen Kollektoren wird vereinzelt bereits Isolierglas verbaut, im Projekt des InES wurde aber aus dem Isolierglas selbst ein Kollektor gebaut. „Wir sind von der Isolierglastechnologie ausgegangen und haben darauf den Kollektor aufgebaut. Darin besteht die Innovation“, erklärt Summ. 32 Kollektoren mit einer Gesamtfläche von 124 Quadratmetern wurden beim Unternehmen Glas Leuchtle, einem Isolierglashersteller im Saarland auf einer bestehenden Produktionsanlage gefertigt. Bei der Entwicklung des Absorbers hat außerdem ein Unternehmen aus Finnland mitgewirkt. Der einzelne Kollektor hat eine Fläche von knapp vier Quadratmetern und wiegt rund 120 Kilogramm.
Zehn Prozent mehr Ausbeute
Zunächst wurden die Kollektoren im Labor untersucht, vor allem ihre Leistungsfähigkeit stand im Fokus. Zehn Prozent höhere Ausbeute als der Durchschnitt der marktverfügbaren Kollektoren wurde konstatiert. Damit hatten die Forschenden ein Ziel des Forschungsprojektes erreicht.
Neben den hervorragenden technischen Eigenschaften gilt es allerdings noch an anderer Stelle besser zu werden: die Hydraulik der Systemseite bedarf noch einer Optimierung. Dann könnten die Module auch in punkto Gestehungskosten andere Solarthermiekollektoren unterbieten.
Nachfolgeprojekt will Hydraulik optimieren
Die Verbesserung der Hydraulik ist nun Gegenstand des Nachfolgeprojektes STRAWBERRIES. Doch nicht nur die Hydraulik wird ausgefeilt, ein weiterer Zusatznutzen soll erschlossen werden. Ähnlich wie bifaziale Photovoltaik-Module, können die Isolierglaskollektoren auf beiden Seiten Sonnenwärme einfangen. Damit könnten sich die Flachkollektoren auch senkrecht aufgestellt als Agri-Solarthermisches System eignen. Die Forschenden untersuchen nun die optimalen Bedingungen für solch einen Einsatz. Denn kombiniert mit landwirtschaftlicher Nutzung würden so wertvolle Flächen zweifach genutzt.
Projektsteckbriefe zu den beiden oben genannten Forschungsprojekten, sowie weiteren, anwendungsnahen Forschungsprojekten des InES können über die Webseite heruntergeladen werden. Gefördert wurde das Projekt vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK). pf
Kommentare
Wolfgang Gossel vor 5 Tagen
Ich wünsche mir bei solch wichtigen Neuerung bei den Solarthermie-Modulen immer die Kombination mit der Photovoltaik als PVT-Module. Das wäre bei diesem Projekt sicher ganz besonders sinnvoll.